BRPI0613122A2 - método para revestimento de partìculas de celulose, partìculas revestidas de celulose e uso das mesmas em produção de papel e papelão - Google Patents
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Abstract
MéTODO PARA REVESTIMENTO DE PARTìCULAS DE CELULOSE, PARTìCULAS REVESTIDAS DE CELULOSE E USO DAS MESMAS EM PRODUçãO DE PAPEL E PAPELãO. A presente invenção refere-se a um método para revestimento de partículas de celulose, à partículas de celulose revestidas, ao uso das mesmas como um enchedor e como um pigmento de revestimento em papel e papelão e, ainda, a métodos para produção e para revestimento de papel e papelão.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOPARA REVESTIMENTO DE PARTÍCULAS DE CELULOSE, PARTÍCULASREVESTIDAS DE CELULOSE E USO DAS MESMAS EM PRODUÇÃO DEPAPEL E PAPELÃO".
CAMPO TÉCNICO
A presente invenção refere-se a um método para revestimentode partículas de celulose e à partículas de celulose revestidas úteis, por e-xemplo, na produção de papel e papelão. A invenção também é dirigida aum método para produção de papel e papelão e, ainda, a um método pararevestimento de papel e papelão.
ANTECEDENTES DA TÉCNICA
A finalidade do revestimento é proporcionar à superfície do papele papelão uma igualdade e uniformidade de qualidade para aperfeiçoamentodas propriedades ópticas e capacidade de impressão. O revestimento con-siste em pigmentos, por exemplo, caulim, carbonato de cálcio triturado(GCC) e talco e, ainda, um aglutinante, tal como látex e amido e, além disso,o referido revestimento também pode conter aditivos, tais como agentes dedispersão, agentes para ajuste de pH, lubrificantes e agentes anti-microbianos. Pigmentos normalmente compreendem de 80 a 95% do pesodo revestimento, o pigmento, assim, exercendo um papel principal nas pro-priedades ópticas do revestimento, tais como opacidade, brancura e brilho.Brancura é aperfeiçoada através de baixa absorção de luz e alto coeficientede dispersão de luz, opacidade sendo também aperfeiçoada pelo último. Obrilho é influenciado, por exemplo, pelo tamanho de partícula do pigmento epor um tratamento pós-revestimento, por exemplo, calandragem do referidopapel e papelão.
Em produção de papel e papelão, enchedores são adicionados àpolpa. A quantidade de enchedor varia de acordo com o produto que estásendo produzido, a proporção do mesmo normalmente oscilando de 4 a 10%para papéis LWC e de 15 a 30% para papéis de polpa química, com relaçãoao peso do papel de base. Enchedores incluem, por exemplo, caulim, carbo-nato de cálcio e dióxido de titânio. Também, enchedores têm uma influênciasobre as propriedades ópticas e capacidade de impressão de papéis e papelões.
As propriedades ópticas do papel e papelão podem ser aperfei-çoadas aumentando-se a proporção do pigmento no revestimento e a quan-tidade de enchedor no papel de base. Isso, contudo, resulta em deterioraçãosignificativa das propriedades de resistência do papel e revestimento.
Propriedades de resistência do papel também podem ser aper-feiçoadas através de refino da polpa e adição de finos o que, contudo, fre-qüentemente, compromete a opacidade.
A US 6.080.277 divulga um método para a produção de partícu-las de celulose compreendendo grupos catiônicos, as referidas partículas decelulose sendo úteis na indústria de papel para ligação de agentes de per-turbação à trama de papel. A celulose presente nas partículas pode ser celu-lose não substituída ou substituída, tais como ésteres ou éteres de celulose,ou celulose alcalina. Celulose é, por exemplo, dissolvida usando o processode viscose, N-óxido de N-metil morfolina ou dimetil acetamida de cloreto delítio, enquanto que derivados de celulose solúveis em água, de preferênciaproduzidos através do processo de viscose, são dissolvidos usando água.
Um agente de cationização é adicionado à celulose dissolvida e partículasde celulose catiônicas são obtidas através de precipitação na presença deum agente de precipitação, tal como ácido sulfúrico.
O JP 4041289 divulga uma folha revestida tendo uma camadacontendo partículas de celulose em um aglutinante pelo menos sobre umlado de um material de base. As partículas de celulose são produzidas atra-vés de um método em que viscose é usada, pulverizada com dois bocais departícula ou similar e secas por ar quente para formar partículas, as quaissão tratadas com ácido ou similar para regenerar a celulose. Dentre as partí-culas de celulose assim formadas com tamanhos de grão de 0,1 a 1000 μηη,de preferência aquelas partículas tendo tamanhos de 1 a 20 μητι são usadas.
O grau de cristalização é reivindicado como sendo baixo, menos de 40% e,conseqüentemente, um revestimento com um alto grau de intumescimento,excelente propriedade de absorção de tinta e alta densidade de formação decor pode ser formado.
O GB 1 574 068 apresenta um método para revestimento de ummaterial em partícula ou fibroso, material revestido com o referido método,bem como um método para produção de papéis compreendendo o referidomaterial revestido. No método de revestimento, partículas ou fibras sãotransformadas em pasta em uma solução aquosa diluída de um derivado decelulose regenerável, tal como xantato de celulose, opcionalmente na pre-sença de um agente de dispersão, seguido pela adição de um agente deprecipitação, tal como ácido sulfúrico, contendo sulfato de sódio e zinco àpasta, resultando em partículas individuais circundadas por um revestimentodistinto de celulose regenerada. O material a ser revestido pode ser caulim,gesso, dióxido de titânio ou carbonato de cálcio. O material revestido com oreferido método pode ser usado em composições de enchedor para a produ-ção de papel.
As propriedades ópticas e resistência à ligação, freqüentementereferida como valor de Ligação de Scott, são algumas das propriedadesmais cruciais de papéis para impressão. Para papelões e papéis em geral e,particularmente, para papéis gráficos, há uma necessidade de aperfeiçoar aspropriedades de resistência sem quaisquer efeitos adversos sobre as propri-edades ópticas.
Queima de papéis residuais contendo pigmentos minerais inor-gânicos para produção de energia resulta em grandes quantidades de cin-zas, o descarte dos quais causa problemas. Dentro da União Européia, me-tas referentes à proporção de bioenergia na produção de energia total a se-rem atingidas até 2010 são determinadas. Para essas metas, também é de-sejável usar tantos materiais orgânicos renováveis quanto possível em pa-péis e papelões.
Pigmentos minerais inorgânicos são abrasivos e resultam emdesgaste acelerado de aparelhos. Eles também aumentam o peso do papele papelão. Há uma necessidade ainda crescente pelo aumento de papéismais leves para revistas, catálogos e similares, fornecidos, contudo, comaltas propriedades de impressão de qualidade.Conforme pode ser visto com base nos ensinamentos acima, háuma necessidade óbvia por enchedores mais leves e pigmentos de revesti-mento de novos tipos para papéis e papelões que permitem o aperfeiçoa-mento das propriedades de resistência dos mesmos sem quaisquer efeitosprejudiciais sobre as propriedades ópticas e, ainda, permitem o aumento daproporção de materiais orgânicos renováveis e combustíveis nos mesmos ea redução de desgaste do equipamento.
OBJETIVOS DA INVENÇÃO
Um objetivo da invenção é proporcionar um método para reves-timento de partículas de celulose.
Outro objetivo é também proporcionar novas partículas de celu-lose revestidas.
Ainda, um objetivo da invenção é o uso de partículas de celuloserevestidas como um enchedor em papel e papelão e como um pigmento derevestimento na produção dos mesmos.
Ainda outro objetivo da invenção é proporcionar um método paraprodução de papel e papelão.
Outro objetivo da invenção é proporcionar um método para re-vestimento de papel e papelão.
Aspectos característicos do método de revestimento da invençãopara partículas de celulose, partículas de celulose revestidas, uso das partí-culas de celulose, bem como métodos para revestimento e produção de pa-pel e papelão, são apresentados nas reivindicações.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
No método para revestimento de partículas de celulose da in-venção, partículas de celulose são contatadas com um material de dispersãode luz para fixar o referido material de dispersão de luz sobre as referidaspartículas de celulose. Um material de dispersão de luz se refere aqui à síli-ca, silicato, carbonato de cálcio precipitado (PCC), gesso, oxalato de cálcio,dióxido de titânio, hidróxido de alumínio, sulfato de bário, óxido de zinco,modificações ou combinações dos mesmos ou quaisquer outros materiais dedispersão de luz.Partículas de celulose revestidas compreendem partículas decelulose revestidas com o material de dispersão de luz definido acima, o re-ferido material de dispersão de luz e uma partícula de celulose compreen-dendo dé 5 a 95% e de 95 a 5% em peso da partícula revestida, respectivamente.
Partículas de celulose revestidas com o método da invenção po-dem ser usadas como enchedores de papel e papelão para aperfeiçoamentodas propriedades de resistência do produto sem quaisquer efeitos prejudici-ais sobre as propriedades ópticas. Partículas de celulose revestidas obtidasatravés do método da invenção podem ainda ser usadas como pigmentos derevestimento de papel e papelão.
A invenção é agora ilustrada com as figuras, descrição detalha-da e exemplos a seguir, sem desejar limitar a invenção aos mesmos.
A figura 1 mostra uma micrografia eletrônica (ampliação x3000)de partículas de celulose da invenção, produzidas de acordo com o exemplo2 e revestidas com sílica.
A figura 2 mostra uma micrografia eletrônica (ampliação x10000)de partículas de celulose da invenção, produzidas de acordo com o exemplo3 e revestidas com sílica.
As figuras 3a e 3b mostram uma micrografia eletrônica (amplia-ção xlOOOO) de partículas de celulose da invenção, produzidas de acordocom o exemplo 4 e revestidas com sílica.
As figuras 4a e 4b são representações gráficas, respectivamen-te, mostrando a brancura ISO e o coeficiente de dispersão de luz de folhasde acordo com o Exemplo 6, contendo de 6% a 14% em peso de partículasde celulose revestidas com silicatos da invenção, como uma função do teorde enchedor. Folhas contendo quantidades equivalentes de partículas decelulose não-revestidas (não revestidas REF) e folhas sem enchedores sãousadas como controles.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Surpreendentemente, descobriu-se que os problemas encontra-dos nas soluções da técnica anterior podem ser evitados ou pelo menossubstancialmente reduzidos com o procedimento da invenção. A invenção ébaseada na descoberta de que partículas de celulose revestidas úteis naprodução de papel e papelão podem ser obtidas através de revestimento departículas de celulose, produzidas a partir de celulose dissolvida por meio deprecipitação, com um material de dispersão de luz.
No método da invenção para revestimento de partículas de celu-lose, as referidas partículas de celulose são contatadas com um material dedispersão de luz para permitir a fixação do referido material às referidas par-tículas de celulose. Revestimento das referidas partículas de celulose podeser realizado através do método de precipitação, adsorção, revestimento emfase gasosa ou revestimento giratório ou similar. Assim, é possível revestiras referidas partículas de celulose através de uma modificação dos referidosmétodos de revestimento, tal como através de um processo de revestimentoem fase gasosa modificado, por exemplo, epitaxia em camada atômica, ALE.
No método da invenção, as referidas partículas de celulose aserem revestidas podem ser produzidas através de qualquer método conhe-cido, tal como através de regeneração de celulose dissolvida pelo método deviscose ou um N-óxido terciário. O material de celulose a ser dissolvido po-de, por exemplo, ser polpa de madeira macia alvejada, resíduo celulósico deagricultura ou floresta ou similar. Partículas de celulose podem também serproduzidas através do método descrito abaixo.
Uma suspensão aquosa é feita a partir do material de celulose aser dissolvido, a referida suspensão contendo pelo menos 0,1% em peso decelulose; o pH da suspensão é ajustado para um valor oscilando de 3 a 7, depreferência de 4 a 6; uma enzima com atividade de endoglucanase é adicio-nada à suspensão para proporcionar uma atividade de endoglucanase vari-ando entre 20 e 2000 * 103 lU/kg de celulose seca, de preferência entre 100e 600 * 103 lU/kg de celulose seca; a suspensão contendo a enzima é aque-cida em uma temperatura variando entre 40 a 65 QC, de preferência entre 45e 60 eC, para obter celulose tendo um grau de polimerização reduzido emnão mais do que o valor de 100; seguido pela adição de 15% em peso deum hidróxido de metal alcalino ou alcalino-terroso à suspensão tratada coma enzima; e, após o que, aquecimento em uma temperatura variando de 15 a50 QC, de preferência de 20 a 45 9C, para dissolver pelo menos 50% da celu-lose, a solução de celulose assim obtida sendo, então, pulverizada ou mistu-rada à solução de regeneração para precipitar as partículas de celulose. Po-de ser preferível remover ar da celulose dissolvida. Também, sólidos podemser removidos, por exemplo, através de filtração. A solução de regeneraçãoé, de preferência, um ácido, mais preferivelmente ácido sulfúrico diluído.
Embora as partículas formadas possam ser deixadas na referida solução deregeneração durante qualquer pós-tratamento direto, tal como para revesti-mento, elas também podem ser recuperadas e lavadas.
Na produção de partículas de celulose a serem usadas para re-vestimento, a celulose pode ser modificada através de conversão das mes-mas para proporcionar um derivado, tal como acetato de celulose, usandoqualquer procedimento conhecido, enquanto a celulose está em solução ousomente após regeneração em partículas de celulose. Partículas de celulosetambém podem ser secas ou tratadas com formaldeído para melhorar a rigi-dez da estrutura. Porosidade das partículas de celulose pode ser aumenta-da, por exemplo, através da adição de ar à celulose dissolvida e, após remo-ção de material sólido, uma substância de dissolução em condições de re-generação, tal como amido e álcali ou sais de metal alcalino-terroso, taiscomo hidróxidos.
O tamanho de partícula das partículas de celulose a serem re-vestidas está, tipicamente, entre 0,05 e 10 μηι.
O material de dispersão de luz a ser usado no método de reves-timento da invenção pode incluir sílica, silicato, carbonato de cálcio precipi-tado (PCC), gesso, oxalato de cálcio, dióxido de titânio, hidróxido de alumí-nio, sulfato de bário, óxido de zinco ou similar, uma modificação ou umacombinação dos mesmos.
O silicato a ser usado no método de revestimento é selecionadodo grupo consistindo em silicatos de metal, tais como silicatos de metal alca-lino-terroso, silicatos de metal alcalino, silicatos de alumínio de metal alcalinoe alcalino-terroso e modificações dos mesmos, as referidas modificaçõesincluindo sais misturados com sais de metais alcalinos-terrosos e hidróxidose sais misturados e combinações dos referidos compostos. O silicato é, depreferência, um silicato de cálcio, silicato de magnésio, silicato de alumíniode sódio, silicato de magnésio de sódio, silicato de sódio ou silicato de alu-mínio, particularmente de preferência silicato de alumínio de sódio.
No método de revestimento da invenção, também várias combi-nações dos materiais de revestimento são consideradas.
PRECIPITAÇÃO DE SÍLICA
Dióxido de silício, ou sílica (SiO2), pode ser precipitado, por e-xemplo, de acordo com a equação de reação (1) a seguir. Uma substânciaadequada a ser precipitada, isto é, um silicato de metal básico, por exemplo,uma solução aquosa de silicato de sódio (silicato de sódio), é reagida comum composto de precipitação, aqui um ácido mineral, tipicamente comH2SO4.
[Na2OixSiO2] + H2SO4 XSiO2 + Na2SO4 + H2O (1)
Sílica precipitada também pode ser obtida através de reação deum silicato de metal alcalino com ácido sulfuroso ou com dióxido de enxofre.Além disso, uma solução aquosa de um sulfito ou bissulfito de metal alcalinoé formada.
PRECIPITAÇÃO DE SILICATOS
Silicatos sintéticos são obtidos através de reação de um com-posto de silício que atua como a substância a ser precipitada com um com-posto de precipitação. O composto de precipitação também pode ser geradoin situ durante a reação. Silicatos, tais como silicato de alumínio de sódio,silicato de cálcio e silicato de alumínio, são obtidos como os produtos. Des-ses, particularmente silicato de alumínio de sódio é o silicato mais ampla-mente usado na fabricação de papel.
Substâncias adequadas a serem precipitadas incluem sílicasprecipitadas, silicatos de metal, tais como silicatos de metal alcalino-terrosoe silicatos de metal alcalino, silicatos de alumínio de metal alcalino e alcali-no-terroso e modificações dos mesmos, tais como sais misturados com saise hidróxidos de metais alcalinos-terrosos e sais misturados e combinaçõesdos referidos compostos.
Um silicato, tal como silicato de sódio, pode ser precipitado deacordo com a equação de reação (2) a seguir. Sulfato de alumínio, ou alu-me, é reagido com uma solução aquosa de silicato de sódio.
[Na2OixSiO2] + AI2(SO4)3 ^ Na20AI203-4[x Si02]-4-6 H2O +Na2SO4 (2)
Alternativamente, um silicato de metal alcalino pode ser reagidocom uma solução aquosa de sulfito de alumínio para proporcionar silicato dealumínio de metal alcalino precipitado e uma fase aquosa contendo sulfito oubissulfito de metal alcalino, dependendo do pH no estágio de reação final.
Silicato de alumínio de metal alcalino precipitado também é obti-do através de tratamento de uma solução de silicato de metal alcalino comum aluminato de metal alcalino na presença de dióxido de enxofre, soluçãode ácido sulfuroso ou solução de ácido sulfúrico. Além disso, uma fase a-quosa contendo sulfito de metal alcalino é obtida. Nesse caso, o reagente desulfito de alumínio de precipitação é formado in situ durante a reação.
Silicato de zinco pode ser precipitado através de mistura de so-lução de silicato de sódio com solução de cloreto de zinco, substituindo asolução de cloreto de zinco por uma solução de ácido sulfúrico ao final dareação.
PRECIPITAÇÃO DE CARBONATO DE CÁLCIO
Carbonato de cálcio precipitado, ou PCC, é obtido, por exemplo,de acordo com as equações de reação (3) - (5) a seguir.
CaCO3 + energia CaO + CO2 (3)CaO + H2O Ca(OH)2 + energia (4)Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O + energia (5)
Na reação (3), calcário é aquecido, assim, dissociando-o, paraproporcionar cal, CaO, e dióxido de carbono. Em seguida, a cal é misturadacom água na reação (4), assim, obtendo cal extinta Ca(OH)2. Nessa etapa,quaisquer impurezas podem ser removidas, por exemplo, através de penei-ramento. Carbonato de cálcio é precipitado na etapa de carbonização, emque dióxido de carbono é passado para uma pasta aquosa da cal extinta nareação (5). Nessa etapa, o tamanho de partícula e a distribuição de tamanhode partícula do carbonato de cálcio precipitado e, ainda, o formato e as pro-priedades de superfície dessas partículas, podem ser influenciados atravésde ajuste das condições de reação.
Carbonato de cálcio também pode ser precipitado de acordocom a equação de reação (6). Nessa equação, cal extinta é reagida comcarbonato de sódio. A solução alcalina produzida na reação é neutralizadaantes de uso do CaC03 em fabricação de papel.
Ca(OH)2 + Na2CO3 CaCO3 + 2NaOH (6)
Carbonato de cálcio pode ainda ser precipitado através de rea-ção de carbonato de sódio com cloreto de cálcio, de acordo com a equação (7):
Na2CO3 + CaCI2 CaCO3 + 2NaCI (7)
PRECIPITAÇÃO DE GESSO
Sulfato de cálcio é encontrado em várias formas hidratadas eanídricas, das quais dihidrato de sulfato de cálcio, CaS04-2H20, é comu-mente denominado gesso. Esse dihidrato é a forma mais estável de sulfatode cálcio e, assim, é usada em pigmentos de revestimento. A precipitaçãoespontânea da forma de dihidrato é um fenômeno comum no caso de sedi-mentos de caldeira e a precipitação ocorre em soluções super-saturadas deacordo com a equação de reação (8).
Ca2+ + SO42" + 2H20 CaS04-2H20 (8)
O dihidrato também é precipitado de acordo com a equação dereação (9) a partir de hemihidrato de sulfato de cálcio, CaSO4- VfeH2O, umavez que ele é transformado em pasta em água. A distribuição de tamanho departícula e o formato das partículas do gesso que se precipita podem serinfluenciados através de ajuste das condições de precipitação.
2CaS04· Y2H2O + 3H2O 2CaS04-2H20 (9)
A forma de dihidrato também é precipitada uma vez que fosfatode cálcio é reagido com ácido sulfúrico em uma solução aquosa de acordocom a equação de reação (10). Também, ácido fosfórico é formado na reação.Ca3(PO4)2 + 3H2S04 + 6H20 3CaS04-2H20 + 2H3P04 (10)Uma vez que o fosfato bruto, Cai0(PO4)6F2, reage com ácidosulfúrico em uma solução aquosa, a forma de dihidrato de sulfato de cálcio,ácido fosfórico e ácido fluoródrico, são formados de acordo com a equaçãode reação (11).
Cai0(PO4)6F2 + IOH2SO4 + 20H20 19CaS04-2H20 + 6H3P04+ 2HF(11)
A forma de dihidrato de sulfato de cálcio também é precipitada,uma vez que hidrogenos sulfito de cálcio reage com oxigênio em uma solu-ção aquosa de acordo com a equação de reação (12).
Ca(HSO3)2 (I) + O2 (g) + 2H20 (I) CaS04-2H20 (s) + H2SO4
(12)
PRECIPITAÇÃO DE OXALATO DE CÁLCIO
Oxalato de cálcio pode ser produzido através de precipitação deácido oxálico na presença de um composto contendo cálcio. O compostocontendo cálcio pode ser, por exemplo, carbonato de cálcio, hidróxido decálcio ou cloreto de cálcio. A produção de oxalato de cálcio a partir de car-bonato de cálcio e ácido oxálico é representada nas equações de reação(13)-(14).
CaCO3 + 2HCI CaCI2 + H2O + CO2 (13)
CaCI2 + H2C2O4 CaC2O4 + 2HCI (14)
PRECIPITAÇÃO DE DIÓXIDO DE TITÂNIO
Dióxido de titânio pode ser produzido, por exemplo, com o pro-cesso de sulfato conhecido, isto é, através de dissolução de ilmenita seca etriturada ou pasta de titânio usando ácido sulfúrico concentrado e aqueci-mento para produzir uma torta de produto de reação sólido. A torta de produ-to de reação é dissolvido em água ou ácido sulfúrico diluído e, ainda, impu-rezas sólidas são removidas da solução de sulfato de titânio, por exemplo,através de filtração. O teor de ferro da solução pode ser ainda reduzido atra-vés de resfriamento, assim, precipitando o ferro como um heptahidrato desulfato de ferro que pode ser removido através de filtração. A solução é con-centrada para precipitar o titânio como oxihidróxido de titânio(IV), seguidopor filtração, lavagem e conversão ao tamanho e formato de cristal deseja-dos através de calcinação, se necessário. Partículas de celulose podem ser,então, revestidas com o dióxido de titânio assim obtido usando, por exemplo,processos de adsorção ou revestimento giratório.
Dióxido de titânio também pode ser produzido com o procedi-mento divulgado no documento US 6.001.326, isto é, através de adição decubos de gelo feitos de água destilada ou água destilada congelada a umasolução diluída de tetracloreto de titânio, diluição da solução aquosa de clo-reto de titanila assim obtida para proporcionar a concentração desejada, se-guido por aquecimento, resultando na precipitação de dióxido de titânio fi-namente dividido.
PRECIPITAÇÃO DE HIDRÓXIDO DE ALUMÍNIO
Hidróxido de alumínio, também conhecido como trihidrato dealumínio, pode ser produzido a partir de bauxita através de dissolução doalumínio contido na mesma, seguido por separação de outros minerais. Oscompostos de alumínio da solução são extraídos com hidróxido de sódio e,então, impurezas insolúveis são separadas através de sedimentação e filtra-ção. O filtrado de aluminato de sódio claro é esfriado, seguido pela adição decristais finos de hidróxido de alumínio, especificamente preparados comocristais de semente para essa finalidade, se necessário, e partículas de celu-lose. O aluminato contido no filtrado é precipitado sobre os cristais de se-mente e sobre as partículas de celulose adicionadas.
PRECIPITAÇÃO DE SULFATO DE BÁRIO
Sulfato de bário pode ser precipitado de compostos de bário so-lúveis em água usando compostos contendo um grupo sulfato e tambémsolúveis em água. O referido composto de bário pode, por exemplo, ser ni-trato, sulfeto, hidróxido ou cloreto de bário, enquanto que o composto con-tendo um grupo sulfato é sulfato de sódio ou magnésio ou ácido sulfúrico. Aprecipitação de sulfato de bário de cloreto de bário e sulfato de sódio é ilus-trada por meio da equação de reação (15).
BaCI2 (aq) + Na2SO4 (aq) BaSO4 (s) + 2NaCI (aq) (15)
PRECIPITAÇÃO DE ÓXIDO DE ZINCOÓxido de zinco pode ser precipitado através de aquecimento denitrato de zinco, assim, resultando em óxido de zinco, dióxido de nitrogênio eoxigênio. Óxido de zinco pode ser também precipitado através de aqueci-mento de carbonato de zinco, assim, proporcionando óxido de zinco e dióxi-do de carbono. Além disso, óxido de zinco pode ser precipitado com óxidode cálcio ou com hidróxido de cálcio de uma solução contendo íons de zincoou através de hidrólise de acetato de zinco com hidróxido de lítio ou comhidróxido de tetrametil-amônio em uma solução alcoólica e/ou alcoóli-ca/aquosa.
Revestimento de partículas de celulose pode ser realizado atra-vés da adição da substância a ser precipitada a uma suspensão aquosa con-tendo partículas de celulose e, ainda, os valores de pH e temperatura sãoopcionalmente ajustados para faixas adequadas. Opcionalmente, a suspen-são contendo partículas de celulose é combinada com uma solução aquosado composto de precipitação e, possivelmente, com um sal adjuvante antesda adição da substância a ser precipitada. Se necessário, a adição da subs-tância a ser precipitada é seguida pela adição do composto de precipitaçãocomo uma solução aquosa, alcoólica ou alcoólica/aquosa ou em uma formagasosa e/ou um ácido ou cristais de semente da substância precipitada sãoadicionados.
Para a precipitação de silicatos e sílica, o composto de precipita-ção é selecionado do grupo consistindo em ácidos inorgânicos, dióxido deenxofre, bem como metais alcalinos-terrosos, metais alcalinos, metais terro-sos, sais de zinco e alumínio, de preferência sais de sulfato, sulfito, nitrato esulfato de amônio. A precipitação é, particularmente de preferência, realiza-da usando sulfato de alumínio, sulfito de alumínio ou aluminato de metal al-calino na presença de dióxido de enxofre, ácido sulfuroso ou ácido sulfúrico.
Alternativamente, a precipitação também pode ser realizada com cloreto dezinco, o qual será substituído por uma solução de ácido sulfúrico no estágiofinal da reação.
Para precipitação de carbonato de cálcio, o composto de precipi-tação pode ser, por exemplo, dióxido de carbono gasoso ou carbonato desódio.
No caso de gesso ser precipitado de fosfato de cálcio ou de fos-fato bruto, o composto de precipitação será ácido sulfúrico. No caso de ges-so ser precipitado de hidrogenos sulfito de cálcio em uma solução aquosa,oxigênio gasoso é usado como o composto de precipitação. No caso da pre-cipitação ser realizada em uma solução supersaturada, qualquer compostoque libera íons de sulfato quando de dissolução em água pode ser usadocomo o composto de precipitação. Alternativamente, em casos onde dihidra-to de sulfato de cálcio é precipitado de uma pasta aquosa de um hemihidra-to, nenhum composto de precipitação é necessário.
Para precipitação de oxalato de cálcio, o composto de precipita-ção é ácido oxálico.
Para a precipitação de dióxido de titânio, a substância a ser pre-cipitada pode ser aquecida em vez de adição de um composto de precipita-ção, assim, proporcionando dióxido de titânio finamente dividido.
Em casos em que hidróxido de alumínio é precipitado, cristais desemente de hidróxido de alumínio são adicionados, em vez do composto deprecipitação, se necessário.
Para precipitação de sulfato de bário, o composto de precipita-ção é um composto contendo um grupo sulfato, tal como sulfato de sódio oumagnésio ou ácido sulfúrico.
Para precipitação de óxido de zinco, o composto de precipitaçãoé, por exemplo, um óxido de cálcio, hidróxido, hidróxido de lítio ou hidróxidode tetrametilamônio. Em casos em que nitrato de zinco ou carbonato de zin-co é usado como a substância a ser precipitada, a adição de um compostode precipitação pode não ser necessária.
Para a precipitação de silicatos e sílicas, o sal que serve comoum adjuvante é selecionado de um grupo consistindo em sais e hidróxidosde metal alcalino-terroso. Sais adequados incluem os cloretos, sulfatos ecarbonatos de metais alcalinos-terrosos, tais como magnésio ou cálcio. Hi-dróxido de magnésio é, de preferência, usado.
Para a precipitação de silicatos, a substância a ser precipitada éselecionada do grupo consistindo em sílicas precipitadas, silicatos de metalalcalino e metal alcalino-terroso, alumino-silicatos de metal alcalino e metalalcalino-terroso e modificações dos mesmos, incluindo sais misturados comsais e hidróxidos de metal alcalino-terroso e, ainda, os sais misturados ecombinações dos referidos compostos.
Para a precipitação de silicatos, a substância a ser precipitada éselecionada do grupo consistindo em silicatos de metal alcalino e metal alca-lino-terroso.
Para a precipitação de carbonato de cálcio, a substância a serprecipitada é, por exemplo, hidróxido de cálcio ou cloreto de cálcio. Hidróxi-do de cálcio é obtido através de mistura de cal apagada em água, a referidacal, assim, reagindo para proporcionar hidróxido de cálcio.
Para a precipitação de gesso, a substância a ser precipitada éfosfato de cálcio, hemihidrato de sulfato de cálcio, fosfato bruto, hidrogenossulfito de cálcio ou qualquer composto que libera íons de cálcio quando dis-solvido em água.
Para a precipitação de oxalato de cálcio, a substância a ser pre-cipitada é qualquer composto contendo cálcio, por exemplo, cloreto de cál-cio, carbonato de cálcio ou hidróxido de cálcio.
Para a precipitação de óxido de titânio, a substância a ser preci-pitada é, por exemplo, cloreto de titanila.
Para a precipitação de hidróxido de alumínio, a substância a serprecipitada é aluminato de sódio.
Para a precipitação de sulfato de bário, a substância a ser preci-pitada é um composto de bário, por exemplo, nitrato, sulfeto, hidróxido oucloreto de bário.
Para a precipitação de óxido de zinco, a substância a ser precipi-tada pode, por exemplo, ser nitrato de zinco, carbonato de zinco ou acetatode zinco.
Em uma modalidade preferível do método de revestimento departículas de celulose de acordo com a invenção, partículas de celulose pre-cipitadas através de pulverização de celulose dissolvida em solução diluídade ácido sulfúrico são contatadas com um material de dispersão de luz atra-vés da adição, gota a gota, de silicato de sódio diretamente a uma soluçãode regeneração contendo partículas de celulose na temperatura de 20 9Cenquanto se mistura, assim, precipitando a sílica sobre as referidas partícu-Ias de celulose.
No método para revestimento de partículas de celulose da in-venção, as referidas partículas de celulose podem também ser revestidasatravés de adsorção do material de dispersão de luz sobre as referidas par-tículas de celulose.
No método para revestimento de partículas de celulose da in-venção, as partículas de celulose podem ainda ser revestidas com o materialde dispersão de luz usando um método de revestimento em fase gasosa ourevestimento em fase gasosa modificado, por exemplo, epitaxia em camadaatômica. No revestimento em fase gasosa, o revestimento é formado comreações químicas através de contato do material a ser revestido com materi-ais de partida gasosos, permitindo a dissociação e/ou reação química dosmateriais de partida em fase gasosa, seguido pela formação de um revesti-mento sólido sobre o referido material a ser revestido. A reação pode, porexemplo, compreender pirólise, redução, oxidação, hidrólise ou síntese. Ha-letos, hidretos, carbonilas metálicas, compostos organometálicos e similarespodem ser usados como precursores. Para o revestimento com a técnica derevestimento em fase gasosa, o material de dispersão de luz é, de preferên-cia, óxido de zinco, óxido de silício ou dióxido de titânio, a produção do qual,através da técnica de revestimento em fase gasosa, é ilustrada pela equa-ção de reação (16):
TiCI4 + 202 TiO2 + 2CI2 (16)
Além disso, no método da invenção para revestimento de partí-culas de celulose, as referidas partículas de celulose podem ser revestidascom um material de dispersão de luz através de formação de camadas a-quosas das partículas de celulose e do material de dispersão de luz usandoo processo de revestimento giratório ou similar. As camadas podem ser de-positadas em qualquer ordem e o número das mesmas não é limitado. Umavez que as camadas são solidificadas, elas podem ser esmagadas ao tama-nho de grão desejado de acordo com a aplicação desejada.
Partículas de celulose revestidas da invenção compreendempartículas de celulose revestidas com um material de dispersão de luz. Omaterial que reveste as referidas partículas de celulose é selecionado dentremateriais de dispersão de luz. Materiais de dispersão de luz adequados in-cluem sílica, silicato, carbonato de cálcio precipitado (PCC), gesso, oxalatode cálcio, dióxido de titânio, hidróxido de alumínio, sulfato de bário, óxido dezinco e similares, além disso, as modificações e combinações dos mesmos.
O silicato usado para as partículas de celulose revestidas é se-lecionado do grupo consistindo em silicatos de metal, tais como silicatos demetal alcalino e alcalino-terroso, silicatos de alumínio de metal alcalino ealcalino-terroso e modificações dos mesmos, tais como sais misturados comsais e hidróxidos de metais álcalinos-terrosos e sais misturados e combina-ções dos referidos compostos. O silicato é, de preferência, um silicato decálcio, silicato de magnésio, silicato de alumínio de sódio, silicato de magné-sio de sódio, silicato de sódio ou silicato de alumínio, particularmente de pre-ferência silicato de alumínio de sódio.
De acordo com a invenção, diferentes combinações de materiaisde revestimento também podem ser usadas.
Partículas de celulose revestidas da invenção contêm o materialde revestimento em uma quantidade oscilando de 5 a 95%, de preferênciade 5 a 20% ou de 50 a 80% em peso das partículas de celulose revestidas.
A proporção do material de revestimento varia, particularmente de preferên-cia, entre 5 e 20% em peso das partículas de celulose revestidas em casosonde o descarte dos produtos compreendendo o referido composto é, dese-javelmente, obtido através de queima. Formação de cinzas é, assim, minimi-zada.
O tamanho das partículas de celulose revestidas oscila entre0,05 e 10 μιη, de preferência entre 0,2 e 2,0 μιτι. A espessura do revestimen-to está entre 1 nm e 5 μιτι.
Partículas de celulose revestidas da invenção podem ser usadascomo enchedores em papel e papelão. O tamanho de partícula das partícu-las de celulose revestidas a serem usadas como enchedores varia, de prefe-rência, de 1 a 2 μιη. As partículas de celulose revestidas da invenção sãoenchedores adequados para papéis finos e para papéis contendo polpa me-cânica, exemplos incluindo LWC1 ULWC1 MWC e SC.
As partículas de celulose revestidas da invenção também podemser usadas como um pigmento de revestimento para papéis contendo polpamecânica, tais como papéis para impressão LWC e, ainda, como um pig-mento de revestimento para papelões, por exemplo, papelão FBB. O tama-nho de partícula das partículas de celulose revestidas a serem usadas comopigmentos de revestimento varia, de preferência, de 0,2 a 1 μηη.
No processo da invenção para fabricação de papel ou papelão,as partículas de celulose revestidas são adicionadas à polpa durante produ-ção de papel ou papelão em um ponto adequado do sistema antes da seçãode prensa, de preferência na circulação curta e, particularmente de preferên-cia, na proximidade da caixa superior, tal como no lado de sucção da bombade mistura ou na proximidade da bomba de alimentação da caixa superior,em quantidades que resultam em teores de enchedor no papel ou papelão,isto é, a quantidade das partículas de celulose revestidas variando entre 1 e50% em peso, seguido pela produção do papel ou papelão de uma maneiraconvencional.
No processo da invenção para revestimento de papel, as partí-culas de celulose revestidas são aplicadas usando a suspensão acima comotal ou como uma mistura com aglutinantes conhecidos usados em pigmentosde revestimento, tal como com amido ou um látex, agentes de espessamen-to, por exemplo, carboximetil celulose ou outros aditivos, em quantidadesque resultam em teores das partículas de celulose revestidas na pasta derevestimento, tipicamente, variando de 80 a 95% em peso. Aplicação sobreuma trama de papel ou papelão pode ser realizada com qualquer processode revestimento conhecido.
As partículas de celulose revestidas da invenção têm várias van-tagens em comparação com enchedores e pigmentos de revestimento datécnica anterior. Propriedades críticas, particularmente as propriedades deresistência, por exemplo, a resistência à ligação e índice de resistência àtensão do papel e papelão, podem ser favoravelmente influenciadas pelaspartículas de celulose revestidas sem efeitos adversos significativos sobreas propriedades ópticas. Além disso, as gramaturas do papel e papelão po-dem ser diminuídas e o desgaste das máquinas reduzido usando as referi-das partículas de celulose revestidas.
Por meio dos métodos de produção e revestimento de papel epapelão utilizando as partículas de celulose revestidas da invenção, as pro-porções de materiais orgânicos renováveis em papéis e papelões podem seraumentadas e, assim, a utilização de papéis e papelões removida do siste-ma de reciclagem através de queima pode ser aperfeiçoada. Dentro da Uni-ão Européia, o descarte de materiais compostos em aterros será proibida nofuturo e, assim, queima será uma das alternativas mais importantes paradescarte de resíduos.
EXEMPLOS
EXEMPLO 1. PREPARO DE PARTÍCULAS DE CELULOSE
Uma diluição de 5% em peso foi preparada a partir de celulosedissolvida através do método de viscose, a referida diluição correspondendoa um teor de celulose de cerca de 0,45% em peso. 900 g dessa diluição foipulverizada em 1 litro de ácido sulfúrico a 1 M, a celulose assim se precipi-tando para proporcionar pequenas partículas. As referidas partículas de ce-lulose foram deixadas sedimentar e deixadas na solução de ácido sulfúricopara subseqüente revestimento com sílica.
EXEMPLO 2. REVESTIMENTO DAS PARTÍCULAS DE CELULOSE COMSÍLICA
As partículas de celulose preparadas no Exemplo 1 foram reves-tidas, através da adição gota a gota, de silicato de sódio a 334,4 g de umapasta contendo partículas de celulose (concentração de 0,43% em peso) a20 gC enquanto se misturava. A quantidade de silicato de sódio adicionadatotaliza 1,68 ml (1,095 g). Sílica foi precipitada sobre as partículas de celulo-se, assim, proporcionando partículas de celulose revestidas contendo até35% em peso de sílica. As partículas de celulose assim revestidas, úteiscomo enchedores em produção de papel e papelão, são mostradas na Figura 1.
EXEMPLO 3. REVESTIMENTO DE PARTÍCULAS DE CELULOSE COM SlLICATO
As partículas de celulose foram preparadas conforme descrito noExemplo 1, a maioria do ácido sulfúrico sendo filtrado. 36,6 g de solução desulfato de alumínio com uma concentração de 15% em peso, e 60,3 g desilicato de sódio com uma concentração de 21,2% em peso, foram simulta-neamente adicionadas durante 1,5 minuto a 1166,5 g de uma pasta conten-do partículas de celulose (a concentração sendo de 0,2% em peso), tendouma temperatura de 20,3 qC e um pH de 1,77, enquanto se misturava a pas-ta. O teor de silicato do composto assim obtido foi determinado como sendocerca de 4% em peso. As partículas de celulose assim revestidas, úteis co-mo enchedores e pigmentos de revestimento em produção de papel e pape-lão, são mostradas na Figura 2.
EXEMPLO 4. REVESTIMENTO DE PARTÍCULAS DE CELULOSE COM SILICATO
As partículas de celulose foram preparadas conforme descrito noExemplo 1, a maioria do ácido sulfúrico sendo filtrado. 89,2 g de solução desulfato de alumínio com uma concentração de 20% em peso e 180,9 g desilicato de sódio com uma concentração de 22,2% em peso foram simulta-neamente adicionadas durante 2 minutos a 1170 g de uma pasta contendopartículas de celulose (a concentração sendo de 0,2% em peso), tendo umatemperatura de 20,5 5C e um pH de 3,3, enquanto se misturava a pasta. Fi-nalmente, sulfato de alumínio foi adicionado para ajustar o pH final para umvalor de 7,5. O teor de silicato do composto assim obtido foi determinadocomo sendo de cerca de 70% em peso. As partículas de celulose assim re-vestidas, úteis como enchedores e pigmentos de revestimento em produçãode papel e papelão, são mostradas nas Figuras 3a e 3b.
EXEMPLO 5. USO DE PARTÍCULAS DE CELULOSE REVESTIDAS COMSÍLICA COMO UM ENCHEDOR EM PAPELFolhas foram feitas de polpa consistindo em 70% de polpa debétula alvejada e 30% de polpa de madeira macia alvejada, as folhas con-tendo partículas de celulose revestidas com sílica da invenção, preparadasde acordo com o Exemplo 3, como um enchedor. Folhas sem qualquer en-chedor e folhas contendo partículas de celulose não revestidas como o en-chedor serviram como controles, respectivamente. Folhas tendo gramaturasde 60 g/m2 foram feitas de acordo com a norma SCAN-C 26:76. Os teoresde enchedor eram cerca de 6% e 14% em peso. Os coeficientes de disper-são de luz, resistências à ligação como valores de Ligação de Scott e índi-ces de tensão para as folhas foram determinados com métodos de acordocom a SCAN-P 8:93, TAPPI T 569 e SCAN-P 67:93.
Para folhas contendo partículas de celulose revestidas comoenchedores, os coeficientes de dispersão de luz eram similares às folhasque serviam como controles, as resistências à ligação sendo, contudo, con-sideravelmente maiores, isto é, 1,5 vez maior aquela para folhas contendopartículas de celulose não revestidas como o enchedor e mais de 2 vezesmaior do que aquela para folhas sem enchedores.
EXEMPLO 6. USO DE PARTÍCULAS DE CELULOSE REVESTIDAS COMSILlCATO COMO UM ENCHEDOR EM PAPEL
Folhas foram feitas de polpa consistindo em 70% de polpa debétula alvejada e 30% de polpa de madeira macia alvejada, as folhas con-tendo partículas de celulose revestidas com sílica da invenção, preparadasde acordo com o Exemplo 4, como um enchedor. Folhas contendo partículasde celulose não revestidas como o enchedor e folhas sem qualquer enche-dor serviram como controles. Folhas tendo gramaturas de 60 g/m2 foram fei-tas de acordo com a norma SCAN-C 26:76. Os teores de enchedor eramcerca de 6% e 14% em peso. A brancura ISO e coeficientes de dispersão deluz das folhas foram determinados com métodos de acordo com a SCAN-P3:93 e SCAN-P 8:93.
O abrilhantemento ISO e os coeficientes de dispersão de luz dasfolhas são graficamente mostrados nas Figuras 4a e 4b, respectivamente.Conforme pode ser observado a partir das figuras 4a e 4b, propriedades óp-ticas claramente melhores são obtidas com as partículas de celulose reves-tidas da invenção do que com as partículas de celulose não revestidas.
Claims (10)
1. Método para revestimento de partículas de celulose caracteri-zado pelo fato de as partículas de celulose produzidas através de regenera-ção de celulose dissolvida serem revestidas com um material de dispersãode luz selecionado do grupo consistindo em sílica, silicato, PCC, gesso, oxa-Iato de cálcio, dióxido de titânio, hidróxido de alumínio, sulfato de bário, oxi-do de zinco, modificações ou combinações dos mesmos através de precipi-tação do referido material de dispersão de luz sobre as referidas partículasde celulose.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de o tamanho das referidas partículas de celulose oscilar de 0,05 a 10 μιτ).
3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de o referido material de dispersão de luz ser sílica.
4. Partículas de celulose revestidas caracterizadas pelo fato deas referidas partículas compreenderem partículas de celulose produzidasatravés de regeneração de celulose dissolvida revestida com um celuloseselecionado do grupo consistindo em sílica, silicato, PCC, gesso, oxalato decálcio, dióxido de titânio, hidróxido de alumínio, sulfato de bário, óxido dezinco, modificações ou combinações dos mesmos.
5. Partículas de celulose revestidas de acordo com a reivindica-ção 4, caracterizadas pelo fato de as referidas partículas conterem de 5 a95%, de preferência de 5 a 20% ou de 50 a 80% em peso do material dedispersão de luz.
6. Partículas de celulose revestidas de acordo com a reivindica-ção 4 ou 5, caracterizadas pelo fato de o tamanho das partículas de celuloserevestidas oscilar de 0,05 a 10 μητι, de preferência de 0,2 a 2,0 μπι.
7. Uso das partículas de celulose revestidas como definido emqualquer uma das reivindicações 4-6 como um enchedor de papel ou papelão.
8. Uso das partículas de celulose revestidas como definido emqualquer uma das reivindicações 4-6 como um pigmento de revestimento depapel ou papelão.
9. Método para produção de papel ou papelão caracterizado pe-lo fato de partículas de celulose revestidas como definido em qualquer umadas reivindicações 4-6 serem adicionadas à polpa, seguido pela produção dopapel de uma maneira convencional.
10. Método para revestimento de papel ou papelão caracterizadopelo fato de partículas de celulose revestidas de acordo com qualquer umadas reivindicações 4-6 serem aplicadas como uma suspensão ou como umamistura com os adjuvantes de revestimento sobre uma trama de papel oupapelão usando métodos conhecidos.
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Legal Events
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| B11A | Dismissal acc. art.33 of ipl - examination not requested within 36 months of filing | ||
| B11Y | Definitive dismissal - extension of time limit for request of examination expired [chapter 11.1.1 patent gazette] |