BR122020002262B1

BR122020002262B1 - produto de papel e seu processo de fabricação

Info

Publication number: BR122020002262B1
Application number: BR122020002262-0A
Authority: BR
Inventors: John Claude Husband; Per Sveding; David Robert Skuse; Tafadzwa Motsi; Mikko Likitalo; Alan Coles
Original assignee: Imerys Minerals Limited
Priority date: 2009-05-15
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2020-11-17
Also published as: US20190078257A1; EP2350387B1; PT2350387E; US20110259537A1; US11732411B2; JP2017048497A; US20220364305A1; KR101378720B1; JP2020079476A; CN105332306A; JP2022062145A; BR122020002266B1; JP5572169B2; JP2020176370A; DK2557225T3; US20160053437A1; US11162219B2; PT3040475T; EP3715528A1; GB0908401D0

Abstract

A presente invenção refere-se a um método de preparação de uma suspensão aquosa compreendendo celulose microfibrilada e material particulado inorgânico, compreendendo o método uma etapa de microfibrilação de um substrato fibroso compreendendo celulose em um ambiente aquoso na presença de material particulado inorgânico.

Description

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção refere-se a um método de preparação de uma suspensão aquosa compreendendo celulose microfibrilada e material particulado inorgânico para uso em um método de fabricação de papel ou papel de revestimento e para papéis com enchimento e revestidos feitos de tal suspensão aquosa.

Antecedentes da Invenção

[0002] Materiais particulados inorgânicos são, por exemplo, carbonato de metal alcalinoterroso (por exemplo carbonato de cálcio) ou caulim, são usados em diversas aplicações. Estas incluem a produção de composições contendo minerais que podem ser usadas na fabricação de papel ou revestimento de papel. Em tais produtos de papel, tais enchimentos são normalmente adicionados para substituir uma porção de outros componentes mais caros do produto de papel. Os enchimentos também podem ser adicionados com o objetivo de se modificar as exigências físicas, mecânicas e/ou ópticas dos produtos de papel. É claro que quanto maior a quantidade de enchimentos que pode ser incluída, maior o potencial de economia de custos. Contudo, a quantidade de enchimentos adicionada e a economia de custos associada devem ser equilibradas em comparação com as exigências físicas, mecânicas e ópticas do produto de papel final. Dessa maneira, há uma necessidade contínua de desenvolvimento de enchimentos para papel que possam ser usados em um alto nível de carga sem afetar de maneira adversa as exigências físicas, mecânicas e/ou ópticas dos produtos de papel. Há também uma necessidade de desenvolver métodos para a preparação de tais enchimentos de maneira econômica.

[0003] A presente invenção busca proporcionar enchimentos para produtos de papel alternativos e/ou melhorados que possam ser incorporados ao produto de papel a níveis de carga relativamente altos mantendo ou até melhorando as propriedades físicas, mecânicas e/ou ópticas do produto de papel. A presente invenção também busca proporcionar um método econômico de preparação de tais enchimentos. Assim, os presentes inventores descobriram, de maneira surpreendente, que um enchimento compreendendo celulose microfibrilada e um material particulado inorgânico pode ser preparado por meios econômicos e pode ser carregado em produtos de papel a níveis relativamente altos mantendo-se ou até mesmo melhorando-se as propriedades físicas, mecânicas e/ou ópticas do produto de papel final.

[0004] Além disso, a presente invenção busca abordar o problema de preparar celulose microfibrilada de maneira econômica em uma escala industrial. Os métodos atuais de microfibrilação de material celulósico exigem quantidades de energia relativamente altas devido, em parte, à viscosidade relativamente alta do material inicial e do produto microfibrilado, e um processo comercialmente viável para a preparação de celulose microfibrilada em uma escala industrial se mostrou, até agora, elusivo.

Sumário da invenção

[0005] De acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção está direcionada a um método para a preparação de uma suspensão aquosa compreendendo celulose microfibrilada e material particulado inorgânico, compreendendo o método uma etapa de microfibrilação de um substrato fibroso compreendendo celulose e um ambiente aquoso na presença de material particulado inorgânico.

[0006] De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção se direciona a uma suspensão aquosa apropriada para uso como enchimento ou revestimento de papel obtido por um método de acordo com o primeiro aspecto.

[0007] De acordo com um terceiro aspecto, a presente invenção se direciona a uma suspensão aquosa apropriada para uso como enchimento ou revestimento de papel compreendendo celulose microfi- brilada e um material inorgânico particulado.

[0008] De acordo com um quarto aspecto, a presente invenção se direciona a uma composição para fazer papel compreendendo a suspensão aquosa do segundo e do terceiro aspectos.

[0009] De acordo com um quinto aspecto, a presente invenção se direciona a um produto de papel preparado a partir da composição para fazer papel do quarto aspecto.

[00010] De acordo com um sexto aspecto, a presente invenção se direciona a uma composição para revestimento de papel compreendendo a suspensão aquosa do segundo e do terceiro aspectos e outros aditivos opcionais.

[00011] De acordo com um sétimo aspecto, a presente invenção se direciona a um produto de papel como, por exemplo, um papel-cartão, revestida com a composição para revestimento de papel do sexto aspecto.

[00012] De acordo com o oitavo aspecto, a presente invenção é direcionada à fabricação de um produto de papel compreendendo: (i) obtenção ou preparo de um substrato fibroso compreendendo celulose sob a forma de uma polpa apropriada para fazer um produto de papel; (ii) preparação de uma composição para fazer papel a partir da polpa da etapa (I), da suspensão aquosa de acordo com o segundo ou terceiro aspecto da invenção e outros aditivos adicionais; e (iii) formação de um produto de papel a partir de tal composição para fazer papel.

[00013] De acordo com o nono aspecto, a presente invenção está direcionada a um processo integrado para fazer um produto de papel compreendendo: (I) obtenção ou preparação de um substrato fibroso compreendendo celulose sob a forma de uma polpa apropriada para fazer um produto de papel; (ii) microfibrilação de uma parte de tal substrato fibroso compreendendo celulose de acordo com o método do primeiro aspecto da invenção para preparar uma suspensão aquosa compreendendo material microfibrilado e particulado; (iii) preparação de uma composição para fazer papel a partir da polpa da etapa (i), da suspensão aquosa preparada na etapa (ii) e outros aditivos opcionais; e (iv) formação de um produto de papel a partir de tal composição para fazer papel.

[00014] De acordo com um décimo aspecto, a presente invenção está direcionada ao uso de uma suspensão aquosa de acordo com o segundo e o terceiro aspectos da invenção como um enchimento em uma composição para fazer papel.

[00015] De acordo com um décimo primeiro aspecto, a presente invenção está direcionada ao uso de uma suspensão aquosa de acordo com o segundo e o terceiro aspectos da invenção em uma composição para revestimento de papel.

Breve descrição das figuras

[00016] A figura 1 é uma micrografia SEM de celulose microfibrilada preparada com GCC de acordo com os métodos da presente invenção.

Descrição detalhada da invenção O substrato fibroso compreendendo celulose

[00017] O substrato fibroso compreendendo celulose pode ser derivado de qualquer fonte disponível, tal como madeira, gramíneas (por exemplo, cana-de-açúcar, bambu) ou têxteis (resíduos têxteis, algodão, cânhamo ou linho). O substrato fibroso compreendendo celulose pode estar sob a forma de uma polpa (isto é, uma suspensão de fibras de celulose em água), que pode ser preparada por qualquer tratamento químico ou mecânico ou uma combinação dos mesmos. Por exemplo, a polpa pode ser uma polpa química, ou uma polpa quimotermo- mecânica, ou uma polpa mecânica, ou uma polpa reciclada, ou uma apara de moinho de papel, ou um fluxo de resíduos 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 outra maneira refinada (por exemplo, processando-se em um refinador cônico ou em chapa) até qualquer "free- ness"predeterminada, relatada na técnica como "Canadian standard freeness"(CSF) em cm3. CSF significa um valor do refinamento ("free- ness") taxa de drenagem da polpa medida pela taxa na qual uma suspensão de polpa pode ser drenada. Por exemplo, a polpa de celulose pode ter um CFS de cerca de 10 cm3 ou mais antes de ser microfibri- lada. A polpa de celulose pode ter um CSF de cerca de 700 cm3 ou menos, por exemplo, igual a ou menor do que cerca de 650 cm3, ou igual a ou menor do que cerca de 600 cm3, ou igual a ou menor do que cerca de 550 cm3, ou igual a ou menor do que cerca de 500 cm3, ou igual a ou menor do que cerca de 450 cm3, ou igual a ou menor do que cerca de 400 cm3, ou igual a ou menor do que cerca de 350 cm3, ou igual a ou menor do que cerca de 300 cm3, ou igual a ou menor do que cerca de 250 cm3, ou igual a ou menor do que cerca de 200 cm3, ou igual a ou menor do que cerca de 150 cm3, ou igual a ou menor do que cerca de 100 cm3, ou igual a ou menor do que cerca de 50 cm3. A polpa de celulose pode então ser drenada por métodos conhecidos na técnica, como, por exemplo, a polpa pode ser filtrada através de uma peneira de maneira a se obter uma folha úmida compreendendo 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 utilizada em um estado não refinado, o que quer di-zer sem ser batida ou desidratada ou de outra maneira refinada.

[00018] O substrato fibroso compreendendo celulose pode ser adi- cionado a um contêiner de moagem ou homogeneizador em um estado seco. Por exemplo, aparas secas de papel podem ser adicionadas diretamente ao contêiner de moagem. O ambiente aquoso no contêiner de moagem facilitará então a formação de uma polpa.

O material particulado inorgânico

[00019] O material particulado inorgânico pode, por exemplo, ser um carbonato ou sulfato de metal terroso, tal como carbonato de cálcio, carbonato de magnésio dolomita, gipsita, uma argila hídrica de candita como caulim, haloisita ou argila de bola, uma argila de candita anídrica (calcinada) tal como metacaulim ou caulim totalmente calcinada, talco, mica, perlita ou terra diatomácea, ou hidróxido de magnésio, ou tri-hidrato de alumínio ou combinações dos mesmos.

[00020] Um material particulado inorgânico preferido para uso no método de acordo com o primeiro aspecto da invenção é o carbonato de cálcio. Daqui em diante, a invenção pode tender a ser discutida 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 entendida como estando limitada a tais modalidades.

[00021] O carbonato de cálcio usado na presente invenção pode ser obtido de uma fonte natural por moagem. O carbonato de cálcio moído (GCC) é normalmente obtido por trituração e posterior moagem uma fonte mineral tal como talco, mármore ou calcário, o que pode ser seguido de uma etapa de classificação do tamanho de partícula, de maneira a se obter um produto com o grau desejado de fineza. Outras técnicas, tais como branqueamento, flotação e separação magnética, podem também ser usadas para se obter um produto com o grau desejado de fineza e/ou cor. O material sólido particulado pode ser moído de maneira autógena, isto é, por atrito entre as próprias partículas do material sólido, ou, alternativamente, na presença de um meio de moagem compreendendo partículas de um material diferente do car bonato de cálcio a ser moído. Esses processos podem ser realizados com ou sem a presença de um dispersante ou biocidas, que podem ser adicionados em qualquer estágio do processo.

[00022] O carbonato de cálcio precipitado (PCC) pode ser usado como a fonte do carbonato de cálcio particulado da presente invenção e pode ser produzido por qualquer método conhecido na técnica. A TAPPI Monograph Series no. 30, "Paper Coating Pigments", páginas 34-35, descrevem os três principais processos comerciais de preparação de carbonato de cálcio precipitado apropriado para uso na preparação de produtos para uso na indústria de papel, mas também pode ser usado na prática da presente invenção. Em todos os três processos, um material de carbonato de cálcio, tal como calcário, é primeiro calcinado para produzir cal viva e a cal viva é então hidratada em água para produzir hidróxido de cálcio ou leite de calcário. No primeiro processo, o leite de calcário é carbonado diretamente com gás dióxido de carbono. Esse processo tem a vantagem de que nenhum subproduto é formado e é relativamente fácil controlar as propriedades e a pureza do produto de carbonato de cálcio. No segundo processo, o leite de calcário é posto em contato com o carbonato de sódio para produzir, por decomposição dupla, um precipitado de carbonato de cálcio e uma solução de hidróxido de sódio. O hidróxido de sódio pode ser substancialmente completamente separado do carbonato de cálcio se esse processo for usado comercialmente. O terceiro principal processo comercial é processar o leite de calcário é em primeiro lugar posto em contato com cloreto de amónio para resultar em uma solução de cloreto de cálcio e um gás de amónio. A solução de cloreto de cálcio é então posta em contato com carbonato de sódio para produzir, por decomposição dupla, carbonato de cálcio precipitado e uma solução de cloreto de sódio. Os cristais podem ser produzidos em uma diversidade de formas e tamanhos, dependendo do processo específico de rea- ção usado. As três principais formas de cristais de PCC são aragonita, romboédrico ou escalenoédrico, sendo todas apropriadas para uso na presente invenção, incluindo misturas das mesmas.

[00023] A moagem a úmido do carbonato de cálcio envolve a formação de uma suspensão aquosa de carbonato de cálcio que pode então ser moída, opcionalmente na presença de um agente dispersan- te apropriado. Pode-se consultar, por exemplo, EP-A-614948 (cujo conteúdo está integralmente incorporado por referência) para obtenção de mais informações sobre a moagem a úmido do carbonato de cálcio.

[00024] Em algumas circunstâncias, pequenas adições de outros minerais podem ser incluídas, por exemplo, uma ou mais de caulim, caulim calcinado, wollastonita, bauxita, talco ou mica, também podem estar presentes.

[00025] Quando o material particulado inorgânico da presente invenção é obtido de fontes de ocorrência natural, pode ser que algumas impurezas minerais contaminem o material moído. Por exemplo, carbonato de cálcio de ocorrência natural pode estar presente em associação com outros minerais. Assim, em algumas modalidades, o material particulado inorgânico inclui um determinado volume de impurezas. Em geral, contudo, o material particulado inorgânico usado na invenção contém menos do que cerca de 5% em peso, preferivelmente menos do que cerca de 1% em peso, de outras impurezas minerais.

[00026] O material particulado inorgânico usado durante a etapa de microfibrilação do método da presente invenção terá preferivelmente um tamanho de partícula no qual pelo menos 10% em peso das partículas têm um e.s.d. de menos de 2 pm, por exemplo, pelo menos cerca de 20% em peso, ou pelo menos cerca de 30%, ou pelo menos cerca de 40% 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, ou pelo menos cerca de 95% em peso, ou pelo menos cerca de 100% em peso das partículas têm um e.s.d. de menos de 2 pm.

[00027] A não ser que dito de outra maneira, as propriedades de tamanho de partícula aqui referidas para aos materiais particulados inorgânicos são como medidas de uma maneira bem conhecida por sedimentação do material particulado em uma condição totalmente dispersa em um meio aquoso usando-se uma máquina Sedigraph 5100, como fornecida pela Micrometrics Instruments Corporation, Norcross, Georgia, EUA (telefone +1 770 662 3620; website www.micrometrics.com), denominada aqui "unidade Micrometrics Sedigraph 5100". Tal máquina proporciona medições e um gráfico do percentual cumulativo por peso das partículas com um tamanho, denominado na técnica "diâmetro esférico equivalente" (e.s.d.) menor do que os valores de e.s.d. dados. O tamanho médio de partícula dso é o valor determinado desta maneira do e.s.d. da partícula no qual 50% em peso das partículas têm um diâmetro esférico equivalente menor do que esse valor dso.

[00028] Alternativamente, onde afirmado, as propriedades de tamanho de partícula aqui mencionadas para os materiais particulados inorgânicos são conforme medidas pelo método convencional bem conhecido empregado na técnica de espalhamento de luz laser usando- se uma máquina Malvern Mastersizer S, conforme oferecida pela Malvern Instruments Ltd (ou por outros métodos que deem essencialmente os mesmos resultados). Na técnica de espalhamento de luz laser, o tamanho das partículas em pós, suspensões e emulsões pode ser medido usando-se a difração de um feixe de laser, com base em uma aplicação da teoria de Mie. Tal máquina proporciona medidas e um gráfico do percentual cumulativo por volume das partículas com um tamanho, denominado na técnica "diâmetro esférico equivalente" (e.s.d.), menor do que os valores de e.s.d. dados. O tamanho médio de partícula dso é o valor determinado desta maneira do e.s.d. da partícula no qual 50% em volume das partículas que têm um diâmetro esférico equivalente menor do que o valor dso.

[00029] Em outra modalidade, o material particulado inorgânico usado durante a etapa de microfibrilação do método da presente invenção terá preferivelmente uma distribuição de tamanho de partículas conforme medida usando-se uma máquina Malvern Mastersizer S, no qual pelo menos cerca de 10% em volume das partículas têm um e.s.d. de menos de 2 pm, 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 95% em volume ou cerca de 100% das partículas por volume têm um e.s.d. de menos de 2 pm.

[00030] A não ser que dito de outra forma, as propriedades de tamanho de partícula dos materiais de celulose microfibrilada são conforme medidos pelo método convencional bem conhecido empregado na técnica de espalhamento de laser usando-se uma máquina Malvem Mastersizer S, conforme fornecida pela Malvem Instruments Ltd (ou por outros métodos que produzam essencialmente o mesmo resultado).

[00031] Detalhes do procedimento usado para caracterizar as distribuições de tamanho de partícula das misturas de material particulado inorgânico e celulose microfibrilada usando-se uma máquina Malvem Mastersizer S são proporcionados abaixo.

[00032] Outro material particulado inorgânico preferido para uso no método de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção é a argila de caulim. Daqui em diante, esta seção da especificação 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 entendida como estando limitada a tais modalidades. Assim, em algumas modalidades, o caulim é usado de forma não processada. O caulim processado pode normalmente conter pelo menos pelo menos 50% em peso de caulinita. Por exemplo, a maioria das argilas de caulim processadas comercialmente contêm mais do que cerca de 75% em peso de caulinita e podem conter mais do que 90%, em alguns casos mais do que cerca de 95% em peso de caulinita.

[00033] A argila de caulim da presente invenção pode ser preparada a partir do mineral de argila de caulim natural bruto por um ou mais processos bem conhecidos daqueles versados na técnica, por exemplo, por etapas conhecidas de refino e beneficiamento.

[00034] Por exemplo, o mineral de argila pode ser branqueado com um com um agende branqueador redutivo, tal como o hidrossulfito de sódio. Se hidrossulfito de sódio for utilizado, o mineral argiloso pode opcionalmente ser desidratado e opcionalmente lavado e mais uma vez opcionalmente desidratado, após a etapa de branqueamento com hidrossulfito de sódio.

[00035] O mineral argiloso pode ser tratado para remoção das impurezas, por exemplo, por técnicas de floculação, flotação ou separação magnética bem conhecidas na técnica. Alternativamente, o mineral argiloso usado no primeiro aspecto da invenção pode ser não tratado sob a forma de um sólido ou uma suspensão aquosa.

[00036] O processo de preparação da argila de caulim particulada usada na presente invenção pode também incluir uma ou mais etapas de cominuição, por exemplo, trituração ou moagem. A cominuição branda pode ser realizada mediante o uso de esferas ou grânulos de um auxiliar de moagem plástico (por exemplo, náilon), areia ou cerâ mica. A argila de caulim pode ser refinada para remoção das impurezas e melhorar as propriedades físicas usando-se procedimentos bem conhecidos. A argila de caulim pode ser tratada por um procedimento conhecido de classificação de partículas, por exemplo peneiramento e centrifugação (ou ambos), para obtenção de partículas com um valor de dso ou distribuição de tamanho de partícula desejado.

O processo de microfibrilação

[00037] De acordo com o primeiro aspecto da invenção, é proporcionado um método de preparação de uma composição como um enchimento ou um revestimento de papel compreendendo uma etapa de microfibrilação de um substrato fibroso compreendendo celulose na presença de um material particulado inorgânico. De acordo com uma modalidade particular dos presentes métodos, a etapa de microfibrilação é realizada na presença de um material particulado inorgânico que age como um agente microfibrilador.

[00038] Por microfibrilação, quer-se dizer um processo no qual mi- crofibrilas de celulose são liberadas ou parcialmente liberadas como espécimes individuais ou como agregados menores em comparação com as fibras da polpa pré-microfibrilada. Fibras de celulose típicas (isto é, polpa pré-microfibrilada) apropriadas para uso na fabricação de papel incluem grandes agregados de centenas ou milhares de microfi- brilas de celulose individuais. Ao microfibrilar a celulose, características e propriedades particulares, incluindo, entre outras, as características e propriedades aqui descritas, são emprestadas à celulose micro- fibrilada e às composições que incluem a celulose microfibrilada.

[00039] Um exemplo de celulose microfibrilada preparada de acordo com os métodos da presente invenção está representado na figura 1. A figura 1 é uma micrografia SEM de celulose microfibrilada (com um dso de 80 pm) preparada com GCC (60% em peso < 2 pm tamanho de partícula, por Sedigraph) a 5,0% de polpa em peso seco total. A concentração do volume do meio (MVC) (Carbolite 16/20) foi de 50%. A aplicação de energia foi de 2500 kWh/t expressada na fibra.

[00040] A fase de microfibrilação pode ser realizada em qualquer aparato apropriado, incluindo, entre outros, um refinador. Em uma modalidade, a etapa de microfibrilação é realizada em um contêiner de moagem sob condições de moagem a úmido. Em outra modalidade, a etapa de microfibrilação é realizada em um homogeneizador. Cada uma dessas modalidades está descrita com maior detalhe abaixo.

Moagem a úmido

[00041] A moagem é realizada de preferência de uma maneira convencional. A moagem pode ser um processo de moagem por atrito na presença de um meio de moagem particulado, ou pode ser um processo de moagem autógeno, isto é, um processo na ausência de um meio de moagem. Por "meio de moagem" quer-se dizer uma substância que não o material particulado inorgânico que é comoído com o substrato fibroso compreendendo a celulose.

[00042] O meio de moagem particulado, quando presente, pode ser um material natural ou sintético. O meio de moagem pode, por exemplo, compreender bolas, esferas ou péletes de qualquer mineral duro, cerâmica ou material metálico. Tais materiais podem incluir, por exemplo, alumina, zircônia, silicato de zircônio, silicato de alumínio do material rico em mulita produzida pela calcinação da argila de caulim a uma temperatura na faixa de cerca de 1300°C a cerca de 1800°C. Por exemplo, em algumas modalidades um meio de moagem Carbolite® é preferido. Alternativamente, partículas de areia natural de um tamanho de partícula apropriado podem ser usadas.

[00043] No geral, o tipo e o tamanho de partícula do meio de moagem a ser selecionado para uso na invenção pode ser dependente das propriedades, tais como, por exemplo, o tamanho de partícula da, e a composição química da, suspensão do material a ser moído. Preferi- velmente, o meio de moagem particulado compreende partículas com um diâmetro médio na faixa de cerca de 0,1 mm a cerca de 6,0 mm e, mais preferivelmente, na faixa de cerca de 0,2 mm a cerca de 4,0 mm. O meio ou meios de moagem pode(m) estar presente(s) em uma quantidade de até 70% em volume da carga. Os meios de moagem podem estar presentes em uma quantidade de 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 me-nos 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.

[00044] A moagem pode ser realizada em um ou mais estágios. Por exemplo, um material particulado inorgânico pode ser moído no meio de moagem até uma distribuição de tamanho de partícula predeterminada, após o que o material fibroso compreendendo a celulose é adi-cionado e a moagem continua até o nível desejado de microfibrilação ser obtido. O material particulado inorgânico grosseiro usado de acordo com o primeiro aspecto dessa invenção pode ter inicialmente uma distribuição de tamanho de partícula na qual menos de 20% em peso das partículas têm um e.s.d. de menos de 2 pm, por exemplo, menos de cerca de 15% em peso, ou menos de cerca de 10% em peso das partículas têm um e.s.d. de menos de 2 pm. Em outra modalidade, o material particulado inorgânico grosseiro usado de acordo com o primeiro aspecto desta invenção pode ter inicialmente uma distribuição de tamanho de partícula, conforme medida usando-se uma máquina Malvern Mastersizer S, na qual menos de cerca de 20% em volume das partículas têm um e.s.d. de menos de 2 pm, por exemplo, menos de cerca de 15% em volume, ou menos de cerca de 10% em volume das partículas têm um e.s.d. de menos de 2 pm.

[00045] O material particulado inorgânico grosseiro pode ser moído a úmido ou a seco na ausência ou na presença de um meio de moagem. No caso de um estágio de moagem a úmido, o material particulado inorgânico grosseiro é preferivelmente moído em uma suspensão aquosa na presença de um meio de moagem. Em tal suspensão, o material particulado inorgânico grosseiro pode preferivelmente estar presente em uma quantidade de cerca de 5% a cerca de 85% em peso da suspensão; mais preferivelmente, em uma quantidade de cerca de 20% a cerca de 80% em peso da suspensão. Da maneira mais preferível, o material particulado inorgânico grosseiro pode preferivelmente estar presente em uma quantidade de cerca de 30% a cerca de 75% em peso da suspensão. Como acima descrito, o material particulado inorgânico grosseiro pode ser moído até uma tal distribuição de tamanho de partícula que pelo menos 10% em peso das partículas tenham um e.s.d. de menos de 2 pm, por exemplo, ou pelo menos cerca de 20% em peso, ou pelo menos cerca de 30% em peso, ou pelo menos cerca de 40% 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, ou pelo menos cerca de 95% em peso, ou pelo menos cerca de 100% em peso das partículas tenham um e.s.d. de menos de 2 pm, após o que a polpa de celulose é adicionada e os dois componentes são comoídos para microfibrilar as fibras da polpa de celulose. Em outra modalidade, o material particulado inorgânico grosseiro é moído até uma distribuição de tamanho de partícula, conforme medido por uma máquina Malvern Mastersizer S, de tal maneira que pelo menos 100% do volume das partículas tenham um e.s.d. de menos de 2 pm, por exemplo, pelo menos 20% em volume, ou pelo menos 30% em volume, ou pelo menos 40% em volume, ou pelo menos 50% em volume, ou pelo menos 60% em volume, ou pelo menos 70% em volume, ou pelo menos 80% em volume, ou pelo menos 90% em volume, ou pelo menos 95% em volume, ou cerca de 100% em volume das partículas tenham um e.s.d. de menos de 2 pm, após o que a polpa de celulose é adicionada e os dois componentes são comoídos para mi- crofibrilar as fibras de celulose da polpa.

[00046] Em uma modalidade, o tamanho de partícula médio (dso) do material particulado inorgânico é reduzido durante o processo de co- moagem. Por exemplo, o dso do material particulado inorgânico pode ser reduzido em pelo menos 10% (conforme medido por uma maquina Malvern Mastersizer S), por exemplo, o dso do material particulado inorgânico pode ser reduzido em pelo menos 20%, ou reduzido em pelo menos 30%, ou reduzido em pelo menos 40%, ou reduzido em pelo menos 50%, ou reduzido em pelo menos 60%, ou reduzido em pelo menos 70%, ou reduzido em pelo menos 80%, ou reduzido em pelo menos 90%. Por exemplo, um material particulado inorgânico com um dso de 2,5 pm antes da comoagem e um dso de 1,5 pm após a comoagem terá sido submetido uma redução de 40% do seu tamanho de partícula. Em modalidades, o tamanho de partícula médio do material particulado inorgânico não é significativamente reduzido durante o processo de comoagem. Por "não significativamente reduzido", quer- se dizer que o dso do material particulado inorgânico é reduzido em menos de cerca de 10%, por exemplo, o dso do material particulado inorgânico é reduzido em menos de 5%.

[00047] O substrato fibroso compreendendo celulose pode ser mi- crofibrilado na presença de um material particulado inorgânico para a obtenção de celulose microfibrilada com um dso variando de cerca de 5 pm a cerca de 500 pm, conforme medido por espalhamento de luz la-ser. O substrato fibroso compreendendo celulose pode ser microfibri- lado na presença de um material particulado inorgânico para se obter celulose microfibrilada com um dso igual ou menor que cerca de 400 pm, por exemplo igual ou menor que cerca de 300 pm, por exemplo igual ou menor que cerca de 200 pm, por exemplo igual ou menor que cerca de 150 pm, ou igual ou menor que cerca de 125 pm, ou igual ou menor que cerca de 100 pm, ou igual ou menor que cerca de 90 pm, ou igual ou menor que cerca de 80 pm, ou igual ou menor que cerca de 70 pm, ou igual ou menor que cerca de 60 pm, ou igual ou menor que cerca de 50 pm, ou igual ou menor que cerca de 40 pm, ou igual ou menor que cerca de 30 pm, ou igual ou menor que cerca de 20 pm ou igual ou menor que cerca de 10 pm.

[00048] O substrato fibroso compreendendo celulose pode ser microfibrilado na presença de um material particulado inorgânico para se obter celulose microfibrilada com um tamanho modal de partícula de fibra variando de cerca de 0,1-500 pm e um tamanho modal de partí-cula de material particulado inorgânico variando de cerca de 0,25-20 pm. O substrato fibroso compreendendo celulose pode ser microfibrilado na presença de um material particulado inorgânico para se obter uma celulose microfibrilada com uma tamanho modal de partícula de fibra de pelo menos cerca de 0,5 pm, por exemplo pelo menos cerca de 10 pm, ou pelo menos cerca de 50 pm, ou pelo menos cerca de 100 pm, ou pelo menos cerca de 150 pm, ou pelo menos cerca de 200 pm, ou pelo menos cerca de 300 pm, ou pelo menos cerca de 400 pm.

[00049] O substrato fibroso compreendendo celulose pode ser microfibrilado na presença de um material particulado inorgânico para se obter celulose microfibrilada com uma declividade de fibra igual ou maior do que cerca de 10, conforme medida por Malvern. A declividade de fibra (isto é, a declividade da distribuição do tamanho de partícula das fibras) é determinada pela seguinte fórmula: Declividade = 100 x (dao/dzo)

[00050] A celulose microfibrilada pode ter uma declividade de fibra igual ou menor do que cerca de 100. A celulose microfibrilada pode ter uma declividade de 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 ou menor do que cerca de 30. A celulose microfibrilada pode ter uma declividade de fibra de cerca de 20 a cerca de 50, ou de cerca de 25 a 40, ou de cerca de 25 a 35, ou de cerca de 30 a 40.

[00051] A moagem é apropriadamente realizada em um contêiner de moagem, tal com um moinho de tombamento (por exemplo, com varas, bolas e autógeno), um moinho de agitação (por exemplo, SAM ou IsaMill), um moinho de torre, um moinho de agitação SMD ou um contêiner de moagem compreendendo placas giratórias paralelas de moagem entre as quais o material a ser moído é introduzido.

[00052] Em uma modalidade, o contêiner de moagem é um moinho de torre. O moinho de torre pode compreender uma zona de quiescên- cia acima ou uma ou mais zonas de quiescência. Uma zona de quies- cência é uma região localizada próximo ao topo do interior do moinho no qual moagem mínima ou nenhuma moagem ocorre e compreende celulose microfibrilada e material particulado inorgânico. A zona de quiescência é uma região na qual partículas do meio de moagem selecionado se sedimentam em uma ou mais das zonas de moagem do moinho de torre.

[00053] O moinho de torre pode compreender um classificador acima de uma ou mais das zonas de moagem. Em uma modalidade, o classificador é montado no topo e localizado adjacente a uma zona de quiescência. O classificador pode ser um hidrociclone.

[00054] O moinho de torre pode compreender uma peneira acima de uma ou mais zonas de moagem. Em uma modalidade, uma peneira está localizada adjacente a uma zona de quiescência ou um classificador. A peneira pode ser dimensionada para separar meio de moagem da suspensão aquosa do produto compreendendo celulose microfibrilada e material particulado inorgânico e para aumentar a sedimentação do meio de moagem.

[00055] Em uma modalidade, a moagem é realizada sob condições de fluxo bloqueado. Sob condições de fluxo bloqueado, o fluxo sob a torre é tal que há mistura limitada dos materiais de moagem através da torre. Isso significa que em pontos diferentes ao longo do comprimento do moinho de torre a viscosidade do ambiente aquoso variará à medida que a fineza da celulose microfibrilada aumenta. Assim, de fato, pode-se considerar que a região de moagem do moinho de torre compreende uma ou mais zonas de moagem com uma viscosidade característica. Uma pessoa versada na técnica compreenderá que não há limite claro entre zonas de moagem adjacentes no que diz respeito à viscosidade.

[00056] Em uma modalidade, água é adicionada ao topo do moinho próximo à zona de quiescência ou do classificador ou da peneira acima ou de uma ou mais das zonas de moagem para reduzir a viscosidade da suspensão aquosa compreendendo celulose microfibrilada e material particulado inorgânico nessas zonas do moinho. Ao diluir o produto de celulose microfibrilada e de material particulado inorgânico neste ponto do moinho, descobriu-se que a prevenção de que o meio de moagem seja carregado para a zona de quiescência e/ou para o classificador e/ou peneira é aperfeiçoada. Além disso, a limitação da mistura através da torre permite o processamento de altos teores de sólidos em partes mais altas da torre e diluição no topo com refluxo limitado da água de diluição de volta pela torre até uma ou mais das zonas de moagem. Qualquer quantidade apropriada de água eficaz para diluir a viscosidade da suspensão aquosa compreendendo celulose microfibrilada e material particulado inorgânico pode ser adicionada. A água pode ser adicionada continuamente durante o processo de moagem, a intervalos regulares ou a intervalos irregulares.Em outra modalidade, água pode ser adicionada a uma ou mais zonas de moagem através de um ou mais pontos de injeção de água posicionados ao longo do comprimento do moinho de torre, ou com cada ponto de injeção de água estando localizado em uma posição correspondente a uma ou mais zonas de moagem. De maneira vantajosa, a capacidade de adicionar água em vários pontos ao longo da torre permite maior ajuste das condições de moagem em qualquer uma ou todas as posições ao longo do moinho.

[00057] O moinho de torre pode compreender uma coluna de rotor vertical equipado com uma série de discos rotores por todo o seu comprimento. A ação dos discos rotores cria uma série de zonas de moagem separadas por todo o moinho.

[00058] Em outra modalidade, a moagem é realizada em um tritura dor dotado de peneira, preferivelmente um moinho de agitação. O triturador dotado de peneira pode compreender uma ou mais peneiras com uma abertura nominal de pelo menos cerca de 250 pm, por exemplo, a peneira ou peneiras podem ter uma abertura nominal de pelo menos cerca de 300 pm, ou pelo menos cerca de 350 pm, ou pelo menos cerca de 400 pm, ou pelo menos cerca de 450 pm, ou pelo menos cerca de 500 pm, ou pelo menos cerca de 550 pm, ou pelo menos cerca de 600 pm, ou pelo menos cerca de 650 pm, ou pelo menos cerca de 700 pm, ou pelo menos cerca de 750 pm, ou pelo menos cerca de 800 pm, ou pelo menos cerca de 850 pm, ou pelo menos cerca de 900 pm, ou pelo menos cerca de 1000 pm.

[00059] Os tamanhos de peneira mencionados acima se aplicam às modalidades de moinho de torre descritas acima.

[00060] Como mencionado acima, a moagem pode ser realizada na presença de um meio de moagem. Em uma modalidade, o meio de moagem é um meio grosseiro compreendendo partículas com um diâmetro médio na faixa de 1 mm a 6 mm, por exemplo cerca de 2mm, ou cerca de 3 mm, ou cerca de 4 mm, ou cerca de 5 mm.

[00061] Em outra modalidade, o meio de moagem tem uma gravi dade específica de pelo menos 2,5, por exemplo cerca de 3, ou pelo menos cerca de 3,5, ou pelo menos cerca de 4,0, ou pelo menos cerca de 4,5, ou pelo menos cerca de 5,0, ou pelo menos cerca de 5,5, ou pelo menos cerca de 6,0.

[00062] Em outra modalidade, o meio de moagem compreende partículas com um diâmetro médio na faixa de cerca de 1 mm a 6 mm e tem uma gravidade específica de pelo menos 2,5.

[00063] Em outra modalidade, o meio de moagem compreende partículas com um diâmetro médio de cerca de 3 mm e uma gravidade específica de cerca de 2,7.

[00064] Como acima descrito, o meio (ou meios) de moagem pode se apresentar em uma quantidade de cerca de 70% em volume da carga. O meio de moagem pode estar presente em uma quantidade de pelo menos 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.

[00065] Em uma modalidade, o meio de moagem está presente em uma quantidade de cerca de 50% em volume da carga.

[00066] Por "carga"quer-se dizer a composição que é o material introduzido no contêiner de moagem. A carga inclui água, meio de moagem, substrato fibroso compreendendo celulose e material particulado inorgânico e quaisquer outros aditivos opcionais como aqui descritos.

[00067] O uso de um meio relativamente grosseiro ou denso tem a vantagem de melhores (isto é, mais rápidas) taxas de sedimentação e carregamento reduzido do meio através da zona de quiescência e/ou classificador e/ou peneira(s).

[00068] Uma vantagem adicional de usar um meio de moagem rela- tivamente grosseiro é que o tamanho médio de partícula (dso) do material particulado inorgânico pode ser significativamente reduzido durante o processo de moagem, de maneira que a energia aplicada no ao sistema de moagem é primariamente expandido na microfibrilação do substrato fibroso compreendendo celulose.

[00069] Uma vantagem adicional do uso de peneiras com aberturas de tamanho relativamente grande é que meios de moagem relativamente grosseiros ou densos podem ser usados na etapa de microfibrilação. Além disso, o uso de peneiras com aberturas de tamanho relativamente grande (ou seja, com uma abertura nominal de pelo menos cerca de 250 pm) permite que um produto com teor de sólidos relativamente altos seja processado e removido do moinho, o que permite o uso de um material com teor de sólidos relativamente altos (compreendendo substrato fibroso compreendendo celulose e material particulado inorgânico) para ser processado em um processo economicamente viável. Como discutido abaixo, foi descoberto que um material com teor inicial de sólidos alto é desejável em termos de suficiência energética. Além disso, também foi descoberto que um produto produzido (a uma dada energia) a um teor de sólidos mais baixo tem distribuição de tamanho de partícula um pouco maior.

[00070] Como discutido na seção "Antecedentes", acima, a presente invenção busca abordar o problema da preparação de celulose microfibrilada economicamente em uma escala industrial.

[00071] Assim, de acordo com uma modalidade, o substrato fibroso compreendendo celulose e material particulado inorgânico estão presentes no ambiente aquoso a uma teor de sólidos inicial de pelo menos cerca de 4% em peso, dos quais pelo menos cerca de 2% em peso são substrato fibroso compreendendo celulose. O teor de sólidos inicial pode ser de pelo menos cerca de 10% em peso, ou de pelo menos 20% em peso, ou de pelo menos 30% em peso, ou de pelo menos 40% em peso. Pelo menos cerca de 5% em peso do teor de sólidos inicial pode ser substrato fibroso compreendendo 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 subs-trato fibroso compreendendo celulose.

[00072] Em outra modalidade, a moagem é realizada em uma cascata de contêineres de moagem, um ou mais dos quais podem compreender uma ou mais zonas de moagem. Por exemplo, o substrato fibroso compreendendo celulose e o material particulado inorgânico podem ser moídos em uma cascata de dois ou mais contêineres de moagem, por exemplo, uma cascata de três ou mais contêineres de moagem, ou uma cascata de seis ou mais contêineres de moagem, ou uma cascata de sete ou mais contêineres de moagem, ou uma cascata de oito ou mais contêineres de moagem, ou uma cascata de nove ou mais contêineres de moagem, ou uma cascata compreendendo até 10 contêineres de moagem, A cascata de contêineres de moagem pode ser operacionalmente ligada em série ou em paralelo ou em uma combinação de em série e em paralelo. A saída de e/ou a entrada para um ou mais dos contêineres de trituração da cascata pode estar submetida a uma ou mais etapas de peneiragem e/ou a uma ou mais etapas de classificação.A energia total gasta no processo de microfibrilação pode ser distribuída igualmente em cada um dos contêineres de moagem da cascata. De maneira alternativa, a aplicação de energia pode variar entre alguns ou todos os contêineres de moagem da cascata.

[00073] Uma pessoa versada na técnica entenderá que a energia despendida por contêiner poderá variar entre os vasos da cascata dependendo da quantidade de substrato fibroso sendo microfibrilada em cada vaso, e opcionalmente, da velocidade da moagem em cada contêiner, da duração da moagem em cada contêiner, do tipo de meio de moagem em cada contêiner e do tipo e da quantidade de material particulado inorgânico. As condições de moagem podem ser variadas em cada contêiner da cascata para controlar a distribuição do tamanho de partícula tanto da celulose microfibrilada quanto do material particulado inorgânico. Por exemplo, o tamanho do meio de moagem pode ser variado entre contêiner sucessivos da cascata para reduzir a moagem do material particulado inorgânico e para se adequar à moagem do substrato fibroso compreendendo celulose.

[00074] Em uma modalidade, a moagem é realizada em um circuito fechado. Em outra modalidade, a moagem é realizada em um circuito aberto. A moagem pode ser realizada em modo de lote. A moagem pode ser realizada em um modo de lote de recirculação.

[00075] Como acima descrito, o circuito de moagem pode incluir uma etapa de pré-moagem na qual material particulado inorgânico grosseiro moído em um contêiner de moagem até um tamanho de partícula predeterminado, após o que o material fibroso compreendendo celulose é combinado com o material particulado inorgânico pré-moído e a moagem continua no mesmo ou em outro contêiner de moagem até o nível desejado de microfibrilação ser obtido.

[00076] Uma vez que a suspensão do material a ser moído pode ter uma viscosidade relativamente alta, um agente dispersante apropriado pode preferivelmente ser adicionado à suspensão antes da moagem. O agente dispersante pode ser, por exemplo, um fosfato condensado solúvel em água, ácido posilicílico ou um sal do mesmo, ou um poliele- trólito como, por exemplo, um sal solúvel em água de um poli(ácido acrílico) ou de um poli(ácido metacrílico) com um peso molecular médio não maior do que 80.000. A quantidade de agente dispersante usado ficaria geralmente na faixa de 0,1 a 2,0% em peso, com base no peso do material sólido particulado inorgânico seco. A suspensão pode, de maneira apropriada, ser moída a uma temperatura na faixa de 4°C a 100°C.

[00077] Outros aditivos que podem ser incluídos durante a etapa de microfibrilação incluem: carboximetilcelulose, carboximetilcelulose an- fotérica, agentes oxidantes, 2,2,6,6-tetrametilpiperidina-1-oxil (TEMPO), derivados do TEMPO e enzimas de degradação da madeira.

[00078] O pH da suspensão do material a ser moído pode ser de cerca de 7 ou mais do que cerca de 7 (isto é, básico), por exemplo, o pH da suspensão pode ser de cerca de 8, ou de cerca de 9, ou de cerca de 10, ou de cerca de 11. O pH da suspensão do material a ser moído pode ser de menos do que cerca de 7 (isto é, ácido), por exemplo, o pH da suspensão pode ser de cerca de 6, ou de cerca de 5, ou de cerca de 4, ou de cerca de 3. O pH da suspensão do material a ser moído pode ser ajustado por adição de uma quantidade apropriada de ácido ou base. Bases adequadas incluem hidróxidos de metais alcalinos, tais como, por exemplo, NaOH. Outras bases apropriadas são carbonato de sódio e amónio. Ácidos apropriados incluem ácidos inorgânicos, tais como ácido hidroclorídrico e sulfúrico ou ácidos orgânicos. Um exemplo de ácido é o ácido ortofosfórico.

[00079] A quantidade de material particulado inorgânico e polpa de celulose na mistura a ser comoída pode varia em uma proporção de cerca de 99,5:0,5 a cerca de 0,5:99,5 com base no peso seco do material particulado inorgânico e na quantidade de fibra seca na polpa, por exemplo, uma proporção de cerca de 99,5:0,5 a cerca de 50:50 com base no peso seco do material particulado inorgânico e na quantidade de fibra seca na polpa. Por exemplo, a proporção da quantidade de material particulado inorgânico e de fibra seca pode ser de cerca de 99,5:0,5 a cerca de 70:30. Em uma modalidade, a proporção de material particulado inorgânico e de fibra seca é de cerca de 80:20, ou por exemplo, cerca de 85:15, ou cerca de 90:10, ou cerca de 91:9, ou de cerca de 92:8, ou cerca de 93:7, ou de cerca de 95:5, ou de cerca de 96:4, ou de cerca de 97:3, ou de cerca de 98:2, ou de cerca de 99:1. Em uma modalidade preferida, a proporção de peso o material particulado e da fibra seca é de 95:5. Em outra modalidade preferida, a proporção de peso do material particulado inorgânico e da fibra seca é de cerca de 90:10. Em outra modalidade preferida, a proporção de peso do material particulado inorgânico e da fibra seca é de cerca de 85:15. Em outra modalidade preferida, a proporção de peso do material particulado inorgânico e da fibra seca é de cerca de 80:20.

[00080] A aplicação total de energia em um processo típico de moagem para se obter a composição em suspensão aquosa desejada pode ficar normalmente entre 100 e 1500 kWht1 com base no peso seco total do enchimento particulado inorgânico. A aplicação de energia total pode ficar entre menos do que cerca de 1000 kWht1, por exemplo, menos do que cerca de 800 kWht1, por exemplo, menos do que cerca de 600 kWht1, menos do que cerca de 500 kWht1, menos do que cerca de 400 kWht1, menos do que cerca de 300 kWht1ou menos do que cerca de 200 kWht1. Como tal, os presentes inventores descobriram, de maneira surpreendente, que uma polpa de celulose pode ser microfibrilada a uma aplicação de energia relativamente baixa quando é comoída na presença de um material particulado inorgânico. Como ficará aparente, a aplicação total de energia por tonelada da fibra seca no substrato fibroso compreendendo celulose será de menos do que cerca de 10.000 kWht1, por exemplo, menos do que cerca de 9.000 kWht1, ou menos do que cerca de 8.000 kWht1, ou menos do que cerca de 7.000 kWht1, ou menos do que cerca de 6.000 kWht-1, ou menos do que cerca de 5.000 kWht1, por exemplo menos do que cerca de 4.000 kWht1, menos do que cerca de 3.000 kWht1, menos do que cerca de 2.000 kWht1, menos do que cerca de 1.500 kWht-1, menos do que cerca de 1.200 kWht1, menos do que cerca de 1.000 kWht1 ou menos do que cerca de 800 kWht1. A aplicação de energia total varia dependendo da quantidade de fibra seca no substrato fibroso sendo microfibrilado e, opcionalmente, da velocidade da moagem e da duração da moagem.

Homogeneização

[00081] A microfibrilação do substrato fibroso compreendendo celulose pode ser realizada sob condições úmidas na presença de um material particulado inorgânico por um método no qual a mistura da polpa de celulose e de material particulado inorgânico é pressurizada (por exemplo, a uma pressão de cerca de 50 MPa(500 bar)) e então passada para uma zona de pressão mais baixa. A taxa na qual a mistura é passada à zona de pressão mais baixa é suficientemente alta e a pressão da zona de pressão baixa é suficientemente baixa de maneira a causar microfibrilação das fibras de celulose. Por exemplo, a queda de pressão pode ser efetuada forçando-se a mistura através de uma abertura anular com um orifício de entrada estreito com um orifício de saída muito mais largo. A drástica queda de pressão à medida que a mistura desacelera em um volume maior (isto é, uma zona de pressão mais baixa) induz a cavitação, que causa a microfibrilação. Em uma modalidade, a microfibrilação do substrato fibroso compreendendo celulose pode ser efetuada em um homogeneizador sob condições úmidas na presença do material particulado inorgânico. No homogeneizador, a mistura polpa de celulose/material particulado inorgânico é pressurizada (por exemplo, a uma pressão de cerca de 50 MPa (500 bar)) e forçada através de um pequeno bocal ou orifício. A mistura pode ser pressurizada até uma pressão de cerca de 10 MPa a cerca de 100 MPa (100 a cerca de 1000 bar), por exemplo a uma pressão igual a ou maior do que 30 MPa (300 bar), ou igual a ou maior do que cerca de 50 MPa (500 bar), ou igual a ou maior do que cerca de 20 MPa (200 bar), ou igual a ou maior do que cerca de 70 MPa (700 bar). A homogeneização submete as fibras a altas forças de cisalhamento, de tal maneira que à medida que a polpa de celulose pressurizada sai pelo bocal ou orifício, a cavitação causa a microfibrilação das fibras de celulose da polpa. Água adicional pode ser introduzida para melhorar a fluidez da suspensão através do homogeneizador. A suspensão aquosa resultante compreendendo celulose microfibrilada e material particulado inorgânico pode ser introduzida de volta na entrada para múltiplas passagens através do homogeneizador. Em uma modalidade preferida, o material particulado inorgânico é um mineral naturalmente laminar, como o caulim. Como tal, a homogeneização não apenas facilita a microfibrilação da polpa de celulose, mas também facilita a dela- minação do material particulado laminado.

[00082] Entende-se que um material particulado laminado, como o caulim, tem um fator de forma de pelo menos cerca de 10, por exemplo, pelo menos cerca de 15, ou pelo menos cerca de 20, ou pelo menos cerca de 30, ou pelo menos cerca de 40, ou pelo menos cerca de 50, ou pelo menos cerca de 60, ou pelo menos cerca de 70, ou pelo menos cerca de 80, ou pelo menos cerca de 90, ou pelo menos cerca de 100. O fator de forma, conforme aqui utilizado, é uma medida da proporção entre um diâmetro de partícula e uma espessura de partícula para uma população de partículas de tamanhos e formas variadas, conforme medido usando-se métodos de condutividade, aparatos e equações elétricas descrito na patente US 5.576.617, aqui incorporada por referência.

[00083] Uma suspensão de um material particulado inorgânico laminar, tal como o caulim, pode ser tratada no homogeneizador até um tamanho de partícula predeterminado na ausência do substrato fibroso compreendendo celulose, após o que o material fibroso compreendendo celulose é adicionado à pasta aquosa de material particulado inorgânico e a suspensão combinada é processada no homogeneizador, como acima descrito. O processo de homogeneização é continuado, incluindo uma ou mais passagens através do homogeneizador, até que o nível desejado de microfibrilação seja obtido. De maneira similar, o material particulado inorgânico laminar pode ser tratado em um triturador até uma distribuição de tamanhos de partícula predeterminada e então combinada com o material fibroso compreendendo celulose seguido de processamento no homogeneizador.

[00084] Um exemplo de homogeneizador é o homogeneizador Manton Gaulin (APV).

[00085] Após a realização da etapa de microfibrilação, a suspensão aquosa compreendendo celulose microfibrilada e material particulado inorgânico pode ser peneirada para remover fibras acima de um certo tamanho e para remover qualquer meio de moagem. Por exemplo, a suspensão pode ser submetida a peneiramento usando-se uma peneira com um tamanho de abertura nominal selecionado para remover as fibras que não passarem pela peneira. "Tamanho de abertura nominal" significa a separação central nominal de tamanhos opostos de uma abertura quadrada ou o diâmetro nominal de uma abertura redonda. A peneira pode ser uma peneira BSS (de acordo com BS 1796) com um tamanho de abertura nominal de 150 pm, por exemplo, um tamanho de abertura nominal de 125 pm, ou 106 pm, ou 90 pm, ou 74 pm, ou 63 pm, ou 53 pm, ou 45 pm, ou 38 pm. Em uma modalidade, a suspensão aquosa é peneirada usando-se uma peneira BSS com uma abertura nominal de 125 pm. A suspensão aquosa pode então ser opcionalmente secada.

A suspensão aquosa

[00086] As suspensões aquosas desta invenção produzidas de acordo com os métodos acima descritos são apropriadas para uso em um método de fabricação de papel ou papel de revestimento.

[00087] Assim, a presente invenção, é direcionada a uma solução aquosa compreendendo, consistindo em ou consistindo essencialmen- te em celulose microfibrilada e um material particulado inorgânico e outros aditivos adicionais. A suspensão aquosa é apropriada para uso em um método de fabricação de papel ou papel de revestimento. Os outros aditivos adicionais incluem dispersantes, biocidas, auxiliares de suspensão, sal ou sais e outros aditivos, por exemplo, amido ou carboximetilcelulose ou polímeros, que podem facilitar a interação das partículas e fibras minerais durante ou após a moagem.

[00088] O material particulado inorgânico pode ter uma distribuição de tamanhos de partícula de tal maneira 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, por exemplo pelo menos cerca de 100% em peso das partículas tenham um e.s.d. de menos do que 2 pm.

[00089] Em outra modalidade, o material particulado inorgânico pode ter uma distribuição de tamanhos de partícula, conforme medida por uma máquina Malvern Mastersizer S, tal 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, por exemplo pelo menos cerca de 100% em volume das partículas tenham um e.s.d. de menos de 2 pm.

[00090] A quantidade de material particulado inorgânico e polpa de celulose na mistura a ser comoída pode variar de cerca de 99,5:0.5 a cerca de 0,5:99,5 com base no peso seco de material particulado inorgânico e na quantidade de fibra seca na polpa, por exemplo, uma pro-porção de cerca de 99,5:0,5 a cerca de 50:50 com base no peso seco do material particulado inorgânico e na quantidade de fibra seca na polpa. Por exemplo, a proporção da quantidade de material particulado inorgânico e fibra seca pode ser de cerca de 99,5:0,5 a cerca de 70:30. Em uma modalidade, a proporção de material particulado inorgânico e fibra seco é de cerca de 80:20, ou, por exemplo de cerca de 85:15, ou de cerca de 90:10, ou de cerca de 91:9, ou de cerca de 92:8, ou de cerca de 93:7, ou de cerca de 94:6, ou de cerca de 95:5, ou de cerca de 96:4, ou de cerca de 97:3, ou de cerca de 98:2, ou de cerca de 99:1. Em uma modalidade preferida, a proporção de peso de material inorgânico particulado e fibra seca é de cerca de 95:5. Em outra modalidade preferida, a proporção de peso de material inorgânico particulado e fibra seca é de cerca de 90:10. Em outra modalidade preferida, a proporção de peso de material inorgânico particulado e fibra é de cerca de 85:15. Em outra modalidade preferida, a proporção de peso de material inorgânico particulado e fibra é de cerca de 80:20.

[00091] Em uma modalidade, a composição não inclui fibras grandes demais para passar através de uma peneira BSS (de acordo com BS 1796), com um tamanho de abertura nominal de 150 pm, por exemplo, um tamanho de abertura nominal de 125 pm, 106 pm ou 90 pm, ou 74 pm, ou 63 pm, ou 53 pm, ou 45 pm, ou 38 pm. Em uma modalidade, a suspensão aquosa é peneirada usando-se uma peneira BSS com uma abertura nominal de 125 pm.

[00092] Será entendido, portanto, que a quantidade (isto é, % em peso) de celulose microfibrilada na suspensão aquosa após a moagem e a homogeneização pode ser menor do que a quantidade de fibra se- ca na polpa caso a suspensão moída ou homogeneizada é tratada para remover fibras acima de um tamanho selecionado. Assim, as quantidades relativas de polpa e material particulado inorgânico introduzida no triturador ou homogeneizador pode ser ajustada dependendo da quantidade de celulose microfibrilada necessária na suspensão aquosa após as fibras acima de um tamanho selecionado serem removidas.

[00093] Em uma modalidade, o material particulado inorgânico é um carbonato de metal alcalinoterroso, por exemplo, carbonato de cálcio. O material particulado inorgânico pode ser um carbonato de cálcio moído (GCC) ou carbonato de cálcio precipitado (PCC) ou uma mistura de GCC e PCC. Em outra modalidade, o material inorgânico particulado é um mineral naturalmente laminar como, por exemplo, caulim. O material inorgânico particulado pode ser uma mistura de caulim e car-bonato de cálcio como, por exemplo, uma mistura de caulim e GCC, ou uma mistura de caulim e PCC, ou uma mistura de caulim, GCC e PCC.

[00094] Em outra modalidade, a suspensão aquosa é tratada para remover pelo menos uma parte ou substancialmente toda a água para formar um produto parcialmente seco ou essencialmente completamente seco. Por exemplo, pelo menos 10% em volume da água na suspensão aquosa pode ser removida da suspensão aquosa como, 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 da água na suspensão aquosa pode ser removida. Qualquer técnica apropriada pode ser usada para remover a água da suspensão aquosa incluindo, por exemplo, por drenagem auxiliada pela gravidade ou por vácuo, com ou sem prensagem, ou por evaporação, ou por filtração, ou por uma combinação dessas técnicas. O produto parcialmente seco ou essencialmente completamente seco compreenderá celulose microfibrilada e material particulado inorgânico e quaisquer outros aditivos opcionais que possam ter sido adicionados à suspensão aquosa antes da secagem. O produto parcialmente seco ou essencialmente completamente seco pode ser armazenado ou embalado para venda. O produto parcialmente seco ou essencialmente completamente seco pode ser opcionalmente reidratado e incorporado em composições para fabricação de papel e outros produtos de papel, como aqui descrito.

Produtos de papel e processos para a preparação dos mesmos

[00095] A suspensão aquosa compreendendo celulose microfibrilada e material particulado inorgânico pode ser incorporada em composições para a fabricação de papel que, por sua vez, podem ser usadas na preparação de produtos de papel. O termo "produto de papel", conforme utilizado em conexão com a presente invenção, deve ser entendido como significando todas as formas de papel, incluindo cartão, tais como, por exemplo, cartão com revestimento branco e cartão canelado, papelão, cartão revestido e afins. Há diversos tipos de papel, revestidos ou não revestidos, que podem ser feitos de acordo com a presente invenção, incluindo papel apropriado para livros, revistas, jornais e afins, e papéis para escritório. O papel pode ser calandrado ou supercalandrado, conforme apropriado. Por exemplo, papel para revistas supercalandrado apropriado para rotogravura e offset printing pode ser feito de acordo com os presentes métodos. Papéis apropriados para revestimento de peso leve, revestimento de peso médio ou pigmentação finalizada por máquina (MFP) podem também ser feitos de acordo com os presentes métodos. Papel e cartão revestidos com propriedades de barreira apropriados para embalar alimentos e afins podem também ser fabricados de acordo com a presente invenção.

[00096] Em um processo típico de fabricação de papel, uma polpa contendo celulose é preparada por qualquer tratamento químico ou mecânico adequado, ou uma combinação dos mesmos, todos bem conhecidos na técnica. A polpa pode ser derivada de qualquer fonte apropriada, tal como madeira, gramíneas (por exemplo, cana-de- açúcar, bambu) ou têxteis (por exemplo, sobras têxteis, algodão, cânhamo ou linho). A polpa pode ser alvejada de acordo com processos bem conhecidos daqueles versados na técnica e os processos apro-priados para uso na presente invenção serão prontamente evidentes. A polpa de celulose alvejada pode ser batida, refinada ou ambos, até uma freeness predeterminada (relatada na técnica como Canadian Standard Freeness (CSF) em cm3). Uma solução-mãe de papel é então preparada a partir da polpa alvejada e batida.

[00097] A composição para fabricação de papel da presente invenção normalmente compreende, além da suspensão aquosa de celulose microfibrilada e material particulado inorgânico, solução-mãe de papel e outros aditivos convencionais conhecidos na técnica. A composição para fabricação de papel da presente invenção pode compreender até cerca de 50% em peso de material particulado inorgânico derivado da suspensão aquosa compreendendo celulose microfibrilada e material particulado inorgânico baseado nos teores secos totais 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% em peso, 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 pe- lo menos cerca de 80% em peso de material particulado inorgânico derivado da suspensão aquosa compreendendo celulose microfibrilada e material particulado inorgânico com base nos teores secos totais da composição para fabricação de papel. O material de celulose microfibrilada pode ter uma declividade de fibra maior do que cerca de 10, por exemplo, de cerca de 20 a cerca de 50, ou de cerca de 25 a cerca de 40, ou de cerca de 25 a cerca de 35, ou de cerca de 30 a cerca de 40. A composição para fabricação de papel pode também conter um auxiliar de retenção não iônico, catiônico ou aniônico ou sistema de retenção microparticulado em uma quantidade na faixa de cerca de 0,1 a 2% em peso, com base no peso seco da suspensão aquosa compreendendo celulose microfibrilada e material particulado inorgânico. Ela pode conter também um agente determinador de tamanho que po-de ser, por exemplo, uma longa cadeia de dímeros alquilcetenos ou uma emulsão de cera ou um derivado de ácido succínico. A composição pode, portanto conter corante e/ou um agente de branqueamento óptico. A composição pode compreender também auxiliares de força secos ou úmidos tais como, por exemplo, amido ou co-polímeros de epicloridrina.

[00098] De acordo com o oitavo aspecto descrito acima, a presente invenção está direcionada a um processo para fabricar papel compreendendo: (i) obtenção ou preparação de um substrato fibroso compreendendo celulose sob a forma de uma polpa apropriada para fabricar um produto de papel; (ii) preparação de uma composição para fabricação de papel a partir da polpa do passo (i), compreendendo a suspensão aquosa desta invenção celulose microfibrilada e material particulado inorgânico e outros aditivos opcionais (tais como, por exemplo, um auxiliar de retenção, e outros aditivos, tais como aqueles descritos acima); e (iii) formação de um produto de papel a partir de tal composição para fabricação de papel. Como indicado acima, o passo de for- mar uma polpa pode ocorrer no contêiner de moagem ou homogenei- zador por adição do substrato fibroso compreendendo celulose em um estado seco, por exemplo, sob a forma de aparas ou resíduos secos de papel, diretamente no contêiner de moagem. O ambiente aquoso no contêiner de moagem ou homogeneizador facilitarão então a formação de uma polpa.

[00099] Em uma modalidade, um componente de enchimento adicional (isto é, outro componente de enchimento que não o material particulado inorgânico comoído com o substrato fibroso compreendendo celulose) pode ser adicionado à composição para fabricação de papel preparada na etapa (ii). Exemplos de componentes de enchimento são PCG, GCC, caulim ou misturas dos mesmos. Um exemplo de PCC é scalenohedral PCC. Em uma modalidade, a proporção de peso do material particulado inorgânico e do componente de enchimento adicional na composição para fabricar papel é de cerca de 1:1 a cerca de 1:30, por exemplo, de cerca de 1:1 a cerca de 1:20, por exemplo, de cerca de 1:1 a cerca de 1:15, por exemplo, de cerca de 1:1 a cerca de 1:10, por exemplo, de cerca de 1:1 a cerca de 1:7, por exemplo, de cerca de 1:3 a cerca de 1:6, por exemplo, de cerca de 1:1 a cerca de 1:2, por exemplo, de cerca de 1:3 a cerca de 1:4 ou cerca de 1:5. Produtos de papel feitos a partir de tais composições para fabricação de papel podem exibir força maior em comparação com produtos de papel compreendendo somente material particulado inorgânico, tal como, por exemplo, PCC, como enchimento. Os produtos de papel feitos a partir de tais composições para fabricação de papel podem exibir maior força em comparação com um produto de papel no qual material particulado inorgânico e um substrato fibroso compreendendo celulose são preparados (por exemplo, moídos) separadamente e são misturados para formar uma composição para fabricar papel. Da mesma maneira, produtos de papel preparados a partir de uma composição para fabri cação de papel de acordo com a presente invenção pode exibir uma força comparável a de produtos de papel compreendendo menos material particulado inorgânico. Em outras palavras, produtos de papel podem ser preparados a partir de uma composição para fabricação de papel de acordo com a presente invenção a maiores cargas de enchimento sem perda da força.

[000100] As etapas da formação de um produto de papel final a partir de uma composição de fabricação de papel são convencionais na técnica e compreendem geralmente a formação de folhas de papel com um peso básico desejado, dependendo do tipo de papel em fabrica-ção.

[000101] Benefícios econômicos adicionais podem ser alcançados através dos métodos da presente invenção no sentido do substrato de celulose para a formação da suspensão aquosa poder se originar da mesma polpa de celulose formada para a obtenção da composição para fabricação de papel e do produto de papel final. Assim, e de acordo com o nono aspecto acima descrito, a presente invenção visa a um processo integrado para a fabricação de um produto de papel compreendendo: (i) obtenção ou preparação de um substrato fibroso compreendendo celulose sob a forma de uma polpa apropriada para a fabricação de um produto de papel; (ii) microfibrilação de uma parte de tal substrato fibroso compreendendo celulose de acordo com o primeiro aspecto da invenção para se preparar uma suspensão aquosa compreendendo celulose microfibrilada e material particulado inorgânico; (iii) preparação de uma composição para fabricação de papel a partir da polpa da etapa (i), da suspensão aquosa preparada na etapa (ii) e outros aditivos adicionais; e (iv) formação de um produto de papel a partir de tal composição para fabricação de papel.

[000102] Assim, uma vez que o substrato de celulose para preparação da suspensão aquosa já foi preparado com o objetivo de se obter as composições para fabricação de papel, a etapa de formação da suspensão aquosa não exige necessariamente uma etapa separada de preparação de um substrato fibroso compreendendo celulose.

[000103] Descobriu-se, de maneira surpreendente, que produtos de papel preparados usando-se a suspensão aquosa da presente invenção exibem melhores propriedades físicas e mecânicas e, ao mesmo tempo, permitem que o material particulado inorgânico seja incorporado em níveis de carregamento relativamente altos. Dessa maneira, papéis podem ser preparados a custo relativamente mais baixo. Por exemplo, descobriu-se que os produtos de papel preparados a partir das composições para fabricação de papel compreendendo a suspensão aquosa da presente invenção exibem maior retenção do material de enchimento particulado inorgânico em comparação com produtos de papel que não contêm nenhuma celulose microfibrilada. Descobriu- se que os produtos de papel preparados a partir das composições para fabricação de papel compreendendo a suspensão aquosa da presente invenção também exibem melhores índices de arrebentamento e de tração. Além disso, descobriu-se que a incorporação de celulose microfibrilada reduz a porosidade em comparação com papéis que compreendem a mesma quantidade de enchimento, mas não contêm nenhuma celulose microfibrilada. Isso é vantajoso, uma vez que níveis de carregamento de enchimento mais elevados estão geralmente associados a valores de porosidade relativamente altos e são prejudiciais à capacidade de impressão.

Composição para revestimento de papel e processo de revestimento

[000104] A suspensão aquosa da presente invenção pode ser usada como uma composição de revestimento sem a adição de outros aditivos. Opcionalmente, contudo, uma pequena quantidade de espessan- te, tal como carboximetilcelulose ou espessantes acrílicos gelificáveis na presença de álcali ou espessantes associados podem ser adiciona- dos.

[000105] A composição de revestimento de acordo com a presente invenção pode conter um ou mais componentes adicionais, se desejado. Tais componentes adicionais, quando presentes, são selecionados dentre aditivos conhecidos para composição de revestimento de papel. Alguns desses aditivos opcionais podem atender a mais de uma função na composição de revestimento. Exemplos de classes conhecidas de aditivos opcionais são como segue:

[000106] (a) Um ou mais pigmentos adicionais: as composições aqui descritas podem ser usadas como únicos pigmentos das composições de revestimento de papel, ou podem ser usados em conjunto com um outro ou com outros pigmentos, tais como, por exemplo, cálcio, sulfato, branco cetim e os assim chamados "pigmentos plásticos". Quando uma mistura de pigmentos for utilizada, o teor sólido de pigmentos está presente na composição preferivelmente em uma quantidade de pelo menos cerca de 75% em peso do peso total dos componentes secos da composição de revestimento;

[000107] (b) um ou mais agentes aglutinadores ou co-aglutinadores como, por exemplo, látex, que podem, opcionalmente, ser carboxila- dos, incluindo látex de borracha, um látex de polímero acrílico; um látex de acetato de polivinila, um látex de copolímero acrílico de estire- no, derivados do amido, carboximetilcelulose sódica, álcool de polivinila e proteínas;

[000108] (c) um ou mais reticuladores como, por exemplo, em níveis de até cerca de 5% por peso; por exemplo, glyoxals, resinas de mela- mina-formaldeído, carbonatos de amônio-zircônio; um ou mais aditivos wet pick improvement como, por exemplo, em níveis de até cerca de 2% por peso, por exemplo, resina de melamina, emulsões de polietile- no, ureia-formaldeído, melamina-formaldeído, poliamida, estearato de cálcio, estireno maleico anidrido e outros; um ou mais aditivos para wet rub improvement e resistência à abrasão como, por exemplo, em níveis de até cerca de 2% por peso, por exemplo, resinas baseadas em glyoxal, polietilenos oxidados, resinas de melamina, ureia-formal- deído, melamina-formaldeído, cera de polietileno, estearato de cálcio e outros; um ou mais aditivos para resistência à água, como, por exemplo, em níveis de até cerca de 2% por peso, por exemplo polietilenos oxidados, resina cetona, látex aniônico, poliuretano, SMA, glyoxal, resina de melamina, ureia-formaldeído, melamina-formaldeído, poliami- da, glyoxals, estearatos e outros materiais comercial mente disponíveis para esta função;

[000109] (d) um ou mais auxiliares de retenção de água como, por exemplo, em níveis de até 2% por peso, por exemplo, carboximetilcelulose, hidroxietilcelulose, PVOH (álcool polivinílico), amidos, proteínas, poliacrilatos, gomas, alginatos, poliacrilamida-bentonita e outros produtos comercialmente disponíveis vendidos para tais aplicações;

[000110] (e) um ou mais modificadores de viscosidade e/ou espes- santes como, por exemplo, em níveis de até 2% por peso, por exemplo, espessantes acrílicos associativos, poliacrilatos, co-polímeros em emulsão, dicianamida, trióis, éter polioxietileno, urea, óleo de mamona sulfatado, polivinilpirrolidona, CMCs (carboximetilcelulose como, por exemplo, carboximetilcelulose sódica), alginato de sódio, goma xanta- na, silicato de sódio, ácido acrílico, co-polímeros, HMCs (hidroximetil- celuloses), HECs (hidroxietilceluloses) e outros;

[000111] (f) um ou mais auxiliares de lubrificação/calandragem como, por exemplo, em níveis de até cerca de 2% por peso, estearato de cálcio, estearato de amónio, estearato de zinco, emulsões de cera, ceras, dímero de alquilceteno, glicóis; um ou mais gloss-ink hold-out additives, como, por exemplo, em níveis de até 2% por peso, por exemplo, polietilenos oxidados, emulsões de polietileno, ceras, goma guar, CMC, HMC, estearato de cálcio, estearato de amónio, alginato de só- dio e outros;(g) um ou mais dispersantes: o dispersante é um aditivo químico capaz, quando presente em uma quantidade suficiente, de agir sobre as partículas do material inorgânico particulado para impedir ou restringir de maneira eficaz a floculação ou aglomeração das partículas em uma medida desejada, de acordo com exigências de processamento normais. O dispersante pode estar presente em níveis até cerca de 1% em peso e inclui, por exemplo, polieletrólitos tais como poliacrilatos e copolímeros contendo espécies de poliacrilatos, especi-almente sais de poliacrilatos (por exemplo, sódio e alumínio, opcionalmente com um sal metálico do grupo II), hexametafosfatos de sódio, poliol não iônico, ácido polifosfórico, fosfato de sódio condensado, tensoativos não iônicos, alcanolamina e outros reagentes comumente usados com esta função. O dispersante pode, por exemplo, ser selecionado entre materiais dispersantes convencionais comumente usados no processamento e moagem de materiais particulados inorgânicos. Tais dispersantes serão reconhecidos por aqueles versados na técnica. Eles são geralmente sais solúveis em água capazes de fornecer espécies aniônicas que, em sua quantidade eficaz, podem ser adsor- vidos na superfície das partículas inorgânicas e, assim, inibir a agregação das partículas. Os sais não dissolvidos adequados incluem cá- tions metálicos alcalinos tais como o sódio. A dissolução pode em alguns casos ser auxiliada tornando-se a suspensão aquosa levemente alcalina. Exemplos de dispersantes apropriados incluem: fosfatos condensados solúveis em água, por exemplo, sais de polimetafosfato [forma geral dos sais de sódio: (NaPOs)x] tais como metafosfato tetras- sódio ou o assim-chamado "hexametafosfato de sódio" (sal de Graham); sais solúveis em água de ácidos polisilicílicos; polieletrólitos; sais de homopolímeros ou copolímeros de ácido acrílico ou ácido me- tacrílico, ou sais de polímeros de outros derivados do ácido acrílico, tendo, de maneira apropriada, uma massa molecular de peso molecu- lar médio de menos de cerca de 20.000. O hexametafosfato de sódio e o poliacrilato de sódio, este último com uma massa de molecular de peso médio na faixa de cerca de 1.500 a cerca de 10.000 são especialmente preferidos.

[000112] (h) um ou mais antiespumantes e desespumantes: por exemplo, em níveis até cerca de 1% em peso, por exemplo, misturas de tensoativos, tributil fosfato, polioxietileno graxo, mais alcoóis graxos, sabões ácidos graxos, emulsões de silicone e outras composições contendo silicone, ceras e particulados inorgânicos em óleo mineral, misturas de hidrocarbonetos emulsificados e outros compostos vendidos comercial mente para realizar esta função.

[000113] (i) um ou mais agentes branqueadores ópticos (ABOs) e agentes branqueadores fluorescentes (ABFs): por exemplo, em níveis até cerca de 1% em peso, por exemplo, derivados do estilbeno;

[000114] (j) um ou mais corantes: por exemplo, em níveis de até cerca de 0,5% em peso;

[000115] (k) um ou mais agentes biocidas/de controle de refugos: por exemplo, em níveis de até cerca de 1% em peso, por exemplo, bioci- das oxidantes tais como gás cloro, gás dióxido de cloro, hipoclorito de sódio, hipobrometo de sódio, hidrogênio, peróxido, óxido peracético, brometo de amônio/hipoclorito de sódio ou biocidas não oxidantes, tais como GLUT (glutaraldeído, no. CAS 90045-36-6, ISSO (CIT/MIT) (iso- tiazolinona, no. CAS 55956-84-9 e 96118-96-6), ISSO (BIT/MIT) (isoti- azolinona), ISSO (BIT) (isotiazolinona, no. CAS 2634-33-5), DBNPA, BNPD (bronopol), NaOPP, CARBAMATO, TIONA (Dazomet), EEDM - dimetanol (O-formal), HT - triazina (N-formal), THPS - tetrakis (O- formal), TMAD - diureia (N-formal), metaborato, sulfeto dodecilbenze- no de sódio, tiocianato, organoenxofre, benzoato de sódio e outros compostos vendidos comercialmente para realizar esta função, por exemplo, a diversidade de polímeros biocidas vendidos pela Nalco;

[000116] (I) um ou mais auxiliares niveladores e equilibradores: por exemplo, em níveis de até cerca de 2% em peso, por exemplo, poliol não iônico, emulsões de polietileno, ácido graxo, derivados de ésteres e do álcool, álcool/óxido de etileno, estearato de cálcio e outros com-postos vendidos comercialmente para realizar esta função;

[000117] (m) uma ou mais graxas e aditivos resistentes ao óleo: por exemplo, em níveis de até cerca de 2% em peso, por exemplo, polietilenos oxidados, látex, SMA (estireno maleico anídrico), poliamida, ceras, alginato, proteína, CMC e HMC.

[000118] Qualquer um dos aditivos e tipos de aditivos acima pode ser usado isoladamente ou em mistura uns com os outros e com outros aditivos, se desejado.

[000119] No caso de todos os aditivos acima, os percentuais por peso mencionados são baseados no peso seco do material particulado inorgânico (100%) presente na composição. Quando o aditivo estiver presente em uma quantidade mínima, a quantidade mínima poderá ser de cerca de 0,01% em peso com base no peso seco de pigmento.

[000120] O processo de revestimento é realizado usando-se técnicas padrão bem conhecidas daquele versado na técnica. O processo de revestimento pode envolver também calandragem ou supercalandra- gem do produto revestido.

[000121] Métodos para revestir papéis e outros materiais em folha e dispositivos para realizar estes métodos são alvo de diversas publicações e bem conhecidos. Tais métodos e dispositivos conhecidos podem, de maneira conveniente, ser usados na preparação de papel revestido. Por exemplo, há uma revisão de tais métodos publicada em Pulp and Paper International, maio de 1994, páginas 18 e seguintes. As folhas podem ser revestidas na máquina de formação de folhas, isto é, "na máquina" ou "fora da máquina". O uso de composições com altos teores de sólidos é desejado no método de composição, porque ele produz menos água para evaporar subsequentemente. Contudo, como é bem sabido na técnica, o nível de sólidos não deve ser tão alto a ponto de introduzir problemas de alta viscosidade e nivelamento. Os métodos de revestimento podem ser realizados usando-se um dispositivo compreendendo (i) uma aplicação para aplicar a composição de revestimento ao material a ser revestido e (ii) um dispositivo de medição para garantir que um nível apropriado de composição de revestimento foi aplicado. Quando um excesso de composição de revesti-mento é aplicado ao aplicador, o dispositivo de medição se localizada a montante dele. Alternativamente, a quantidade correta de composição de revestimento pode ser aplicada ao aplicador pelo dispositivo de medição, por exemplo, uma prensa de filme. Nos pontos de aplicação e medição do revestimento,© suporte de rede de papel varia de um rolo apoiador, por exemplo, mediante um dos aplicadores, até nada (isto é, somente tensão). O tempo pelo qual o revestimento fica em contato com o papel antes do excesso ser finalmente removido é o tempo de permanência, que pode ser curto, longo ou variável.

[000122] O revestimento é normalmente adicionado por uma cabeça de revestimento em uma estação de revestimento. De acordo com a qualidade desejada, os graus de papel são não revestido, revestido, duplamente revestido e até mesmo triplamente revestido. Ao se pro-porcionar mais de um revestimento, o revestimento inicial (pré-revestimento) pode ser uma formulação mais barata e, opcionalmente, pigmento mais grosseiro na composição de revestimento. Uma máquina revestidora que aplica revestimento nos dois lados do papel terá duas ou mais cabeças de revestimento, dependendo do número de camadas de revestimento aplicadas de cada lado. A maioria das cabeças de revestimento revestem somente um lado de cada vez, mas algumas máquina revestidoras em rolo (por exemplo, prensas de filme, "gate rolls"e prensas de colagem) revestem ambos os lados em um passa- gem.

[000123] Exemplos de máquinas revestidoras conhecidas que podem ser empregadas incluem, entre outras, revestidores "air knife", revestidores de lâmina, revestidores de varas, revestidores de barras, revestidores com múltiplas cabeças, revestidores de rolo, revestidores de rolo ou lâmina, cast coaters, revestidores de laboratório, revestidores de gravuras, revestidores "Kiss", sistemas de aplicação líquidos, revestidores de rolo invertido, revestidores de cortina, revestidores por spray e revestidores de extrusão.

[000124] Água pode ser adicionada aos sólidos que compreendem a composição de revestimento para resultar em uma concentração de sólidos preferivelmente de tal grandeza que quando a composição for aplicada como revestimento em uma folha de maneira a se atingir um peso de revestimento desejado, a composição tenha uma reologia apropriada para permitir que a composição seja aplicada com uma pressão (isto é, uma pressão de lâmina) entre 0,1e 0,15 MPa (1 e 1,5 bar).

[000125] A calandragem é um processo bem conhecido no qual a suavidade e o brilho do papel são aumentados e o seu volume reduzido passando-se um papel revestido entre o ponto de contato ou rolos de calandragem uma vez ou mais. Em geral, rolos revestidos com elastômero são usados para proporcionar a prensa de composições com altos teores de sólidos. Uma temperatura elevada pode ser aplicada. Uma ou mais passagens (por exemplo, até cerca de 12 ou mesmo mais) através dos pontos de contato podem ser aplicadas.

[000126] O produtos de papéis revestidos preparados de acordo com a presente invenção e que contêm agentes de branqueamento óptico no revestimento podem exibir um brilho, medido de acordo com o padrão ISO 11475 pelo menos duas unidades maior, por exemplo 3 unidades maior, do que um papel revestido que não compreende cellulose microfibrilada preparada de acordo com a presente invenção. Papéis revestidos preparado de acordo com a presente invenção podem exibir uma suavidade Parker Print Surf medida de acordo com o padrão ISO 8971-5 (1992) pelo menos 0,5 pm mais suave, por exemplo pelo menos cerca de 0,6 pm, ou pelo menos 0,7 mais pm suave em comparação com uma celulose microfibrilada preparada de acordo com a presente invenção.

Microfibrilação na ausência de materiais particulados inorgânicos passíveis de moagem

[000127] Em outro aspecto, a presente invenção visa um método para a preparação de uma suspensão aguosa compreendendo celulose microfibrilada, compreendendo o método uma etapa de microfibrilação de um substrato fibroso compreendendo celulose em um ambiente aguoso mediante moagem na presença de um meio de moagem gue precisa ser removido após a conclusão da moagem, no gual a moagem é realizada em um moinho de torre ou em um triturador dotado de peneira e no gual a moagem é realizada na ausência de material parti-culado inorgânico passível de moagem.

[000128] Um material particulado inorgânico passível de moagem é um material gue pode ser moído na ausência de meio de moagem.

[000129] O meio de moagem particulado pode ser, por exemplo, um material sintético ou natural. O meio de moagem pode, por exemplo, compreender bolas, esferas ou péletes de gualguer de gualguer material mineral, cerâmico ou metálico. Tais materiais incluem, por exemplo, alumina, zircônia, silicato de zircônio, silicato de alumínio ou o material rico em mulita produzido calcinando-se argila caulínica a uma temperatura na faixa de cerca de 1300°C a cerca de 1800°C. Por exemplo, em algumas modalidades um meio de moagem Carbolite® é preferido. Alternativamente, partículas de areia natural de um tamanho apropriado podem ser usadas.

[000130] Geralmente, o tipo de e o tamanho de partícula do meio de moagem a ser selecionado para uso na invenção pode depender das propriedades, tais como, por exemplo, o tamanho de partícula da, e da composição química da suspensão do material a ser moído. Preferivelmente, o meio de moagem particulado compreende partículas com um diâmetro médio na faixa de 0,5 mm a cerca de 6 mm. Em uma modalidade, as partículas têm um diâmetro médio de pelo menos cerca de 3 mm.

[000131] O meio de moagem pode compreender partículas com uma gravidade específica de pelo menos cerca de 2,5. O meio de moagem pode compreender partículas com uma gravidade específica de pelo menos cerca de 3, ou de pelo menos cerca de 4, de pelo menos cerca de 5, de pelo menos cerca de 6.

[000132] O meio ou meios de moagem podem estar presentes em uma quantidade de até 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, de pelo menos cerca de 20% em volume da carga, de pelo menos cerca de 40% em volume da carga, de pelo menos cerca de 50% em volume da carga, de pelo menos cerca de 60% em volume da carga.

[000133] O substrato fibroso compreendendo celulose pode ser microfibrilado para se obter celulose microfibrilada com um dso variando entre 5 a cerca de 500 pm, conforme medido por espalhamento de luz. O substrato fibroso compreendendo celulose pode ser microfibrilado para se obter celulose microfibrilada com um dso igual ou menor do que 400 pm, por exemplo igual ou menor do que 300 pm, ou igual ou menor do que 200 pm, ou igual ou menor do que 150 pm, ou igual ou menor do que 125 pm, ou igual ou menor do que 100 pm, ou igual ou menor do que 90 pm, ou igual ou menor do que 80 pm, ou igual ou menor do que 70 pm, ou igual ou menor do que 60 pm, ou igual ou menor do que 50 pm, ou igual ou menor do que 40 pm, ou igual ou menor do que 30 pm, ou igual ou menor do que 20 pm, ou igual ou menor do que 10 pm.

[000134] O substrato fibroso compreendendo celulose pode ser mi- crofibrilado para se obter celulose microfibrilada com um tamanho de partícula modal na faixa de cerca de 0,1 a 500 pm. O substrato fibroso compreendendo celulose pode ser microfibrilado na presença para se obter celulose microfibrilada com uma tamanho de partícula modal de pelo menos cerca de 0,5 pm, por exemplo de pelo menos cerca de 10 pm, ou de pelo menos cerca de 50 pm, ou de pelo menos cerca de 100 pm, ou de pelo menos cerca de 150 pm, ou de pelo menos cerca de 200 pm, ou de pelo menos cerca de 300 pm, ou de pelo menos cerca de 400 pm.

[000135] O substrato fibroso compreendendo celulose pode ser microfibrilado para se obter celulose microfibrilada com uma declividade de fibra igual ou maior do que cerca de 10, conforme medido mediante Malvern. A declividade de fibra (isto é, a declividade da distribuição do tamanho de partícula das fibras) é determinada pela seguinte fórmula: Declividade = 100 x (dao/dzo)

[000136] A celulose microfibrilada pode ter uma declividade de fibra igual ou menor do que cerca de 100. A celulose microfibrilada pode ter uma declividade de 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 ou menor do que cerca de 30. A celulose microfibrilada pode ter uma declividade de fibra de cerca de 20 a 50, ou de cerca de 25 a 40, ou de cerca de 25 a 35, ou de cerca de 30 a 40.

[000137] Em uma modalidade, o contêiner de moagem é um moinho de torre. Um moinho de torre pode compreender uma zona de quiescência acima de uma ou mais das zonas de moagem. Uma zona de quiescência é uma região localizada próxima ao topo do interior do moinho de torre na qual nenhuma moagem ou moagem mínima ocorre e que compreende celulose microfibrilada e material particulado inorgânico. A zona de quiescência é uma região na qual partículas do meio de moagem se sedimentam em uma ou mais das zonas de moa-gem do moinho de torre.

[000138] O moinho de torre pode compreender um classificador acima de uma ou mais das zonas de moagem. Em uma modalidade, o classificador está montado acima e localizado adjacente a uma zona de quiescência.

[000139] O moinho de torre pode compreender uma peneira acima de uma ou mais das zonas de moagem. Em uma modalidade, uma peneira está localizada adjacente a uma zona de quiescência e/ou a um classificador. A peneira pode ser de tal tamanho a separar o meio de moagem da suspensão aquosa produzida compreendendo celulose microfibrilada e para aumentar a sedimentação do meio de moagem.

[000140] Em uma modalidade, a moagem é realizada sob condições de fluxo bloqueado. Sob condições de fluxo bloqueado, o fluxo através da torre é tal que á mistura limitada dos materiais de moagem através da torre. Isso significa que em diferentes pontos ao longo do comprimento do moinho de torre, a viscosidade do ambiente aquoso variará à na medida em que a fineza da celulose microfibrilada aumentar. Assim, de fato, pode-se considerar que a região de moagem do moinho de torre compreende uma ou mais regiões de moagem com uma viscosidade característica. Uma pessoa versada na técnica entenderá que não há fronteira clara entre as zonas de moagem adjacentes no que diz respeito à viscosidade.

[000141] Em uma modalidade, água é adicionada ao topo do moinho próximo à zona de quiescência ou do classificador ou da peneira de uma ou mais zonas de moagem para reduzir a viscosidade da suspensão aquosa compreendendo celulose microfibrilada nessas zonas do moinho. Descobriu-se que ao se diluir a celulose microfibrilada produzida neste ponto do moinho, impede-se com maior sucesso que meio de moagem seja carregado junto para a zona de quiescência e/ou para o classificador e/ou para a peneira. Além disso, a limitação da mistura ao longo da torre permite que se processe em altos níveis de sólidos em área mais inferiores do moinho e se dilua no topo com refluxo mínimo da água de diluição para uma ou mais das zonas de moagem. Qualquer quantidade apropriada de água eficaz para diluir a viscosidade da suspensão aquosa produzida compreendendo celulose microfibrilada pode ser adicionada. A água pode ser adicionada continuamente durante o processo de moagem ou a intervalos regulares ou a intervalos irregulares.

[000142] Em outra modalidade, água pode ser adicionada a uma ou mais das zonas de moagem através de um ou mais pontos de injeção de água ao longo do comprimento do moinho, estando o ou os pontos de injeção localizado em uma posição correspondente a uma ou mais das zonas de moagem. Será vantajoso ter a possibilidade de adicionar água em vários pontos ao longo do moinho, o que permitirá o ajuste das condições de moagem em qualquer uma ou todas as posições ao longo do moinho.

[000143] O moinho de torre pode compreender uma coluna de rotor vertical equipada com uma série de discos rotores por todo o seu comprimento. A ação dos discos rotores cria uma série de zonas de moagem separadas ao longo de todo o moinho.

[000144] Em outra modalidade, a moagem é realizada em um moinho com peneira, preferivelmente um moinho de agitação. O moinho com peneira pode compreender uma ou mais peneiras com um tamanho de abertura nominal de pelo menos cerca de 250 pm, por exemplo, a peneira ou peneiras podem ter um tamanho de abertura nominal de pelo menos cerca de 300 pm, ou pelo menos cerca de 350 pm, ou pelo menos cerca de 400 pm, ou pelo menos cerca de 450 pm, ou pelo menos cerca de 500 pm, ou pelo menos cerca de 550 pm, ou pelo menos cerca de 600 pm, ou pelo menos cerca de 650 pm, ou pelo menos cerca de 700 pm, ou pelo menos cerca de 750 pm, ou pelo menos cerca de 800 pm, ou pelo menos cerca de 850 pm, ou pelo menos cerca de 900 pm, ou pelo menos cerca de 1000 pm.

[000145] Os tamanhos de peneira mencionados imediatamente aci ma são aplicáveis às modalidades de moinho de torre descritas acima.

[000146] Como mencionado acima, a moagem é realizada na presença de um meio de moagem. Em uma modalidade, o meio de moagem é um meio grosseiro que compreende partículas com um diâmetro médio na faixa de cerca de 1 mm a cerca de 6 mm, por exemplo cerca de 2 mm, ou cerca de 3 mm, ou cerca de 4 mm ou cerca de 5 mm.

[000147] Em outra modalidade, o meio de moagem tem uma gravidade específica de pelo menos cerca de 2,5, por exemplo, de pelo menos cerca de 3, ou de pelo menos cerca de 3,5, ou de pelo menos cerca de 4,0, ou de pelo menos cerca de 4,5, ou de pelo menos cerca de 5,0, ou de pelo menos cerca de 5,5, ou de pelo menos cerca de 6,0.

[000148] Como acima descrito, o meio ou meios de moagem podem estar presentes em uma quantidade de até cerca de 70% em volume da carga. O meio de moagem pode estar presente em uma quantidade de pelo menos cerca de 10% em volume da carga, por exemplo, de pelo menos cerca de 20% em volume da carga, ou de pelo menos 30% em volume da carga, ou de pelo menos 40% em volume da carga, ou de pelo menos 50% em volume da carga, ou de pelo menos 60% em volume da carga.

[000149] Em uma modalidade, o meio de moagem está presente em uma quantidade de cerca de 50% em volume da carga.

[000150] Por "carga", faz-se referência à composição que é introduzida no contêiner de trituração. A carga inclui água, meio de moagem, o substrato fibroso compreendendo celulose e qualquer outro aditivo opcional (que não esteja aqui descrito).

[000151] O uso de meio relativamente denso e/ou denso tem a vantagem de melhores (ou seja, mais rápidas) taxas de sedimentação e menor carregamento através da zona de quiescência e/ou do classificador e/ou da(s) peneira(s).

[000152] Uma vantagem adicional do uso de peneiras com tamanho relativamente grande é que um meio relativamente grosseiro ou denso pode ser usado na etapa de microfibrilação. Além disso, o uso de peneiras com tamanhos relativamente grandes (isto é, com um tamanho de abertura nominal de pelo menos cerca de 250 pm) permite que um produto com um teor de sólidos relativamente altos seja processado e removido do triturador, o que permite um material com teor de sólidos relativamente alto (compreendendo substrato fibroso compreendendo celulose e material particulado inorgânico) ser processada em um processo economicamente viável.

[000153] Como discutido abaixo, foi descoberto que um material com um teor inicial de sólidos alto é desejável em termos de suficiência energética. Além disso, também foi descoberto que o produto produzido (a uma dada energia) a teores de sólidos mais baixos tem uma distribuição de tamanhos de partícula mais grosseira.

[000154] Como discutido na seção "Antecedentes", acima, a presente invenção busca abordar o problema de preparar celulose microfibrilada de maneira econômica em uma escala industrial.

[000155] Assim, de acordo com uma modalidade, o substrato fibroso compreendendo celulose está presente no ambiente aquoso a um teor inicial de sólidos de pelo menos cerca de 1% em peso. O substrato fibroso compreendendo celulose pode estar presente no ambiente aquoso a um teor inicial de sólidos de pelo menos cerca de 2% em peso, por exemplo pelo menos cerca de 3% em peso ou pelo menos cer ca de 4% em peso. Normalmente, o teor inicial de sólidos será de não mais do que cerca de 10% em peso.

[000156] Em outra modalidade, a moagem é realizada em uma cascata de contêineres de moagem, um ou mais dos quais podendo conter uma ou mais zonas de moagem. Por exemplo, o substrato fibroso compreendendo celulose pode ser moído em uma cascata de dois ou mais contêineres de moagem, por exemplo, em uma cascata de três ou mais contêineres de moagem, ou em uma cascata de quatro ou mais contêineres de moagem, ou em uma cascata de cinco ou mais contêineres de moagem, ou em uma cascata de seis ou mais contêineres de moagem, ou em uma cascata de sete ou mais contêineres de moagem, ou em uma cascata de oito ou mais contêineres de moagem, ou em uma cascata de nove ou mais contêineres de moagem, ou em uma cascata compreendendo até dez contêineres de moagem. A cascata de contêineres de moagem pode ser operacionalmente ligada em uma série ou em paralelo ou em uma combinação de em série e em paralelo. A saída de e/ou a entrada em um ou mais dos contêineres de moagem da cascata pode estar sujeita a uma ou mais etapas de pe- neiragem e/ou a uma ou mais etapas de classificação.

[000157] A energia total gasta no processo de microfibrilação pode ser distribuída de maneira igualitária em cada um dos contêineres de moagem da cascata. Alternativamente, a entrada de energia pode variar entre alguns ou entre todos os contêineres de moagem da cascata.

[000158] Uma pessoa versada na técnica entenderá que a energia gasta por contêiner poderá variar entre os contêineres da cascata dependendo da quantidade de substrato fibroso sendo microfibrilada em cada contêiner e, opcionalmente, da velocidade da moagem em cada contêiner, da duração da moagem em cada contêiner e do meio de moagem em cada contêiner. As condições de moagem podem variar em cada contêiner da cascata para se controlar a distribuição do ta- manho de partícula da celulose microfibrilada.

[000159] Em uma modalidade, a moagem é realizada em um circuito fechado. Em outra modalidade, a moagem é realizada em um circuito aberto.

[000160] Uma vez que a suspensão do material a ser moído pode ter uma viscosidade relativamente alta, um agente dispersante apropriado pode ser preferivelmente adicionado à suspensão antes da moagem. O agente dispersante pode ser, por exemplo, um fosfato condensado solúvel em água, ácido polisilicílico ou um sal do mesmo, ou um poliele- trólito, por exemplo um sal solúvel em água de um poli(ácido acrílico) ou de um poli(ácido metacrílico) com um peso molecular médio não maior do que 80.000. A quantidade de agente dispersante usada estaria geralmente na faixa de 0,1 a 2,0% em peso, com base no peso do material particulado inorgânico sólido seco. A suspensão pode, conforme apropriado, ser moída a uma temperatura na faixa de 4°C a 100°C.

[000161] Outros aditivos que podem ser incluídos durante a etapa de microfibrilação incluem: carboximetilcelulose, carboximetilcelulose an- fotérica, agentes oxidantes, 2,2,6,6-tetrametilpiperidina-1-oxil (TEMPO), derivados de TEMPO e enzimas que degradam a madeira.

[000162] O pH da suspensão do material a ser moído pode ser de 7 ou maior do que 7 (isto é, básico), por exemplo, o pH da suspensão pode ser de cerca de 8, ou cerca de 9, ou cerca de 10, ou cerca de 11. O pH da suspensão do material a ser moído pode ser de menos de cerca de 7 (isto é, ácido), por exemplo, o pH da suspensão pode ser de cerca de 6, ou cerca de 5, ou cerca de 4, ou cerca de 3. O pH da suspensão do material a ser moído pode ser ajustado por adição de uma quantidade apropriada de ácido ou base. Bases apropriadas incluem hidróxidos de metais alcalinos, tais como, por exemplo, NaOH. Outras bases apropriadas são carbonato de sódio e amónio. Ácidos apropriados incluem sais inorgânicos, tais como ácido hidroclórico e ácido sulfúrico ou ácidos orgânicos. Um exemplo de ácido é o ácido ortofosfórico.

[000163] A aplicação total de energia em um processo de moagem típico para se obter a composição de suspensão aquosa pode normalmente ser de cerca de 100 a 1500 kWht1 com base no peso seco total do enchimento particulado inorgânico. A aplicação total de energia pode ser de menos de cerca de 1000 kWht'1, por exemplo, de menos de cerca de 800 kWht’1, de menos de cerca de 600 kWht1, de menos de cerca de 500 kWht-1, de menos de cerca de 500 kWht1, de menos de cerca de 400 kWht1, de menos de cerca de 300 kWht1 ou menos de cerca de 200 kWht1. Assim, os presentes inventores descobriram, de maneira surpreendente, que uma polpa de celulose pode ser microfibrilada com uma aplicação de energia relativamente baixa quando comoída na presença de um material particulado inorgânico. Como ficará claro, a aplicação total de energia por tonelada de fibra seca no substrato fibroso compreendendo celulose será de menos de cerca de 10.000 kWht1, por exemplo, menos de cerca de 9.000 kWht 1, ou menos de cerca de 8.000 kWht1, ou menos de 7.000 kWht1, ou menos de 6.000 kWht1, ou menos de 5.000 kWht1, ou menos de 4.000 kWht1, ou menos de 3.000 kWht1, ou menos de 2.000 kWht1, ou menos de 1.500 kWht1, ou menos de 1.200 kWht1, ou menos de 1.000 kWht1 ou menos de cerca de 800 kWht1. A aplicação total de energia varia dependendo da quantidade de fibra seca no substrato fibroso sendo microfibrilado e, opcionalmente, da velocidade da moagem e da sua duração.

[000164] Modalidades da presente invenção serão agora descritas somente para fins de ilustração com referência aos exemplos a seguir.

Exemplos

[000165] Usamos o procedimento a seguir para caracterizar as distribuições de tamanhos de partícula da mistura de minerais (GCC ou caulim) e das fibras de polpa da celulose microfibrilada.

Carbonato de cálcio

[000166] Uma amostra de pasta comoída para resultar em 3 g de material seco é pesada em um béquer, diluída em 60 g de água deio- nizada e misturada com 5 cm3 de uma solução de poliacrilato de sódio ativo de 1,5 p/v. Água deionizada adicional é adicionada mexendo-se até se obter uma pasta com peso final de 80 g.

Caulim

[000167] Uma amostra de pasta comoída suficiente para resultar em 5 g de material seco é pesada em um béquer, diluída em 60 g de água deionizada e misturada com 5 cm3 de uma solução de 1,0% em peso de carbonato de sódio e 0,5% em peso de hexametafosfato de sódio. Água deionizada adicional é adicionada mexendo-se até se obter uma pasta com peso final de 80 g.

[000168] A pasta é então adicionada em alíquotas de 1 cm3 a água na unidade de preparação de amostras ligada à Mastersizer S até que um nível ótimo de obscurecimento sejam exibido (normalmente 10-15 %). O procedimento de análise por espalhamento de luz é então reali-zado. A faixa de instrumento selecionada foi de 300 RF:0,05-900 e o comprimento do feixe foi ajustado em 2,4 mm.

[000169] No caso de amostras comoídas contendo carbonato de cálcio e fibra, o índice de reação para o carbonato de cálcio (1,596) foi usado. No caso de amostras de caulim e fibra, o IR para a caulina (1,5295) foi usado.

[000170] A distribuição dos tamanhos de partícula foi calculada a partir da Teoria de Mie e resultou na saída como uma distribuição baseada no volume diferencial. A presença de dois picos distintos foi interpretada como se originando do mineral (finer peak) e da fibra (coarser peak).

[000171] O mineral "finer peak"foi instalado para medir pontos de dados e subtrair matematicamente da distribuição para separar a fibra máxima, que foi convertida em uma cumulativa distribuição. Similarmente, a fibra máxima foi subtraída matematicamente da distribuição original para separar o mineral máximo, que também foi convertido em uma cumulativa distribuição. Ambas estas curvas cumulativas foram então usadas para calcular o tamanho da partícula principal (dso) e o declive da distribuição (dao/dzo x 100). A curva diferencial foi usada pa-ra encontrar o tamanho modal da partícula de ambas as frações do mineral e da fibra.

Exemplo 1

[000172] 400 cm3 de água e 750 g de farinha de mármore (10% em peso < 2 pm de tamanho de partícula, por Sedigraph) foram introduzidos em um contêiner de moagem e 1,5 kg de meio de moagem cerâmico (Carbolite® 16/20, disponível pela CARBO Ceramics Inc.) foram adicionados. A mistura foi mexida a 950 rpm por 60 minutos. O meio foi separado da pasta e uma pequena amostra foi removida para verificação do tamanho de partícula (usando-se um Sedigraph® Microme- ritics) que foi de 57% em peso < 2 pm.

[000173] O mesmo triturador foi usado em cada um dos exemplos. O triturador é um moinho vertical compreendendo um contêiner de moagem cilíndrico com um diâmetro interno de 14,5 cm e um rotor vertical com uma seção transversal circular e um diâmetro de 1,8 cm. A coluna está equipada com 4 rotores posicionados em forma de X. Os rotores têm uma seção transversal circular e um diâmetro de 1,8 cm. Os rotores têm 6,5 cm de comprimento medidos do centro da coluna vertical até a ponta.

Exemplo 2

[000174] 400 cm3 de água e 750 g de farinha de mármore (11-15wt% < 2 pm de tamanho de partícula, por Sedigraph) foram introduzidos em um contêiner de moagem e 1,5 kg de meio de moagem ceramic (Carbolite® 16/20, disponível pela CARBO Ceramics Inc.) foram adicionados. A mistura foi mexida a 950 rpm por 30 minutos. Uma pequena amostra foi removida e o tamanho de partícula do produto foi medido (usando-se um Micromeritis Sedigraph®) a 57% em peso < 2 pm. Uma alíquota de polpa de madeira resinosa batida em um batedor Valley até uma CSF (Canadian Standard Freeness) de 520 cm3 foi filtrada através de uma peneira para se obter uma folha úmida a 20% em peso sólidos contendo 37,5 g secas de fibra. Esta folha foi adicionada ao triturador e a moagem continuou a 950 rpm por mais 30 minutos. 200 cm3 de água foram adicionados durante a moagem. O meio foi separado da pasta e as fibras com mais de 38 pm foram removidas usan- do-se uma peneira BSS com um número mesh de 400. O tamanho de partícula da composição foi medido (usando-se um Sedigraph® Mi- cromeritics) e resultou em 48% em peso < 2 pm.

Exemplo 3

[000175] O procedimento descrito no exemplo 2 foi repetido, continuando-se a segunda etapa de moagem por 60 minutos. 200 cm3 de água foram adicionados durante a moagem. A distribuição dos tamanhos de partícula do produto foi medida e resultou em um valor de 42% em peso < 2 pm.

Exemplo 4

[000176] O procedimento descrito no exemplo 2 foi repetido, continuando-se a segunda etapa de moagem por 120 minutos. 650 cm3 de água foram adicionados durante a moagem. A distribuição dos tamanhos de partícula do produto foi medida e resultou em um valor de 40% em peso < 2 pm.

Exemplo 5

[000177] O procedimento descrito no exemplo 2 foi repetido, continuando-se a segunda etapa de moagem por 260 minutos. 1270 cm3 de água foram adicionados durante a moagem. A distribuição dos tama- nhos de partícula do produto foi medida e resultou em um valor de 40% em peso < 2 pm.

Exemplo 6

[000178] O procedimento descrito no exemplo 2 foi repetido, continuando-se a segunda etapa de moagem por 380 minutos. 1380 cm3 de água foram adicionados durante a moagem. A distribuição dos tamanhos de partícula do produto foi medida e resultou em um valor de 57% em peso < 2 pm.

Exemplo 7 - avaliação dos produtos como enchimentos em papel

[000179] Alguns dos produtos preparados de acordo com os exemplos acima foram testados como enchimentos de folhas de papel. Um lote de polpa de madeira resinosa branqueada quimicamente foi usado e foi batida em um batedor Valley para resultar em um CSF de 520 cm3. Após a desintegração e a diluição até a obtenção de uma solução-mãe com densidade de 2%, a fibra foi diluída até uma consistência de 0,3% em peso para a fabricação de folhas.

[000180] Pasta de enchimento foi adicionada junto com auxiliar de retenção (Ciba Percol 292, 0,02% em peso on furnish). As folhas foram feitas a um peso básico de 80 gm3 usando-se um molde de folha inglês de acordo com os métodos-padrão, por exemplo, TAPPI T205 ou SCAN C 26:76 (M 5:76).

[000181] Os valores de retenção dos enchimentos foram listados abaixo na tabela 1 e mostram que os enchimentos comoídos possuem retenção superior em comparação com o enchimento de controle. Tabela 1: valores de retenção da primeira passage

[000182] Dois estudos de fabricação de folha foram realizados e os resultados são apresentados nas tabelas 2 e 3, abaixo. As propriedades do papel estão interpoladas a carga de 30% em peso e foram me didas de acordo com métodos-padrão de testagem, por exemplo, TA- PPI T220 ou SCAN C28:76 (M 8:76). • índice de arrebendamento: verificador de arrebentamento Messemer Buchnel de acordo com SCAN P 24. • índice de tração: verificador de tensão tensiométrica de acordo com SCAN P 16. • Porosidade de Bendtsen: medida usando-se um testador de porosidade Bendtsen modelo 5 de acordo com a SCAN 21, SCAN 60, BS 4420 E Tappi UM 535. • Massa: trata-se da densidade aparente recíproca conforme medida de acordo com SCAN P7. • Brilho ISO: o brilho ISO das folhas foi medido por meio de um medidor de brilho Elrepho Datacolour 3300 equipado com um filtro no. 8 (comprimento de onda de 457 nm), de acordo com a ISO 2470: 1999E. • Opacidade: a opacidade da amostra de papel foi medida usando-se um espectrômetro Elrepho Datacolor 3300 com um comprimento de onda apropriado à medição da opacidade. O método- padrão de testagem é a ISO 2471. Primeiro, uma medição do percentual de luz incidente refletida é feita com uma pilha de pelo menos dez folhas acima de uma cavidade negra (Rinfinity). A pilha de folhas é então substituída por uma única folha de papel e uma medição do percentual de refletância da folha única sobre a cobertura preta é feita (R). O percentual de opacidade é então calculado a partir da fórmula "percentual de opacidade = 100 x R/Rinfinity". Tabela 2

Tabela 3

Exemplo 8

[000183] 4 kg secos de enchimento de caulim, Intramax® 57, foram dispersados em 6000 cm3 de água usando-se um misturador de alta energia. O pH foi de 4,8. Este produto foi usado como uma suspensão- mãe para experimentos posteriores. A distribuição dos tamanhos de partícula (usando-se um Sedigraph® Micromeritics) e resultou em valores de 57% em peso < 2 pm e 38% em peso < 1 pm.

Exemplo 9

[000184] 2 kg da suspensão-mãe de caulim acima foram processados por 5 passagens através de um homogeneizador Manton Gaulin (APV) a uma pressão de 50 MPa (500 bar). O produto resultante foi usado com controle em testes adicionais de produção de papel. A distribuição dos tamanhos de partícula foi medida (usando-se um Sedigraph® Micromeritics) e resultou em valores de 62% em peso < 2 pm e 43% em peso < 1 pm.

Exemplo 10

[000185] 2 kg adicionais da suspensão-mãe de caulim foram colocados no misturador de alta energia. Uma suspensão de polpa de madeira resinosa branqueada foi batida em um batedor Valley até atingir um CSF de 520 cm3 e filtrada em um testador-padrão de consistência para resultar em uma folha úmida a 15% de sólidos secos. 133,5 g desta polpa foram adicionadas à suspensão de caulim e mexidos até as fibras ficarem bem misturadas ao caulim, para resultar em um nível de 2,5% em peso de polpa seca em caulim seco. 440 cm3 de água também foram adicionadas para aumentar a flotabilidade. Esta suspensão a 33% em peso de sólidos foi então passada através de um homogeneizador Gaulin sob as mesmas condições que no exemplo 9. A distri-buição dos tamanhos de partícula do produto foi medida (usando-se um Sedigraph® Micromeritics) e resultou em valores de 62% em peso < 2 pm e 45% em peso < 1 pm.

Exemplo 11

[000186] O procedimento descrito no exemplo 10 foi repetido, desta vez acrescentando-se 267 g de polpa úmida a 2 kg de suspensão-mãe de caulim, resultando em um nível de 5% em peso de polpa seca em caulim seco. A suspensão foi também diluída até cerca de 30% em peso de sólidos com 440 cm3 de água e a suspensão passou através de um homogeneizador usando-se as mesmas condições que nos exemplos 9 e 10. A distribuição dos tamanhos de partícula foi medida (usando-se um Sedigraph® Micromeritics) e resultou em valores de 58,5% em peso < 2 pm e 42% em peso < 1 pm.

Exemplo 12 - avaliação dos produtos como enchimentos para papel

[000187] Os produtos preparados de acordo com os exemplos acima foram testados como enchimentos para papel em folhas. Um lote de polpa de madeira resinosa branqueada quimicamente foi usado e batida em um batedor Valley para resultar em um CSF de 520 cm3. Após a desintegração e diluição até se obter uma solução-mãe a 2%, a fibra foi adicionalmente diluída até a obtenção de uma consistência de 0,3% em peso para a fabricação de folhas. Pasta de enchimento foi adicionada junto com auxiliar de retenção (Ciba Percol 292, 0,02% em peso on furnish). Folhas foram feitas com um peso base de 80 gm3 usando-se molde de folha inglês.

[000188] Os valores de retenção dos enchimentos estão listados abaixo na tabela 4 e mostram que os enchimentos coprocessados possuem retenção superior ao enchimento de controle. Tabela 4 - Valores de retenção da primeira passage

[000189] Um estudo d e fabricação de folhas foi realizado e os resul- tados estão dados na tabela 5, abaixo. As propriedades do papel estão interpoladas a um carregamento de 30% em peso. Tabela 5

Exemplo 13

[000190] 400 g de polpa kraft de madeira resinosa branqueada não refinada (Botnia Pine RM90) foram embebidos em 20 litros de água por 6 horas e então transformado em pasta em um misturador mecânico. A solução-mãe assim obtida foi então despejada em um batedor de laboratório Valley e refinada sob carga por 28 minutos para obtenção de uma amostra de polpas refinadas batidas até a obtenção de um CFS (Canadian Standard Freeness) de 525 cm3. Uma segunda amostra foi preparada por transformação em pasta, sem qualquer refino. Os resultados de freeness e os tempos de refinamento estão dados na tabela 6 abaixo:

[000191] Cada uma dessas polpas foi desidratada usando-se um tes- tador de consistência (Testing Machines Inc) para se obter uma polpa úmida entre 13 e 18% em peso de sólidos. Ela foi então usada em experimentos de comoagem, como detalhado abaixo:

[000192] 630 g de uma pasta de mármore moído com um tamanho de partícula (medido por Sedigraph) de 60% < 2 pm e.s.d. foram colocadas em um contêiner de moagem. O peso seco foi de 233 g. A polpa úmida da etapa de desidratação acima descrita foi adicionada para resultar em 11,6 g (peso seco) de polpa. A polpa foi inteiramente misturada com a pasta mineral e então 1485 g de meio Carbolite® 16/20 e a água necessária foram adicionados para resultar em uma concentração do volume do meio de 50% e em um teor de sólidos na pasta de 35% em peso. As amostras foram moídas a 1000 rpm até uma aplicação de 2500 e 5000 kWh/t (expressada na fibra seca) ter sido feita às amostras. O contêiner foi então removido do moedor e o meio separado usando-se uma peneira com um tamanho de abertura de 600 pm.

[000193] Os produtos feitos das amostras de polpa A (não refinada) e B (refinada até 525 cm3) foram comparadas usando-se um teste FBPI (Aumento do Arrebentamento do Filtro de Papel) (conforme abaixo descrito). Os resultados estão resumidos na tabela 7. Tabela 7 FBPI

Teste FBPI

[000194] Este teste foi desenvolvido para se prever a capacidade de reforçar as fibras de uma argila comoída contendo MFC preparado de acordo com o exemplo 13, acima.

[000195] Filtros de papel de 15 cm de diâmetro foram usados (Schleicher & Schuel no. 597). As folhas foram selecionadas em peso para estarem a 0,02 g umas das outras. Um peso seco típico de uma única folha foi 1,4 g.

[000196] Uma suspensão de mineral a polpa co-moídos foi preparada conforme descrito nos exemplos 25-29 acima e diluída com água até um teor de sólidos de 0,25%. Um único filtro de papel selecionado acima foi umidificado com água e colocado no fio de um dispositivo de teste de consistência padrão (TMI Testing Machines Inc, Ronkonkoma, NY). Alíquotas da suspensão de 150 cm3, 200 cm3, 250 cm3 e 300 cm3 foram cuidadosamente filtradas usando-se vácuo aplicado através do filtro de papel e os filtrados, quando enevoados, foram repassados através da matriz para garantir uma boa retenção dos componentes ativos. O filtro de papel e os seus sólidos retidos foram então secados a 50% RH e 23°C suportados em discos de secagem de aço e separados por discos de secagem de plástico (Testing Machines Inc).

[000197] Os papéis secos tiveram sua força de arrebentamento testada usando-se um testador de arrebentamento automático Messemer Buchel. 5 medições foram obtidas em cada folha e sua média foi obtida. As folhas foram então secadas a 100°C por 1 hora, colocadas em um contêiner selado revestido com piche e pesadas a 3 dp. Um gráfico foi construído para mostrar o peso da folha em função da pressão de arrebentamento, a partir do que se interpolou a pressão de arrebentamento a um peso de 2,0 g (kPa a). A pressão de arrebentamento média do próprio filtro de papel (kPa b) também foi medida em 3 folhas selecionadas, condicionadas de acordo sob a mesma temperatura e a mesma umidade. O aumento da pressão de arrebentamento foi então calculado de acordo com a seguinte equação: FPBI = (a-b)/bx 100

[000198] Como controle, somente água foi passada através do disco de filtro de papel. Isso também teve um efeito positivo sobre o arrebentamento, mas significativamente menos quando MFC estava presente (vide a tabela 7).

[000199] As tabelas produzidas acima foram adicionalmente caracterizadas em termos do seu tamanho de partícula usando-se o Malvem Mastersizer (Malvem Instruments, Reino Unido). Os resultados são registrados em termos dos tamanhos médios (dso) das frações de polpa. A declividade do tamanho de partícula da fração de fibra também foi registrada. Esses dados estão listados na tabela 7.

[000200] Amostras feitas das polpas A e B foram adicionalmente comparadas em um estudo de folhas. A polpa hóspede para esses enchimentos foi preparada a partir do mesmo lote Botnia RM90 batida até um CSF de 520 cm3, de forma semelhante à amostra B. O auxiliar de retenção foi o Percol 292 (Ciba) adicionado a 0,06 % em peso em um total "furnish solids". Folhas foram preparadas a 80 gm-2 e tiveram suas forças de arrebentamento e tração, massa, porosidade de Bendtsen, reflectância a 457 nm (brilho ISO) e opacidade testadas. 3 cargas foram obtidas e os resultados interpolados a um nível de carga de 30% em peso (vide tabela 8). As designações de filtros se referem à tabela 7.

[000201] Os resultados da tabela 8 mostram que os enchimentos comoídos proporcionam aumento força, redução da porosidade e maior opacidade sem prejuízo do brilho, sendo todas essas propriedades desejáveis. O aumento da força é suficiente para permitir que o carregamento de enchimento seja aumentado de 25% em peso usando-se enchimento GCC padrão para 33% em peso com enchimento co- moído. Tabela 8 Resultados de folhas

Exemplo 14

[000202] 400 g de polpa de madeira resinosa kraft branqueada não refinada (Botnia Pine RM90) foram embebidos em 20 litros de água por 6 horas, depois transformados em pasta em um misturador mecânico. A solução-mãe assim obtida foi então despejada em um batedor de laboratório Valley e refinada sob carga por 28 minutos para se obter uma amostra de polpa refinada batida com 525 cm3 de CFS. A polpa foi então desidratada usando-se um verificador de consistência (Testing Machines Inc.) para se obter um colchão de polpa úmida com 19,1% em peso de sólidos. Esta foi então utilizada em experimentos de comoagem, conforme detalhado abaixo:

[000203] 651 g de uma pasta de Carbital 60HS® (77,9% em peso de sólidos) foi colocada em um recipiente de moagem. 66,5 g de polpa úmida foram então acrescentados e misturados com o carbonato. 1485 g de meio de moagem Carbolite® 16/20 foram então adicionados, seguido de 147 g de água para resultar em uma concentração de volume de meio de 50%. A mistura foi moída a 1000 rpm até se atingir uma aplicação de energia de 10.000 kWh/t (expressada na fibra). O produto foi separado do meio usando-se uma peneira BSS de 600 pm. O teor de sólidos da pasta resultante foi de 59,4% em peso e a viscosidade de Brookfield (100 rpm) de 10.000 mPa.s. O teor de fibras do produto foi analisado por calcinação a 450°C e o tamanho das frações mineral e de polpa medidas usando-se um Malvern Mastersizer.

Exemplo 15

[000204] 352 g de uma pasta de Carbital 60HS™ (77,9% em peso de sólidos) foram pesados em um recipiente de moagem. 71,8 g de polpa úmida foram então adicionados e misturados com o carbonato. 1485 g de meio de moagem Carbolite 16/20 foram então adicionados, seguido de 296 g de água para resultar em uma concentração de volume de meio de 50%. A mistura foi moída a 1000 rpm até se atingir uma aplicação de energia de 10.000 kWh/t (expressada na fibra). O produto foi separado do meio usando-se uma peneira BSS de 600 pm. O teor de sólidos da pasta resultante foi de 41,9% em peso e a viscosidade de Brookfield (100 rpm) de 5.000 mPa.s. O teor de fibras do produto foi analisado por calcinação a 450°C e o tamanho das frações mineral e de polpa medidas usando-se um Malvern Mastersizer.

Exemplo 16

[000205] 287 g de uma pasta de Carbital 60HS® (77,9% em peso de sólidos) foram pesados em um recipiente de moagem. 87,9 g de polpa úmida foram então adicionados e misturados com o carbonato. 1485 g de meio de moagem Carbolite 16/20 foram então adicionados, seguido de 296 g de água para resultar em uma concentração de volume de meio de 50%. A mistura foi moída a 1000 rpm até se atingir uma aplicação de energia de 10.000 kWh/t (expressada na fibra). O produto foi separado do meio usando-se uma peneira BSS de 600 pm. O teor de sólidos da pasta resultante foi de 36,0% em peso e a viscosidade de Brookfield (100 rpm) de 7.000 mPa.s. O teor de fibras do produto foi analisado por calcinação a 450°C e o tamanho das frações mineral e de polpa medidas usando-se um Malvern Mastersizer. Tabela 9 - Propriedades Físicas dos Pigmentos

[000206] A tabela 9 mostra que, além da moagem da fibra até atingir um pequeno tamanho de partícula, a fineza e psd declividade do GCC também aumentaram de maneira a se igualar àqueles dos pigmentos de controle mais finos, o Carbital 90® e o Carbopaque 90®.

[000207] As referências e pigmentos comoídos acima descritos foram feitas em cores de revestimento e um estudo de revestimento realizado de acordo com os seguintes exemplos.

Exemplo 17 (controle)

[000208] 129 g de Carbital 60HS (= 100 g seco) foram colocados em um béquer, misturados usando-se um misturador de laboratório e 14 g de uma suspensão a 50% de látex de estireno-butadieno-acrilonitrila (DL920, Dow Chemical) foram adicionados para proporcionar uma dose aglutinante de 7 partes de látex para cada cem de carbonato de cálcio (pph). 0,3 g de carboximetilcelulose seca (Finnfix 10, CP Kelco) foram então adicionados como uma solução a 12%, seguido de 0,5 g de uma solução de agente branqueador óptico (Blankophor P, Kemi- ra). O pH foi então ajustado para 8,7 usando-se NaOH. Uma segunda cor foi preparada usando-se uma maior dose de látex a 9 pph.

Exemplo 18 (controle)

[000209] 129,7 g de Carbital 90HS (= 100 g seco) foram colocados em um béquer, misturados usando-se um misturador de laboratório e 16 g de uma suspensão a 50% de látex de estireno-butadieno-acrilo- nitrila (DL920, Dow Chemical) foram adicionados para proporcionar uma dose aglutinante de 8 partes de látex para cada cem de carbonato de cálcio (pph). 0,3 g de carboximetilcelulose seca (Finnfix 10, CP Kelco) foram então adicionados como uma solução a 12%, seguido de 0,5 g de uma solução de agente branqueador óptico (Blankophor P, Kemira). O pH foi então ajustado para 8,9 usando-se NaOH. Uma segunda cor foi preparada usando-se uma maior dose de látex a 10 pph.

Exemplo 19

[000210] 139 g de Carbopaque 90 (= 100 g seco) foram colocados em um béquer, misturados usando-se um misturador de laboratório e 16 g de uma suspensão a 50% de látex de estireno-butadieno- acrilonitrila (DL920, Dow Chemical) foram adicionados para proporcionar uma dose aglutinante de 8 partes de látex para cada cem de car-bonato de cálcio (pph). 0,3 g de carboximetilcelulose seca (Finnfix 10, CP Kelco) foram então adicionados como uma solução a 12%, seguido de 0,5 g de uma solução de agente branqueador óptico (Blankophor P, Kemira). O pH foi então ajustado para 8,6 usando-se NaOH. Uma segunda cor foi preparada usando-se uma maior dose de látex a 10 pph.

Exemplo 20 (controle)

[000211] 129,7 g de Carbital 90HS (= 100 g seco) foram colocados em um béquer e 2,5 g de uma celulose em pó comercialmente disponível de tamanho de partícula médio de 1000 nm (valor do fabricante) destinado ao revestimento de papéis (Arbocel MF40, J. Rettenmaier & Sõhne, Holzmuhle, Alemanha) foram colocados com mistura utilizan-do-se um misturador de laboratório. Depois que o pó se dispersou totalmente, 15 g de uma suspensão a 50% de látex de estireno-buta- dieno- acrilonitrila (DL920, Dow Chemical) foram adicionados para resultar em uma dose de aglutinante de 7,5 partes de látex por cem de carbonato de cálcio (pph). 0,3 g de carboximetilcelulose seca (Finnfix, 10, CP Kelco) foram então adicionadas como uma solução a 12%, seguido de 0,5 g de uma solução de agente branqueador óptico (Blan- kophor P. Kemira). O pH foi ajustado em 8,6 usando-se NaOH.

Exemplo 21

[000212] 173,4 g do produto preparado de acordo com o exemplo 14 (=103 g seco) foram colocadas em um béquer, misturadas usando-se um misturador de laboratório e 14 g de uma suspensão a 50% de látex de estireno-butadieno-acrilonitrila (DL920, Dow Chemical) foram adicionados para resultar em uma dose de aglutinante de 7 partes de látex por cem de carbonato de cálcio (pph). 0,3 g de carboximetilcelulose (Finnfix 10, CP Kelco) foram então adicionadas como uma solução a 10%, seguido de 0,5 g de uma solução de agente branqueador óptico (Blankophor P. Kemira). O pH foi ajustado em 8,8 usando-se NaOH. Uma segunda cor foi preparada usando-se uma dose maior de látex de 9 pph.

Exemplo 22

[000213] 250,6 g do produto preparado de acordo com o Ex 15 (=105 g seco) foram colocadas em um béquer, misturadas usando-se um misturador de laboratório e 14 g de uma suspensão a 50% de látex de estireno-butadieno-acrilonitrila (DL920, Dow Chemical) foram adicionados para resultar em uma dose de aglutinante de 7 partes de látex por cem de carbonato de cálcio (pph). 0,3 g de carboximetilcelulose (Finnfix 10, CP Kelco) foram então adicionadas como uma solução a 10%, seguido de 0,375 g de uma solução de agente branqueador óptico (Blankophor P. Kemira). O pH foi ajustado em 8,6 usando-se NaOH. Uma segunda cor foi preparada usando-se uma dose maior de látex de 9 pph.

[000214] As cores foram revestidas em um mechanical basepaper de substância de 70 gm-2 usando-se web revestidor de laboratório (reves- tidor Dow) com medição por lâmina. A altura do revestimento foi ajus- tada diluindo-se a cor até que a maior altura de revestimento fosse obtida, aumentando-se subsequentemente a carga da lâmina para reduzir o peso do revestimento. Amostras de papel foram produzidas com valores de peso de revestimento de cerca de 8 gnr2 a 12 gm-2. A velocidade foi de cerca de 10 m min-1.

[000215] As amostras de papel revestidas foram então cortadas em tiras e acondicionadas por 24 horas a 50% RH e 23°C antes da testa- gem do seu brilho usando-se um espectômetro Datacolor Elrepho 3300. As medidas de reflectância foram feitas a 457 nm com e sem o componente UV no feixe de luz incidente. A diferença entre os valores de reflectância com e sem o UV foram registradas como a fluorescência. A suavidade dos papéis revestidos foi medida por um método de vazamento de ar usando-se um instrumento Parker Print Surf a uma pressão de 1000 kPa. Cada um dos valores foi plotado com referência ao peso do revestimento conforme medido por calcinação. Os resultados foram então interpolados em um peso de revestimento comum de 10 gm 2 e tabulados na tabela 11. Tabela 10 Propriedades das cores de revestimento

Tabela 11 Propriedades dos papéis a 10qm~2

[000216] Os resultados da tabela 11 mostram que a invenção proporciona maior brilho, fluorescência e suavidade.

Exemplo 23

[000217] 630 g de uma pasta de mármore moído com um tamanho de partícula (medido por Sedigraph) de 60% < 2 pm esd foi colocada em um contêiner de moagem. O peso seco era de 233 g. 54 g de polpa úmida de eucalipto batida até um CSF de 525 cm3 (vide tabela 12) foram adicionados, equivalentes a 11,6 g de peso seco. A polpa foi totalmente misturada com a pasta mineral e então 1485 g de meio Carbolite 16/20 e 16 cm3 de água foram adicionados. Isso equivale a uma concentração de volume de meio (CVM) de 50% e a um teor de sólidos na pasta de 35% em peso. As amostras foram moídas a 1000 rpm até que se alcançasse uma aplicação de energia de 2500 e 5000 kWh/t (expressada sobre a fibra seca) fosse feita às amostras. A temperatura alcançou 55°C. O contêiner foi então removido do moedor e o meio separado usando-se uma peneira com um tamanho de abertura de 600 pm.

Exemplo 24

[000218] O procedimento descrito no exemplo 23 foi repetido, desta vez usando-se uma polpa de madeira resinosa kraft branqueada (Bot- nia Pine RM90) batida até um CSF de 520 cm3.

Exemplo 25

[000219] O procedimento descrito no exemplo 23 foi repetido, desta vez usando-se uma amostra de polpa desintegrada por meio termo- mecânico com um CSF de 700 cm3.

Exemplo 26

[000220] O procedimento descrito no exemplo 23 foi repetido, desta vez usando-se uma amostra de polpa de acácia batida até um CSF de 520 cm3.

Exemplo 27

[000221] O procedimento descrito no exemplo 23 foi repetido, desta vez usando-se uma amostra de madeira nobre (bétula) batida até um CSF de 520 cm3.

[000222] A capacidade de reforço de fibras das pastas comoídas contendo MFC preparadas de acordo com os exemplos 23-27 acima foi determinada usando-se o teste FPBI descrito acima. Os resultados estão dados na tabela 12, abaixo.

[000223] As amostras produzidas acima foram adicionalmente caracterizadas em termos do seu tamanho de partícula usando-se o Malvern Mastersizer (Malvern Instruments, Reino Unido). Os resultados estão registrados em termos dos tamanhos médios (dso) das frações de GCC e de polpa. A declividade do tamanho de partícula da fração de fibra também foi registrada. Esses dados também estão listados na tabela 12.

[000224] Estes resultados mostram que todos os tipos de polpas produzem aumentos de força quando submetidos a comoagem com GCC. Tabela 12 Avaliação dos produtos usando-se o teste FBPI

Exemplo 28

[000225] 400 g de polpa de madeira resinosa kraft branqueada não refinada (Botnia Pine RM90) foram embebidas em 20 litros de água por 6 horas e depois transformadas em pasta em um misturador mecânico. A solução-mãe assim obtida foi então despejada em um batedor de laboratório Valley e refinada sob carga por 28 minutos para a obtenção de uma amostra de polpa batida até 525 cm3CSF (Canadian Standard Freeness).

[000226] A polpa foi então escorrida usando-se um verificador de consistência (Testing Machines Inc) para se obter um colchão de polpa úmida a 19,1% em peso de sólidos, que foi então usada nos experimentos de moagem detalhados abaixo:

Exemplo 29

[000227] 584 g de uma pasta de mármore moído com um tamanho de partícula (medido por Sedigraph) de 60% < 2 pm e.s.d. foram colocados em um contêiner de moagem. O peso seco foi de 231 g. A polpa úmida da etapa de desidratação acima descrita (exemplo 28) foi adicionada para resultar em 11,6 g (peso seco) de polpa. A polpa foi inteiramente misturada com a pasta mineral e então 1485 g de meio Car- bolite® 16/20 e a água necessária foram adicionados para resultar em uma concentração do volume do meio de 50% e em um teor de sólidos na pasta de 35% em peso. A amostra foi moída a 1000 rpm até uma aplicação de 2500 e 5000 kWh/t (expressada na fibra seca) ter sido feita às amostras. O contêiner foi então removido do moedor e o meio separado usando-se uma peneira com um tamanho de abertura de 600 pm. O teor de fibras do produto foi analisado por calcinação a 450°C e o tamanho das frações mineral e de polpa foram medidos usando-se um Malvern Mastersizer (vide tabela 13).

Exemplo 30

[000228] 176 g de uma pasta de mármore moído com um tamanho de partícula (medido por Sedigraph) de 60% < 2 pm e.s.d. foram colocados em um contêiner de moagem. O peso seco foi de 65 g. A polpa úmida da etapa de desidratação acima descrita foi adicionada para resultar em 8,5 g (peso seco) de polpa. A polpa foi inteiramente misturada com a pasta mineral e então 1485 g de meio Carbolite® 16/20 e a água necessária foram adicionados para resultar em uma concentração do volume do meio de 50% e em um teor de sólidos na pasta de 12,5% em peso. As amostras foram moídas a 1000 rpm até uma aplicação de 3.750 e 5000 kWh/t (expressada na fibra seca) ter sido feita às amostras. O contêiner foi então removido do moedor e o meio separado usando-se uma peneira com um tamanho de abertura de 600 pm. O teor de fibras do produto foi analisado por calcinação a 450°C e o tamanho das frações mineral e de polpa foram medidos usando-se um Malvern Mastersizer (vide tabela 13). Tabela 13

Exemplo 31 Avaliação das folhas

[000229] As folhas feitas nos exemplos 29 e 30 foram comparadas em um estudo de folhas. O enchimento de controle foi o mesmo mármore moído a 60% < 2 pm usado nos experimentos de moagem. A polpa hospedeira desses enchimentos foi preparada usando-se o mesmo lote de Botnia RM90 batido até um CSF de 520 cm3. O auxiliar de retenção foi Percol 292 (Ciba) adicionado a 0,06% em peso em um total "furnish solids". As folhas foram preparadas a 80 gnrr2 e tiveram sua forças de arrebentamento e de tração, massa, porosidade de Bendtsen, reflectância a 457 nm (brilho ISO) e opacidade testadas. Três cargas foram obtidas e os resultados (tabela 14) interpolados em um nível de carga a 30% em peso. Tabela 14 Resultados das folhas

[000230] Os exemplos acima mostram que os enchimentos comoí- dos aumentam a força, reduzem a porosidade e aumentam a opacidade sem prejuízo do brilho, sendo todas essas propriedades desejadas. Com o uso de enchimentos do exemplo 30 contendo 11,7% de fibra comoída, o aumento em força é suficiente para permitir que o carregamento de enchimento seja aumentado de 25% em peso usando-se enchimento GCC-padrão para 40% em peso sem perda de força de arrebentamento.

Exemplo 32

[000231] 321 g de uma pasta (72% em peso) de enchimento de caulim (WP, Imerys) foram colocados em um recipiente de moagem. 105,9 g de polpa úmida de polpa úmida kraft não-branqueada de pinho norte-americano a um teor de sólidos de 10,9% foram então misturados com 266 cm3 adicionais de água. 1485 g de meio Carbolite 16/20 foram adicionados e a mistura moída a 1000 rpm usando-se uma aplicação de trabalho de 250 kWh/t expressada no mineral secoseco + polpa. O teor de fibras do produto seco após a separação em uma peneira de 700 pm foi de 3,9% em peso no mineral medido por ignição a 950aC. O tamanho médio de partícula (dso) da fibra foi estimado em 83 pm usando-se um Malvern Mastersizer.

Exemplo 33

[000232] 206 g de uma pasta (72% em peso) de enchimento de caulim (WP, Imerys) foram colocados em um recipiente de moagem. 108,7 g de polpa úmida de polpa de pinho norte-americano kraft a um teor de sólidos de 10,9% foram então misturados com 326 cm3 adicionais de água. 1485 g de meio Carbolite 16/20 foram adicionados e a mistura moída a 1000 rpm usando-se uma aplicação de trabalho de 250 kWh/t expressada no mineral seco + polpa. O teor de fibras do produto seco após a separação em uma peneira de 700 pm foi de 6,2% em peso. O tamanho médio de partícula (dso) da fibra foi estimado em 95 pm usando-se um Malvern Mastersizer.

[000233] A polpa hospedeira neste estudo foi o mesmo lote de polpa kraft não-branqueada de pinho norte-americano usada nos exemplos 32 e 33. Ela foi usada conforme recebida do fabricante, diluindo-se com água conforme necessário. O auxiliar de retenção foi Pencol 292 (Ciba) adicionado a 0,14% em peso em total furnish solids.

[000234] Folhas foram preparadas a um peso de 160 gnrr2 com uma carga de enchimento de 5% em peso. As folhas foram prensadas duas vezes e secadas usando-se um tambor de secagem aquecido e acondicionadas por 12 horas a 50% RH e 23°C. Uma amostra da pasta de caulim WP foi usada como controle.

[000235] As folhas foram tiveram seu índice de tração e teor de argila testados por calcinação. Os resultados estão dispostos na tabela 15, abaixo. Tabela 15 Resultados do cartão canelado

[000236] Os resultados acima mostram que o enchimento de caulim comoído tem consideravelmente menos efeito de enfraquecimento que o caulim modificado em cartão canelado com base em polpa kraft não branqueada.

Exemplo 34

[000237] 400 g de polpa kraft de madeira resinada branqueada não- refinada foram embebidas em 20 litros de água por 6 horas e depois transformadas em pasta em um misturador mecânico. A solução-mãe assim obtida foi então despejada em um batedor de laboratório Valley e refinada sob carga por 28 minutos para a obtenção de uma amostra de polpa refinada batida até 525 cm3 CFS (Canadian Standard Freeness).

[000238] A polpa foi então desidratada usando-se um verificador de consistência (Testing Machines Inc.) até se obter um colchão de polpa úmida com um teor de sólidos entre 13 e 18%. Ela foi então usada em experimentos de comoagem conforme detalhado abaixo.

Exemplo 35

[000239] 750 g de caulim inglês seco (Intramax 60) foram transformados em pasta misturando-se com 540 cm3 de água e 1,9 g de uma solução a 40% de dispersante poliacrilato (Accumer 9300, Rohm & Haas). O pH foi ajustado em 7 usando-se NaOH e o teor final de sólidos foi de 57,2% em peso. A pasta foi então transferida para um reci-piente de moagem e 37,5 g secas da polpa úmida preparadas acima (exemplo 34) misturadas com ela. O pH foi ajustado em 9 com NaOH e 1500 g de meio de moagem Carbolite 16/20 adicionados. A mistura foi moída junta por 60 minutos com adição de água conforme necessário para manter a fluidez. Após 60 minutos a temperatura alcançou 55°C. O produto moído foi então separado do meio usando-se uma peneira com abertura de 700 pm. A aplicação de energia foi medida em 147 kWh/t, o teor de sólidos final foi 45,8% em peso. O tamanho modal de partícula do componente de fibra foi medido usando-se um Malvern Mastersizer a 44 pm (esd).

Exemplo 36

[000240] 750 g secas de Intramax 60 foram colocados em um recipiente de moagem como uma pasta a 57% em peso conforme preparado acima (exemplo 34). 37,5 g secas da polpa úmida foram adicionadas e o pH foi ajustado em 4,0 com ácido ortofosfórico a 10%. 1500 g de meio de moagem Carbolite 16/20 adicionados e a mistura moída por 60 minutos, após o que a temperatura atingiu 54°C. A aplicação de trabalho foi de 140 kWh/t. A pasta foi separada como antes e o teor de sólidos final foi de 42% em peso. O pH foi de 5,3. O teor de fibras do produto foi medido a 4,0% em peso. Surpreendentemente, o tamanho modal de partícula do componente de fibra foi medido usando-se um Malvern Mastersizer a 0,50 pm (esd), quase uma ordem de magnitude mais fino do que ao pH 9. Essa observação inesperada sugere que a moagem sob condições ácidas é muito mais eficaz do que sob condições alcalinas.

Exemplo 37

[000241] 750 g de farinha de mármore foram colocados em um recipiente de moagem com 400 cm3 de água e moídos por 57 minutos com uma aplicação de trabalho de 120 kWh/t. Demonstrou-se que o produto tem 58% em peso de partículas < 2 pm esd, por Sedigraph. 37,5 g secas de polpa úmida (conforme preparada no exemplo 34) foram então misturadas e a moagem continuou por mais 2 horas com a adição de 800 cm3 adicionais de água e o gasto de mais 313 kWh/t. A temperatura final foi de 74°C, o teor de sólidos de 37,4% em peso e o teor de fibras do produto seco após a separação em uma peneira de 700 pm foi de 4,4% em peso. O tamanho modal de partícula da fibra foi estimado em 50 pm usando-se um Malvern Mastersizer.

Exemplo 38

[000242] 750 g secas de Optical HB (PCC escalenoedral) como uma pasta com 34% de teor de sólidos, foram misturados com 37 g secas de polpa úmida (conforme preparado no exemplo 34) e 200 cm3 de água e 1500 g de meio de moagem Carbolite 16/20 foram adicionados. A mistura foi moída por 1 hora usando-se 154 kWh/t. A temperatura final foi de 53°C e após a separação do meio a pasta tinha um teor de sólidos de 41% em peso e o produto seco tinha um teor de fibras de 5,3% em peso. O tamanho modal de partícula do componente de fibra ficou entre 100 e 200 pm por Malvern Mastersizer.

Exemplo 39 Estudo de impressão de jornal

[000243] Estes enchimentos foram adicionalmente comparados em um estudo de folha. A polpa hospedeira para estes enchimentos foi preparada transformando-se uma amostra de polpa termomecânica Northern European em pasta. Uma vez que a pasta, como recebida, tinha um CSF de 50 cm3, nenhum refinamento foi realizado. O auxiliar de retenção foi Percol 292 (Ciba) adicionado a 0,02% em peso em total furnish sólids. As folhas foram preparadas a 50 gnr2 e tiveram seus índices de arrebentamento e tração, massa, porosidade de Bendtsen, reflectância a 457 nm (brilho ISO) e opacidade testadas. Três cargas foram obtidas e os resultados (vide tabela 16) estão interpolados com um nível de carga de 10% em peso.

[000244] Estes resultados mostram que os enchimentos comoídos, especialmente o Intramax, proporcionam aumento da força e diminuição da porosidade, sendo todas essas propriedades desejáveis em comparação com os enchimentos de controle. O brilho e a opacidade foram apenas levemente reduzidos. Com o Intramax, o aumento na fora é suficiente para permitir que a carga de enchimento sejam aumentada de 0% em peso para pelo menos 8% em peso com enchimento comoído sem perda de força. O papel preenchido teria menor porosidade e maior brilho e opacidade. Tabela 16 Resultados das folhas: impressão de jornal, carga de 10% em peso de enchimento

Exemplo 40 Estudo de papel de revista supercalandrado

[000245] Um estudo de folha foi realizado usando-se a mesma polpa que no estudo de impressão de jornal. As folhas foram feitas com 55 gm'2’ com cargas de enchimento cobrindo toda a faixa de 30 a 40% em peso. Devido às maiores cargas, o auxiliar de retenção foi aumentado para 0.07% em peso de Percol 292. As folhas tiveram seus índices de arrebentamento e tração, massa, porosidade de Bendtsen, reflectância a 457 nm (brilho ISO) e opacidade testadas. Essas cargas foram obtidas e os resultados (vide tabela 17) estão interpolados a um nível de carga de 32% em peso. Tabela 17 - Resutados do estudo de folhas: Revista SC, 32% em peso de carga de enchimento

[000246] Estes resultados mostram que maior força, menor porosidade e brilho e opacidade semelhantes são obtidas com enchimentos comoídos. No caso do Intramax, a carga poderia ser aumentada de 30% em peso para até pelo menos 36% em peso sem perda da força, com menor porosidade e maior brilho e opacidade.

Exemplo 41 Estudo de folhas

[000247] A polpa hospedeira para este estudo foi um lote de polpa kraft de madeira resinosa branqueada quimicamente transformada em pasta a uma consistência de 2% e batida em um batedor Valley até um CSF de 520 cm3. O auxiliar de retenção foi Percol 292 (Ciba) adicionado a 0,02% em peso em total furnish solids.

[000248] Dois conjuntos de folhas foram preparados usando-se carbonato de cálcio escalenoedral precipitado (Optical HB, Imerys) a níveis de carga de 25 (conjunto A) e a 32% em peso (conjunto B). Um conjunto adicional de folhas (conjunto C) foi feito a uma carga de 25% em peso de Optical HB + 7% em peso do GCC comoído do exemplo 37, de maneira que a carga foi de 32% em peso. Um conjunto de controle (conjunto D) foi preparado a uma carga de 25% em peso de Optical HB + 7% de um GCC padrão a 60% < 2 pm. Um conjunto final (conjunto E) foi preparado usando-se uma mistura 50/50 de Optical B e GCC comoído do exemplo 37, de maneira que a carga total foi de 31% em peso.

[000249] As folhas foram preparadas a 80 gnr2, prensadas duas vezes, secadas usando-se um secador de tambor aquecido e acondicionadas por 12 horas a 50% RH e 23°C. As folhas tiveram seu índice de tração, massa, porosidade de Bendtsen, reflectância a 457 nm (brilho ISO) e opacidade testadas. Os resultados estão dispostos na tabela 16, abaixo.

[000250] Estes resultados mostram que o enchimento GCC comoído pode ser usado para aumentar ainda mais a carga com enchimento das folhas preenchidas com PCC com menos perda de força do que se somente PCC fosse usado. Nas cargas mais altas, as propriedades ópticas são mantidas e a porosidade é reduzida sem séria perda de massa. Tabela 16 - Resultados PCC

Exemplo 41

[000251] Amostras foram preparadas usando-se um vertical "stirred media mill"equipado com um contêiner de moagem cilíndrico sem reentrâncias com diâmetro interno de 14,5 cm. O moinho foi equipado com um rotor vertical com uma coluna circular de 1,8 cm de diâmetro. A coluna estava equipada com 4 braços de rotor arranjados em um desenho de X no fundo dela. Os braços do rotor tinham uma seção circular transversal de 1,8 cm de diâmetro e tinham 6,5 cm do centro da coluna até a ponta.

[000252] O meio de moagem (Carbolite, Carbo Ceramics Inc, EUA) tinha tamanho de mesh 16/20 e tinha gravidade específica de 2,7.

[000253] Carbonato de cálcio moído (GCC) (Intracarb 60, IMERYS Minerals, Bélgica) tinham um tamanho de partícula calculado por Sedigraph de 60% < 2 pm.

[000254] A polpa foi madeira resinosa kraft branqueada (Botnia Pine RM90) batida até um CSF de 520 cm3.

[000255] As moagens de laboratório se basearam em 1,5 kg de meio de moagem, 50% de concentração do volume do meio, nível de polpa de 5% em peso de sólidos totais, aplicação de energia de 2500 kWh/t de polpa e velocidade de rotor de 1000 rpm. As moagens foram realizadas em modo de lote em uma diversidade de níveis de lotes.

[000256] Ao final de cada moagem, a câmara de moagem foi removida do moinho e o seu conteúdo removido. O meio de moagem foi então separado do produto fora do moinho.

[000257] As condições de cada moagem e as propriedades dos produtos resultantes estão mostradas abaixo na tabela 17. A viscosidade B100 é a viscosidade medida em um viscosímetro Brookfield (Brookfield Viscosemeters Ltd, Brookfield Technical Centre, Satdium Way, Harlow, Essex, CM19 5GX, Inglaterra) a 100 rpm. Tabela 17

[000258] Estes dados indicam que: • A amostra produzida com o maior teor de sólidos tem: a maior viscosidade, o maior teor de polpa, o tamanho de MFC mais fino e o mais alto (melhor) teste FBPI. • As amostras produzidas aos menores teores de sólidos têm viscosidade mais baixa, menor teor de polpa, tamanho de MFC mais grosseiro e menores testes FBPI. • Todas as amostras têm alta viscosidade em comparação com produtos de GCC típicos, nos quais viscosidades B100 de < 200 mPas são normais

Exemplo 42

[000259] Uma tentativa foi feita de produzir um produto comoído em um SMD de escala total equipado com uma peneira-padrão de 250 pm (www.metso.com). O meio de moagem, GCC e polpa, foram os mesmos que no exemplo 41, exceto pelo fato de a polpa permanecer sem refinamento. A carga de meio de moagem foi de 5 toneladas. As condições operacionais também foram similares àquelas usadas no exemplo 41: 50% de concentração do volume do meio, nível de polpa de 5% em peso dos sólidos totais, aplicação de energia de 2500 kWh/t de polpa e ajuste do rotor a uma diversidade de rpms para proporcionar uma velocidade similar àquela do moinho de laboratório. As moagens foram realizadas em modo de circuito aberto contínuo.

[000260] Inicialmente, a moagem foi tentada a 35% em peso de sólidos totais, como no exemplo 41. Contudo, não foi possível produzir qualquer produto sob essas condições. O produto com alta viscosidade não fluía através da peneira e para fora do moinho. Em vez disso, o material se acumulava no moinho. Os sólidos em moagem foram dimi-nuídos para menos de 20% em peso para se obter um fluxo aceitável através do moinho e os produtos sob essas condições demonstraram as mesmas melhorias em desempenho de papel como vistas na moa- gem com maiores teores de sólidos.

[000261] Por exemplo, a amostra 1 do exemplo 41 foi produzida em uma moagem de lote de laboratório (50% MVC, nível de polpa de 5% de sólidos totais, aplicação de energia de 2500 kWh/t de polpa e rotor a 1000 rpm) ao teor de 35% de sólidos. As amostras 6 e 7 foram produzidas em um SMD de escala completa equipado com uma peneira de 250 um padrão sob condições similares, exceto pelo teor de sólidos ter sido diminuído para < 20% para se obter fluxo através do moinho. Tabela

[000262] Estes dados mostram: • Que tanto o MFC produzido em laboratório quanto aquele produzido em escala total permitiram maiores cargas de enchimento em comparação com o controle • Contudo, o MFC produzido no laboratório a um teor de 35% de sólidos tinha um pico máximo de fibra que era mais fino e permitia uma carga de enchimento mais alta do que a amostra produzida em um SMD no qual os sólidos tinham que ser baixados para permitir fluxo através do moinho • NB: não foi possível operar o SMD sob condição de alto teor de sólidos

Exemplo 43

[000263] As amostras foram preparadas usando-se um "pilot scale"vertical "stirred media mill"equipado com um contêiner de moagem cilíndrico com diâmetro interno de 87 cm. O moinho estava equipado com um rotor vertical com um coluna circular. A coluna estava equipa- da com 4 braços de rotos arranjados em um desenho de X no fundo dela. Os braços do rotor tinham seção circular transversal de 30 cm do centro da coluna até a ponta.

[000264] O moinho foi operado em modo de lote. O GCC e a polpa foram os mesmos que no exemplo 41. Testes foram realizados a 50% MVC e 39% de teor de sólidos a um nível de polpa de 5% dos sólidos totais. A rpm do moinho foi de 285. A polpa não foi batida. Dois conjuntos de testes foram realizados. O primeiro utilizou meio de moagem 16/20 como no exemplo 41 e o segundo usou meio de 3 mm com a mesma densidade. O dso da fibra e o tamanho modal do tamanho de partícula em ambos os testes estão mostrados na tabela X. Tabela

[000265] Estes dados mostram que o comportamento de moagem de fibra foi similar com meios grosseiros, em especial nas aplicações mais baixas de energia. Contudo, a moagem de minerais foi significativamente reduzida pelo uso de meios mais grosseiros.

Exemplo 44

[000266] Estes testes foram realizados no mesmo "pilot grinder"usado no exemplo 43. O GCC e a polpa foram os mesmos dos exemplos 41 e 42.

[000267] Uma amostra foi preparada em modo de lote sob as seguintes condições e com polpa não batida. Sólidos totais 10%, polpa como percentual dos sólidos totais 20%; MVC 50%; 285 rpm; meio de 3 mm; aplicação de energia de 3500 kWh/t de polpa. A amostra resultante (amostra 8) tinha uma fibra com dso de 102 pm.

[000268] Em outro teste, as mesmas condições foram usadas, mas neste caso o triturador foi configurado em modo de lote de recirculação com uma peneira de 250 pm. As taxas de fluxo foram inaceitáveis devido à alta viscosidade do produto e nenhum produto foi obtido.

[000269] Em um teste adicional, uma amostra de teste foi preparada com o grinder configurado em modo de lote de recirculação e uma peneira de 1 mm foi utilizada. Dessa forma, uma alta taxa de fluxo de 60 l/min foi obtida. A amostra resultante (amostra 9) tinha uma fibra com dso de 107 pm.

[000270] As duas amostras foram usadas em uma avaliação de folha usando-se o mesmo procedimento que no exemplo 42. Os resultados estão resumidos na tabela X. Tabela X

[000271] Estes dados mostram que o uso de meio grosseiro e, consequentemente, peneiras com maior tamanho de abertura, permite a preparação de um produto comoído em uma configuração de lote comercialmente viável recirculante (ou contínuo) a despeito da alta viscosidade do produto.

Exemplo 45

[000272] Testes foram realizados em um pilot scale tower mill (Hoso- koawa Alpine Model ANR 250). Este é um vertical "stirred media mill" com uma câmara de moagem sem reentrâncias e um rotor vertical equipado com uma série de discos rotores em toda a sua extensão. O moinho fica aproximadamente dois terços cheio com meio de moagem. Durante a operação, o material entra pelo moinho pelo fundo e passa através da zona de moagem antes de subir para uma zona de quiescência onde o meio de moagem começa a se sedimentar e separar do produto. Depois, o produto sai do moinho através de uma roda classificadora que serve para reter qualquer meio de moagem adicional dentro do moinho.

[000273] O produto comoído foi preparado em uma configuração de circuito contínuo aberto sob as seguintes condições e com polpa não batida. Sólidos totais 12,4% em peso; polpa como percentual dos sólidos totais: 20%; MVC médio 22%; 500 rpm; meio de 2-2,5 mm com gravidade específica de cerca de 6; aplicação de energia 3200 kWh/t de polpa. Taxa de fluxo no moinho: 1,7 l/min.

[000274] Tentativas iniciais de operar sob estas condições fracassaram, uma vez que o meio de moagem foi carregado junto com o produto (uma tentativa anterior usando meio de 1 mm falhou da mesma forma devido a carregamento de meio).

[000275] Subsequentemente, uma adição de água de aproximadamente 1 l/min foi feita imediatamente antes de a roda classificadora reduzir os sólidos do produto que saíam do moinho a 8,1% em peso. Sob essas condições, todo o meio foi retido no moinho.

[000276] A amostra resultante (amostra 10) tinha uma fibra com dso de 145 pm e um tamanho de partícula de fibra de 89 pm e foi avaliada em um estudo de folhas usando-se o mesmo procedimento que no exemplo 42. Os resultados estão resumidos na tabela X. Tabela x

[000277] Estes dados mostram que o uso de meio grosseiro e denso e adição de água imediatamente antes da roda classificadora em um moinho de torre permite a preparação de comoído em uma configuração comercialmente viável a despeito da alta viscosidade do produto.

Exemplo 46

[000278] As amostras foram preparadas usando-se um vertical stirred media mil de laboratório equipado com uma câmara de moagem sem reentrâncias de diâmetro interno de 14,5 cm. O moinho está equipado com um rotor vertical com um circular cross section shaft de 1,8 cm de diâmetro. O shaft está ocupado com 4 braços de rotor arranjados em um desenho de X no fundo dela. Os braços do rotor têm uma seção circular transversal de 1,8 cm de diâmetro, têm 6,5 cm de comprimento do centra da coluna até a ponta.

[000279] O meio de moagem (Carbolite, Carbo Ceramics Inc, EUA) tern mesh de tamanho 16/20 com uma gravidade específica de 2,7.

[000280] A polpa é madeira resinosa kraft branqueada (Botnia Pine RM90) batida até um CSF de 520 cm3.

[000281] As moagens em laboratório se baseiam em 1,5 kg de meio de moagem, 50% Media Volume Concentration (MVC), que podem ser variadas, os níveis de polpa cobrem a faixa de consistência de até 10% em peso. As aplicações de energia de até 20000 kWh/t de polpa são investigadas usando-se uma velocidade de rotor de 1000 rpm. As moagens são realizadas em modo de lote a uma diversidade de níveis de sólidos.

[000282] Ao final de cada moagem, a câmara de moagem era removida do moinho e os conteúdos removidos. O meio de moagem era separado do produto fora do moinho.

[000283] Os produtos MFC são caracterizados de acordo com o tamanho de partícula usando-se um dispositivo de espalhamento de luz Malvem, de acordo com a viscosidade usando-se um viscosímetro Brookfield (Brookfield Viscosemeters Ltd, Brookfield Technical Centre, Stadium Way, Harlow, Essex, CM19 5GX, Inglaterra) a 100 rpm e o desempenho do papel avaliado usando-se o teste FBPI de enchimento e o método da folha do exemplo 7, exceto pelo fato de nenhum enchimento ser usado ou, de outra maneira, o enchimento é Intracarb 60 (Imerys, Bélgica).

[000284] A expectativa é que o MFC produzido tenha maiores FBPIs e folhas mais fortes. Têm-se o objetivo de que maior consistência e maior processamento energético favoreçam um MFC mais fino e que possa haver um tamanho de MFC ótimo em termos de desempenho do papel quanto á força. O desempenho ótimo irá, provavelmente, ser obtido mais eficientemente processando-se em alta consistência.

Exemplo 47

[000285] Amostras são preparadas usando-se um pilot scale vertical stirred media mil equipado com um contêiner de moagem cilíndrico de diâmetro interno de 87 cm. O moinho está equipado com um rotor vertical com uma coluna transversal circular. A coluna está equipada com 4 braços de rotos em um desenho de X no fundo da coluna. Os braços do rotor da coluna circular têm 30 cm de comprimento do centro da coluna até a ponta.

[000286] O triturador é operado em modo de lote. A polpa é a mesma do exemplo 46. Testes são realizados sob condições otimizadas do exemplo 46. O rpm do triturador é de 285. A polpa fica sem bater. Dois conjuntos de testes são realizados. O primeiro usa meio de moagem 16/20 como no exemplo 46 e o segundo meio de 3 mm com a mesma densidade.

[000287] O MFC produzido é caracterizado e avaliado usando-se o método do exemplo 46.

[000288] O objetivo é que ambos meios de moagem proporcionem o mesmo psd MFC e que essas amostras de MFC permitam a produção de folhas com maior força.

Exemplo 48

[000289] Testes são realizados no mesmo pilot grinder usado no exemplo 42. A polpa é a mesma do exemplo 45. O meio de moagem tem 3 mm.

[000290] Uma amostra MFC é preparada em modo de lote sob condições otimizadas do exemplo 45. As propriedades de MFC psd da amostra resultante serão determinadas.

[000291] Em outro teste, as mesmas condições seriam usadas, mas neste caso o triturador seria configurado em modo de lote recirculante com uma peneira de 250 pm. As taxas de fluxo seriam provavelmente inaceitáveis devido à alta viscosidade do produto e nenhum produto seria obtido.

[000292] Em um teste posterior, uma amostra de teste é preparada com o triturador configurado em modo de lote recirculante e uma peneira de 1 mm é usada e se espera uma alta taxa de fluxo.

[000293] O MFC produzido é caracterizado e avaliado usando-se o método do exemplo 45.

[000294] Espera-se que os dados mostrem que o uso de meio denso e, consequentemente, peneiras com tamanho de abertura grande, permita a preparação de fine psd MFC a alta consistência e baixa energia em uma configuração de lote recirculante (ou contínuo) comercialmente viável a despeito da alta viscosidade do produto.

Exemplo 49

[000295] Testes foram realizados em um pilot scale tower mill (Hoso- koawa Alpine Model ANR 250). Este é um vertical stirred media mill com uma câmara de moagem sem reentrâncias e um rotor vertical equipado com uma série de discos rotores em toda a sua extensão. O moinho fica aproximadamente dois terços cheio com meio de moagem. Durante a operação, o material entra pelo moinho pelo fundo e passa através da zona de moagem antes de subir para uma zona de quiescência onde o meio de moagem começa a se sedimentar e separar do produto. Depois, o produto sai do moinho através de uma roda classificadora que serve para reter qualquer meio de moagem adicional dentro do moinho.

[000296] Uma amostra MFC é preparada em uma configuração de circuito aberto sob condições otimizadas a partir do exemplo 46 e com polpa não batida. Meio de moagem de 2-25 mm e gravidade específica de cerca de 6 é usado. Aplicações de energia na faixa de 2000-15000 kWh/t de polpa são usadas.

[000297] Espera-se que as tentativas iniciais de operar sob essas condições fracassem devido ao carregamento do meio de moagem no produto devido à alta viscosidade do MFC.

[000298] Subsequentemente, uma adição de água é feita imediatamente antes da roda classificadora, reduzindo os sólidos do produto que saem do moinho até um nível no qual o meio não é mais carregado. Sob essas condições, todo o meio é retido no moinho.

[000299] O MFC produzido é caracterizado e avaliado usando-se o método do exemplo 46.

[000300] A amostra resultante terá um psd de fibra fina. Avaliações de folhas indicarão que o MFC produzido proporciona aumentos na força de arrebentamento das folhas.

[000301] Esses dados indicam que o uso de meio grosseiro e denso e adição de água imediatamente antes da roda classificadora em um moinho de torre permitem a preparação de MFC em uma configuração comercialmente viável a despeito da alta viscosidade do produto.

Claims

1. Método para fabricar um produto de papel, caracterizado pelo fato de que o método compreende as etapas de: (i) obter ou preparar um substrato fibroso compreendendo celulose sob a forma de uma polpa apropriada para fabricar um produto de papel; (ii) preparar uma composição para fabricação de papel a partir da polpa da etapa (i), a suspensão aquosa obtida pelo método de preparação de uma suspensão aquosa compreendendo celulose microfibrilada e, opcionalmente, material particulado inorgânico, que compreende uma etapa de moagem de um substrato fibroso compreendendo celulose em um ambiente aquoso na presença ou ausência de um material particulado inorgânico e um meio de moagem para obter celulose microfibrilada com uma inclinação de fibra de 20 a 50, em que o termo "meio de moagem" significa um meio diferente do material particulado inorgânico e outros aditivos opcionais; e (iii) formar um produto de papel a partir da dita composição para fabricar papel.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a polpa é uma polpa química, polpa quimomecânica, polpa mecânica ou polpa reciclada, polpa quebrada de papel ou fluxo de resíduos de uma fábrica de papel ou resíduos de uma fábrica de papel, ou combinações dos mesmos

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um ou mais materiais particulados inorgânicos.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que um ou mais materiais particulados inorgânicos são carbonatos ou sulfatos de metais alcalino-terrosos; carbonato de cálcio; carbonato de magnésio; dolomite; gesso; argila kandita hidratada; caulino; halloysite; argila de bola; uma argila kandita anidra; metacau- lim; caulino totalmente calcinado; talco; mica; perlita; terra de diatomá- ceas e combinações dos mesmos.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que a trituração é realizada em uma trituradora peneirada compreendendo uma ou mais peneiras com um tamanho de abertura nominal de pelo menos 250 pm.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que a moagem é realizada em um moinho de agitação.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que a moagem é realizada em um moinho de torre.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que o meio de moagem compreende partículas com um diâmetro médio na faixa de 0,5 mm a 6 mm.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que o substrato fibroso compreendendo celulose e material particulado inorgânico está presente no ambiente aquoso com um teor inicial de sólidos de 4% em peso ou mais, dos quais 2% ou mais em peso é substrato fibroso compreendendo celulose, opcionalmente em que o conteúdo inicial de sólidos é de 10% em peso ou mais, ou 20% em peso ou mais.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que a celulose microfibrilada possui um dso de 5 pm a 500 pm, medido por espalhamento de luz laser.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que o meio de moagem compreende partículas com um diâmetro médio na faixa de 0,5 mm a 6 mm.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que o meio de moagem compreende partículas com uma gravidade específica de 2,5 ou mais.

13. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que o substrato fibroso compreendendo celulose está presente no ambiente aquoso com um teor inicial de sólidos de 5% em peso ou mais.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que o produto de papel é um cartão, cartão com revestimento branco e cartão canelado, papelão, ou cartão revestido.

15. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que a polpa de celulose pode ser derivada de madeira, gramíneas, cana-de-açúcar, bambu, trapos, desperdícios têxteis, algodão, cânhamo ou linho ou combinações dos mesmos.

16. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que o substrato fibroso que compreende celulose está na forma de uma polpa.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a polpa é uma polpa química, polpa quimomecâni- ca, polpa mecânica ou polpa reciclada, polpa de papel quebrada ou fluxo de resíduos de uma fábrica de papel ou resíduos de uma fábrica de papel, ou combinações dos mesmos.

18. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o material particulado inorgânico é carbonato de cálcio, caulino ou uma combinação de ambos.

19. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que o teor inicial de sólidos é de 30% em peso ou mais ou 40% em peso ou mais.

20. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que 5% em peso ou mais do teor inicial de sólidos é um substrato fibroso que compreende celulose.

21. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracte- rizado pelo fato de que 10% em peso ou mais do teor inicial de sólidos é um substrato fibroso que compreende celulose.

22. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que 15% em peso ou mais do teor inicial de sólidos é um substrato fibroso que compreende celulose.

23. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que 20% em peso ou mais do teor inicial de sólidos é um substrato fibroso que compreende celulose.

24. Produto de papel, caracterizado pelo fato de que compreende: um papelão; e um revestimento aplicado a ao menos uma superfície do papelão, sendo que o revestimento compreende a composição para fabricação de papel que compreende celulose microfibrilada e material particulado inorgânico como definida na reivindicação 1.

25.Produto de papel de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o revestimento compreende ainda amidos, um aglutinante ou um espessante.