PT106170A - Processo de fixação de cargas de carbonato de cálcio em papéis leves crepados (tissu) sem impacto negativo nas características do papel - Google Patents

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO RESPEITA A UM NOVO PROCESSO DE FIXAÇÃO DE CARGAS NÃO CELULÓSICAS (FILLER) EM PAPEL TISSU (PAPEL CREPADO) COM GRAMAGEM ENTRE 14 E 50 G/M², QUER SEJA PARA PAPÉIS FABRICADOS COM SOLUÇÃO FIBROSA CELULÓSICA DE FIBRA VIRGEM QUER SEJA PARA PAPÉIS FABRICADOS COM SOLUÇÃO FIBROSA CELULÓSICA DE FIBRA RECICLADA (FABRICADA A PARTIR DE PAPÉIS RECICLADOS) E O PROCESSO CONSISTE ESSENCIALMENTE EM SE INTRODUZIR NA SOLUÇÃO FIBROSA CELULÓSICA UMA CARGA NÃO CELULÓSICA (FILLER) DE CARBONATO DE CÁLCIO (CACO3) OU OUTRA, E SE APLICAREM, EM SEQUÊNCIA, DOIS AGENTES QUÍMICOS, PRIMEIRO UMA MICROPARTÍCULA ANTES DO DEPURADOR PRESSURIZADO DA MÁQUINA DE PAPEL E ANTES DO POLÍMERO E DEPOIS O POLÍMERO NA SOLUÇÃO FIBROSA NUM PONTO DE INJECÇÃO APÓS O DEPURADOR PRESSURIZADO.

Description

DESCRIÇÃO

PROCESSO DE FIXAÇÃO DE CARGAS DE CARBONATO DE CÁLCIO EM PAPÉIS LEVES CREPADOS (TISSU) SEM IMPACTO NEGATIVO NAS CARACTERÍSTICAS DO PAPEL

I) CONTEXTO E PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER A presente invenção respeita a um novo processo de fixação de cargas de carbonato de cálcio em papel leve crepado (tissu) com gramagem entre 14 e 50 g/m2 quer seja para papéis fabricados com solução fibrosa celulósica de fibra virgem quer seja para papéis fabricados com solução fibrosa celulósica de fibra reciclada (fabricada a partir de papéis reciclados). Quanto mais baixa a gramagem mais difícil é conseguir a retenção. Os resultados foram validados em papéis entre 16 e 19 g/m2. A presente invenção tem por objectivo conseguir a fixação (retenção) na folha de papéis de baixa gramagem (papéis leves crepados tissu de 14 até 50 g/m2) de cargas de carbonato de cálcio, de forma a: > Diminuir de forma importante o custo de produção do papel leve crepado (tissu) pela substituição da pasta celulósica virgem ou da pasta de fibra reciclada, por carga de carbonato de cálcio mais barata que a matéria prima celulósica, sem prejuízo das características do papel ou do equipamento de produção de papel e mantendo estáveis os factores necessários ao bom funcionamento do processo. Associado a esse contexto, a invenção permite maximizar a retenção de sólidos, incluindo fibra celulósica, na folha, e minimizar os sólidos na água, o que aumenta a retenção total de matéria na folha de papel. > Obter melhoria nas características do papel, como a macieza e brancura, através da introdução do carbonato de cálcio. Há vários anos que a indústria de papel de impressão e escrita utiliza material de baixo custo relativo - primeiro o caolino e posteriormente o carbonato - para substituir a matéria-prima pasta virgem, muito mais cara, com o objectivo não só de redução de custos como de obtenção de 1 determinadas características importantes para o papel de impressão e escrita. Actualmente a incorporação de cargas de carbonato de cálcio anda na ordem de 25% do peso da folha de papel, nessa indústria. A indústria de papel leve crepado (tissu) também vem experimentando com utilização de cargas de carbonato de cálcio. Também tem havido testes e utilização corrente em algumas fábricas de amido, mas esse agente não substitui a fibra celulósica virgem, apesar de poder em certas circunstâncias melhorar o custo da energia necessária à produção do papel.

Quanto à introdução de cargas, nos últimos anos tem havido crescente pressão para conseguir um método fiável. De Junho 2009 a Junho 2010, com o aumento desmesurado do preço da pasta virgem (Figura 1) que corresponde a cerca de 75% do custo variável do papel leve crepado (tissu), e da consequente quebra devastadora da margem essas experiências foram acentuando-se. Nota-se que o Preço PIX da Figura 1 refere-se ao preço publicada todas as terças-feiras às 12:00 de Greenwich, pela empresa FOEX Indexes Ltd, empresa independente especializada na pesquisa e publicação de preços e indices de pasta, papel, papéis recuperados e biomassa de origem vegetal, que servem de base para os contratos dessas matérias primas, incluindo pasta de fibra longa (NBSK ou softwood) e de fibra curta (BHKP ou hardwood) denominados em dólares norte-americanos ou em euros.

Actualmente, com o aumento desde o inicio de 2011 do preço da pasta, as experiências em produtores de papel leve crepado (tissu) têm-se acelerado.

Os testes quanto à substituição da fibra celulósica por carga de carbonato de cálcio muitas vezes esbarram numa deficiente fixação na folha ou na perda de qualidade do papel, incluindo a resistência, fundamental para que se possa transformar de forma eficiente o papel. O papel tissu apresenta caracteristicas que tornam difícil a fixação das cargas na folha, incluindo: • Baixa gramagem, tipicamente de 15 a 25 g/m2. Apesar de existir papel leve crepado (tissu) de até 50 g/m2, é nas gramagens mais baixas que a dificuldade de retenção se encontra maior • Crepagem do papel • Formação do papel em máquinas de papel com mesa de formação côncava, em "C", referidas como do tipo crescent former, e que desde a década dos anos ' 90 tem sido as mais utilizadas nas fábricas de papel tissu 2 • Características físicas do papel (resistência, alongamento etc.) A dificuldade na fixação das cargas na folha resulta na perda destas na fase de drenagem durante o processo de fabrico do papel, resultando na perda das cargas nas águas, ao invés da sua fixação na folha do papel seco.

II. ESTADO DA TÉCNICA

Descrevem-se abaixo algumas tentativas conhecidas de substituição de fibra celulósica por carga de carbonato de cálcio:

Patente n° KR20000005241 > Utilização de carga de carbonato de cálcio (o caolino), juntamente com um amido, também em dispersão aquosa; > Introdução da solução aquosa da carga em conjunto com o amido, na solução fibrosa de fabrico de papel; > Introdução na mesma solução fibrosa, após a Bomba de Mistura da máquina de papel, de um agente químico de retenção catiónico (floculante); > Continuação do processo de fabrico normal do papel tissu. > A patente não parece ter como objectivo a fixação de carbonato na folha de papel, nem o benefício económico, referindo apenas factores de qualidade do papel tissu que possam vir da utilização do carbonato junto com o amido, sem aparentemente indicar se é resultado da invenção ou não.

Patente n° KR20000005242 > Utilização de carga de carbonato de cálcio, que poderá ser de vários materiais, inclusive caolino, carbonato, sílica de alumínio, sulfato de cálcio, amido e outros, em dispersão aquosa, juntamente com um agente químico polímero polielectrólito aniónico, em dispersão aquosa. É referido a utilização de caolino; > Introdução da solução aquosa da carga em conjunto com o polímero, na solução fibrosa de fabrico de papel; 3 > Introdução na mesma solução fibrosa, após a Bomba de Mistura da máquina de papel, de um agente químico de retenção catiónico ou aniónico; > Continuação do processo de fabrico normal do papel leve crepado (tissu). > A patente não parece indicar ter havido retenção satisfatória, nem benefício económico, referindo apenas potenciais factores de qualidade do papel tissu, sem aparentemente indicar se é resultado da invenção ou não. Refere o benefício ambiental em reduzir o consumo de produtos de origem florestal.

Outras tentativas de fixação na folha de papel leve crepado (tissu) 1. Carga de carbonato de cálcio + agente de retenção introduzidos em conjunto > Utilização de carga de carbonato de cálcio já com um agente químico de fixação misturado na própria solução da carga; > Introdução da carga assim composta na solução fibrosa celulósica; > Continuação do processo de fabrico normal do papel tissu; ^ Conseguiu-se uma retenção de 50% do carbonato introduzido, e pouco ou nada no papel seco, sendo que o resto ficou nas águas brancas, o que não foi considerado economicamente viável. 2. Introdução de carbonato com introdução posterior de agente de retenção > Utilização de carga de carbonato de cálcio, tipicamente o carbonato, em dispersão aquosa; > Introdução da solução aquosa da carga na solução fibrosa de fabrico de papel; > Introdução na mesma solução fibrosa, após a Bomba de Mistura da máquina de papel, de um agente químico de retenção catiónico ou aniónico; > Os resultados em termos de retenção do carbonato introduzido não são conhecidos, mas pela falta de publicidade, e pelos rumores na indústria, a fixação não terá sido satisfatória, nem houve resultados económicos positivos. 4

III. RESULTADO INDUSTRIAL DA INVENÇÃO DA FAPAJAL

Em Maio de 2011 a Fapajal - Fábrica de Papel do Tojal S.A. ("Fapajal") fez um teste industrial de curta duração onde se conseguiu fixar na folha de papel seco entre 4% e 6% de um carbonato de cálcio.

Posteriormente fez-se um teste industrial mais longo com o fabrico de papéis de fibra virgem, entre 23 e 30 de Novembro de 2011, em laboração continua. A fixação na folha foi comprovada. Posteriormente foi também comprovado a fixação de carga adicional de carbonato de cálcio à solução fibrosa de papéis de fibra reciclada. 0 processo de fixação da carga de carbonato de cálcio funciona em vários tipos de papel de baixa gramagem e crepados (papéis tissu), tanto papéis produzidos a partir de fibra virgem como papéis produzidos a partir de fibra reciclada. A Fapajal fixa a carga de carbonato de cálcio em tipos de papel fabricados de fibra de pasta virgem e de fibra reciclada. Nota-se que a solução fibrosa reciclada já apresenta carbonato, pelo que o interesse está na fixação de carbonato fresco adicional.

Os testes de validação incidiram sobre papéis fabricados a partir de fibra virgem. Posteriormente, a Fapajal também conseguiu utilizar carga de carbonato nos fabricos de papéis de fibra reciclada, com excelente fixação na folha.

IV. DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Fixação da Carga de Carbonato de Cálcio na Folha de Papel Leve Crepado (Tissu) A fixaçao da carga de carbonato de cálcio na folha de papel tissu é consequência de uma combinação de: > Local de introdução da carga de carbonato de cálcio na massa de papel > Tipo de agentes químicos adicionados, incluindo dois agentes para retenção e drenagem, para obter uma retenção da carga de carbonato de cálcio na folha de papel seca, de forma a que a carga não se perca na água retirada na formação da folha. > Local de adição dos agentes químicos > Sequência de adição dos agentes químicos. 5 A Fapajal apresenta um processo de fabrico típico da indústria de papel leve crepado (tissu) representado esquematicamente na Figura 2.

Preparaçao da Pasta a partir de Pasta Virgem

No caso de papel de pasta virgem, a pasta recebida das fábricas de celulose em fardos quer de fibra curta (hardwood) quer de fibra longa (softwood) é colocada nos tapetes transportadores com uma mistura pretendida para cada tipo de papel e é desintegrada no equipamento que desintegra pasta (denominado "pulper") com o objectivo de individualizar as fibras de celulose e predispô-la para a produção de papel. Este processo é feito com uma diluição de água proveniente da máquina de papel a uma consistência de 5-6%. 0 tempo de desintegração ronda os 20 minutos, tempo suficiente para a individualização das fibras de celulose.

Esta solução aquosa de fibra é armazenada num tanque de armazenagem e estocagem.

Do ponto de vista dessa invenção, não há restrição no tipo de pasta virgem utilizada, podendo ser ou com base em fibra curta ou com base em fibra longa.

Do tanque de stock a pasta é bombada e passa por um processo de depuração (limpeza) ciclónica de alta consistência (5-6%) com o objectivo de eliminar impurezas através da diferença de densidades entre as fibras e os contaminantes.

De seguida a fibra de celulose passa por um processo mecânico de desf ibrilação com o nome de refinação. Este processo consiste na passagem da pasta por um sistema de discos preparados para o efeito em que a fibra deixa de ter um aspecto linear e passa a ter um aspecto ramificado, tendo como principal objectivo a criação de pontos de ligação entre fibras de forma a dar propriedades mecânicas ao papel final, estas características mecânicas são a resistência á tracção mecânica cujos valores são mensuráveis e pré especificados para cada tipo de papel.

No processo de refinação a solução aquosa de fibras de celulose é sujeita a uma regulação de consistência que ronda os 4,5% de forma a obter um grau de refinação constante.

Após o processo de refinação a pasta é de novo armazenada num tanque que serve de stock ao processo produtivo. 6

Os rejeitados retirados no processo de limpeza são encaminhados para a Estação de Tratamento de Águas Residuais Industriais ("ETARI").

Preparaçao da Pasta a partir de Papéis Velhos 0 papel reciclado é fabricado a partir de fibras secundárias, isto é, do aproveitamento de papel velho recuperando as fibras de celulose e eliminando uma grande percentagem dos contaminantes existentes.

De seguida faz-se a descrição pormenorizada do processo de preparação de pasta para papel reciclado. > A desintegração de fardos de papéis velhos é feita com água num equipamento desintegrador de fibra ("pulper"), próprio para o efeito, com caracteristicas diferentes do que o desintegrador da pasta virgem. Este processo faz-se a uma concentração de 14% sendo por isso chamada desintegração de alta consistência. > Com a presença normal de um elevado número de contaminantes tais como plásticos, agrafos, metais etc., a pasta depois de desintegrada e com as fibras individualizadas é sujeita a um processo de crivagem onde são retirados todos os contaminantes de dimensão maior que 3mm e posterior armazenagem intermédia. > A seguir a pasta de fibra reciclada passa por um processo de depuração (limpeza) ciclónico para separação de contaminantes através da diferença de densidades tais como areias e metais de pequenas dimensões; neste processo a pasta tem 4-5% de consistência. > A seguir a pasta reciclada passa por um processo de depuração de crivagem de pequenas dimensões > 0,2mm. > Nesta fase a pasta de fibra reciclada já isenta de contaminantes sólidos, carece de uma limpeza de contaminantes coloidais tais como carbonatos secundários e tintas. Para tal a pasta é sujeita a um processo de depuração (limpeza) por flotação com a ajuda de químicos tensioactivos introduzidos no desintegrador. As partículas coloidais são arrastadas para a superfície através das bolhas de ar e extraídas com a ajuda de aspiradores de espuma. A pasta nesta fase é diluída a 1%. > À mesma concentração de 1%, a pasta é sujeita a um processo de depuração ciclónica de baixa consistência de forma a eliminar através de diferença de densidades partículas de pequenas dimensões mas com um peso mais elevado do que as fibras. 7 ^ A pasta agora isenta de contaminantes é sujeita a um processo de lavagem que consiste no espessamento da pasta, ou seja através de um processo de drenagem em equipamentos próprios para o efeito passa de uma consistência de 1% para 14%. > A pasta é armazenada e sofre um processo de refinação já descrito no processo de fibra virgem. > Os rejeitados e sujidades decorrentes do processo são tratados pela ETARI referida acima.

Nota-se que a massa de fibra reciclada poderá não passar por todos os componentes de filtragem indicados acima, dependendo do grau de brancura e da qualidade desejada do papel produzido.

Tipicamente a massa fibrosa reciclada, à chegada na máquina de papel, terá uma concentração de 3% fibra reciclada para 97% água. Como os papéis velhos, matéria prima para a fibra reciclada, já incluem mais de 20% de carga de carbonato de cálcio, a massa fibrosa reciclada já incorpora 3% a 5% de cargas. Máquina de Papel

Após o processo de preparação de pasta de fibra virgem ou de fibra reciclada, a pasta de celulose ou de fibra reciclada está preparada para o fabrico de papel propriamente dita. A Figura 3 mostra um desenho esquemático da máquina de papel leve crepado (tissu) n° 3 da Fapajal, com as principais componentes, que são comuns às máquinas de papel tissu em geral. Nessa figura: > O "tinão de máquina" é um tanque de armazenamento de pasta celulósica de pasta virgem ou reciclada (mistura de água com a fibra que vem da área de preparação da pasta), localizada junto e antes da máquina de papel. > A "caixa de nivel" é um tanque relativamente pequeno colocado a uma certa altura, onde é mantido o nivel de pasta constante, para que não haja oscilação de pressão e consequente oscilação de gramagem da folha de papel. Dessa caixa de nivel a pasta desce por gravidade até a bomba de mistura e a quantidade é regulada pela válvula de gramagem. > A "bomba de mistura" ou "fan pump" é uma bomba, colocada num nivel inferior à máquina de papel, que recircula água do tanque de águas brancas n° 1 e a caixa de entrada, e faz a homogeneização da pasta, de 8 modo que a concentração de fibra para água seja de 0,02%. > O "depurador pressurizado" é um crivo que fica entre a bomba de mistura e a caixa de entrada da máquina de papel, através do qual passa a pasta, e que retira qualquer impureza que possa estar na mistura de fibra com água. Esses rejeitados são encaminhados para o "tanque de águas brancas n° 2". > A "caixa de entrada" é o local onde a pasta chega a partir do depurador pressurizado para ser colocada no "formador da folha". Pela sua configuração, faz uma distribuição homogénea da pasta pelo formador da folha através de um jacto a uma determinada velocidade que, oscilando à velocidade do formador, dá um determinado alinhamento à fibra. > O "formador da folha" recebe a solução aquosa de pasta e faz a drenagem de uma grande quantidade de água, dando origem a um aglomerado de fibras cruzadas entre si, a que se dá o nome de folha de papel. A água drenada da fibra vai para o "tanque de águas brancas n° 1". > A "prensa de extracção" é uma prensa aspirante que através do vácuo vai fazer com que a água ainda contida nela seja aspirada até que fique apenas 75 a 80% de água. A água aspirada vai para o "tanque de águas brancas n° 2". > O "cilindro secador", também chamado de "cilindro Yankee" é um grande cilindro onde acontece a secagem da folha de papel. O cilindro secador é aquecido por vapor no seu interior. Em máquinas rápidas o cilindro secador é, ainda, coberto, na parte de cima, por uma caixa secadora, que recircula ar aquecido através de um queimador a gás através de ventilação. A folha formada e prensada adere ao cilindro secador através de um processo físico-químico, e por evaporação a folha de papel sai com um teor de humidade de 5 a 6%. > A "enroladeira" consiste num equipamento que enrola a folha de papel até formar um grande rolo de papel já terminado (e seco a 5% ou 6%) com o diâmetro que se pretende. > O "tanque de águas brancas n° 1" recebe águas do formador da folha e a maioria desse grande volume de água recircula para a bomba de mistura ou fan pump. > O "tanque de águas brancas n° 2" recebe água da prensa de extracção ou aspirante, dos chuveiros de limpeza do 9 formador da folha e os rejeitados do depurador pressurizado. > As águas excedentes do tanque de águas brancas n° 1 vão para o tanque de águas brancas n° 2, para posterior tratamento no recuperador de fibras. > 0 "recuperador de fibra" faz parte do tratamento de águas e é um equipamento que recebe água excedente do tanque de águas brancas n° 2 e através de um processo de fisico-quimico com flotação separa de um lado a água, e do outro a fibra mais carga perdida no processo de formação e de drenagem da folha de papel. A fibra junto com a carga volta ao processo, sendo reintroduzida no tinão de máquina. A água limpa volta à máquina onde é utilizada na limpeza de equipamentos. > A "bobinadora" não faz, propriamente, parte da máquina de papel, mas é raríssimo a máquina de papel que não tem, no seu final, uma bobinadora, para que o papel tissu possa ser formatado, nas medidas necessárias para posterior corte e dobragem, de forma a ser transformado em produto de consumo.

Introdução da Carga de Carbonato de Cálcio A matéria-prima da carga de carbonato de cálcio poderá ser caolino, carbonato, dióxido de carbono, talco, silicato de alumínio, silicato de cálcio, carbono activado, sulfato de cálcio e outros. Pelo baixo custo e pelas propriedades, o carbonato de cálcio natural (do tipo GCC) e o carbonato de cálcio precipitado (do tipo PCC) será a matéria-prima preferida.

Na presente invenção foi utilizada uma carga de carbonato de cálcio, consistindo numa solução viscosa aquosa de carbonato de cálcio CaC03. 0 carbonato poderá ser fornecido por vários fornecedores - o que utilizamos foi vendido pela Omya AG - e apresentava uma densidade de 1,8 e uma concentração de CaC03 de 72%, normal para o manuseio do produto na indústria de papel de impressão e escrita. A solução aquosa viscosa de carbonato com água mantém-se em depósito de aço inoxidável com dimensões consoante a produção de papel. A solução é mantida em estado consumivel através de um agitador na parte do fundo do depósito, para que a solução não sedimente no fundo do depósito. 0 carbonato de cálcio, na forma aquosa já descrita, é injectado ou na aspiração da Bomba de Mistura (Opção I no 10 desenho da Figura 3) ou dentro da Caixa de Nível (Opção II no desenho da Figura 3), para que haja uma boa distribuição deste pela folha. 0 caudal da solução de carbonato de cálcio é medido através de caudalímetro, e a quantidade bombada varia de acordo com a quantidade de carbonato, em percentagem, que se pretende na folha de papel seco. 0 cálculo é feito de acordo com as seguintes fórmulas: P(Kg/h) V(mlmin) *G(g/m2)*L(m)*60 1000 P- Produção de Máquina V- Velocidade de máquina G- Gramagem do papel L- Largura de máquina (kg/h)- Quilograma por hora (m/min)- Metros por minuto (g/m2)- gramas por metro quadrado (m)- Metros

D P(Kg/h)*%[CaC03] d*C[CaC03] J (SoluçãoComercial) D- Dosagem (Caudal) P- Produção de Máquina %- Percentagem de cargas que se pretende incorporar no papel d- Densidade da solução de CaCC>3 comercial (d=l,8) C- Concentração de Cálcio na solução de comercial (C=0,72) CaC03 - Carbonato de cálcio A carga de carbonato de cálcio poderá ser introduzida em várias concentrações/ton de papel seco. A invenção aplica-se a incorporações de entre 2% e 10% do peso da folha de papel de fibra virgem, no caso de papéis de gramagem entre 15 g/m2 e 25 g/m2.

Papel Reciclado aplicada da mesma forma, da Bomba de Mistura ou caso do papel de fibra A solução de carbonato de CaC03 é e no mesmo local (na aspiração dentro da Caixa de Nível) que no virgem. 11

No caso dos papéis reciclados, com peso entre 15 e 50 gramas por m2, a invenção aplica-se também a incorporações de 2% até 10% de carbonato fresco adicional às cargas que já vêm na solução fibrosa.

Agentes Químicos de Fixação/Retenção

Quer no caso do papel de pasta virgem, quer no caso do papel de fibra reciclada, a fixação/retenção da carga de carbonato de cálcio faz-se através da adição à solução fibrosa, já com a carga de carbonato de cálcio incorporada a essa solução, de dois agentes químicos: > Micropartícuia à base de sílica. Poderá haver outras micropartícuias adequadas para o efeito, quer com base em sílica quer outros coagulantes. No caso concreto foi utilizado o produto em solução aquosa com denominação comercial Ultrapositek® 8693 O produto é aplicado à solução fibrosa já incluindo a carga de carbonato de cálcio, através de doseador automático, com uma dosagem de 1,5 a 5 kg por ton de papel seco produzido, sendo que 2 a 3,5 kg por ton de papel seco é adequado para fabricos típicos de papel tissu.

Este produto é aplicado tal qual, sem diluição. > Polímero de cadeia modificada poliacrilamida (polielectrolito) catiónica. Poderão ser utilizado outros polímeros poliacrilamida catiónicos (floculantes). No caso concreto do teste de validação da invenção foi utilizado o produto com denominação comercial Core Shell® N74553.

Esse produto é aplicado na proporção de 300 a 700g de produto químico por ton de papel seco produzido. No caso concreto do teste de validação da invenção foi aplicado o produto na proporção de 500 a 600g de produto químico por ton de papel produzido, dependendo do tipo de papel. O produto químico é preparado numa primeira diluição de 0,3 a 0,5%, onde se faz a preparação do produto estendendo a sua cadeia molecular. O produto assim preparado poderá ser introduzido tal qual, mas consegue-se melhor homogeneização se for aplicado numa segunda diluição aquosa de entre 10 a 40% do produto preparado na primeira diluição. 12

Local de Introdução e Sequência de Introdução dos Agentes Químicos

Parte importante da invenção diz respeito ao local de introdução de cada agente químico, e consequentemente à sequência da introdução no processo de fabrico. A carga de carbonato de cálcio é introduzida na solução fibrosa celulósica na aspiração (antes) da Bomba de Mistura da máquina de papel, ou dentro da Caixa de Nível.

Os agentes químicos são introduzidos após a introdução da carga de carbonato de cálcio na solução fibrosa. ^ 0 ponto de aplicação da micropartícula à base de sílica é depois da Bomba de Mistura e antes do Depurador Pressurizado, portanto, após a introdução da carga celulósica e antes do polímero. ^ 0 ponto de injecção do polímero é após o Depurador Pressurizado, ou seja, após a introdução da carga celulósica e da micropartícula. A introdução das duas partículas nos locais indicados conduz à fixação na folha do carbonato de cálcio e constitui parte importante da invenção e do procedimento de fixação da carga de carbonato de cálcio à folha de papel. A micropartícula, ou outra com outro princípio activo, que poderá ou não ser diluída, deve ser introduzida antes do polímero para maximizar a retenção da carga de carbonato de cálcio na folha de papel, e minimizar sua perda na água eliminada do processo na fase de secagem. A Figura 3 já referida indica não somente a localização da introdução da carga com carbonato de cálcio como a indicação dos pontos, e da sequência, de aplicação dos agentes químicos.

Foi comprovado em fabrico industrial a estabilidade das características dos equipamentos e do papel fabricado com incorporação até 6% no caso do papel de pasta virgem, e de até 6% de carbonato, adicional ao que já vem na solução fibrosa reciclada, no caso do papeis de fibra reciclada. A perda do carbonato é minimizado pelo processo de recuperação de fibras junto com a carga, maximizando a rendimento da aplicação do carbonato.

V. VALIDAÇAO DA INVENÇÃO

Houve testes efectuados à água e ao papel ao longo do período de teste industrial da invenção, entre 23 e 30 de Novembro de 2011. 13

Os testes foram efectuados com papel produzido na Máquina de Papel 3 ("MP3") e foram acompanhados por técnicos de outra empresa, independentes, não funcionários da Fapajal.

Os testes de validação incidiram sobre papéis de fabrico a partir de fibra virgem, uma vez que o resultado económico é muito mais alto nesses tipos de fabrico, dado o preço significativamente mais alto da matéria-prima pasta virgem do que da matéria-prima papéis velhos.

Os testes foram efectuados em 6 fabricos indicados na Figura 4: ^ Papéis de Resistência ao Húmido (identificados por "RHN", que é uma referência interna da Fapajal), destinados à fabricação de rolos e toalhas seca-mãos, e de rolos de cozinha. Esses papéis levam resina para torná-los resistentes à humidade, e assim não se desfazerem quando ficam húmidos. > Papel para uso sanitário, ou seja, rolos de papel higiénico (identificados por "CRHN", que é uma referência interna à Fapajal). Esses papéis têm que se desfazer na água para não bloquearem tubagens domésticas, e por isso não levam resina. A Figura 4 indica a data do fabrico, o tipo de papel fabricado, a Ordem de Fabrico, que é um número interno da Fapajal que identifica cada fabrico, a percentagem de carga de carbonato adicionado, e a percentagem de diferentes tipos de matéria prima pasta virgem que cada fabrico levou: pasta de fibra longa (originária de pinho e outras espécies do tipo softwood) , pasta de fibra mista (originária de acácia, choupo, bétula e outras espécies, tanto de fibra longa softwood como de fibra curta hardwood) e fibra curta fabricada a partir de eucalipto e outras espécies do tipo hardwood.

Houve testes feitos ao papel e às águas, no sentido de medir: a) a fixação na folha do carbonato de cálcio b) a retenção das cargas do carbonato nas águas do processo, que devem ser o mínimo possível c) a qualidade do papel tissu produzido com a adição da carga de carbonato d) as mudanças e a estabilidade do processo que possam ter sido consequência da adição de carga de carbonato de cálcio. 14 a) Fixação do Carbonato de Cálcio na Folha de Papel

Para cada ordem de fabrico existe uma folha de testes regularmente feitos ao papel para indicar as suas caracteristicas físicas e mecânicas, junto à máquina de papel e/ou no laboratório da empresa. Além desses, foram feitos testes adicionais para determinar a retenção das cargas no papel - por incineração e titulação. 0 resumo dos testes está na Figura 5 (a) e (b). A determinação das cargas é de primordial importância na determinação da fixação da carga de carbonato de cálcio na folha. 0 laboratório da Fapajal utiliza o método da incineração, baseado na Norma ISO 2147, para determinar as cargas no papel.

Normalmente as cargas (poeiras, etc.) no papel de pasta virgem rondam os 0,3-0,5% do papel seco.

Os testes indicam que a carga dos papéis que sofreram adição de carbonato de cálcio variou entre 2,5% e 5,1% com uma média de 3,8% nos seis fabricos (ver Figura 5 (b) ) . A diferença para os valores normais é devido à carga de carbonato.

Os técnicos que acompanharam a Fapajal durante o período mediram, pelo método da titulação, cargas de carbonato de cálcio na folha de papel seco de até 8,1%, dependendo da data e hora em que fizeram o teste. A maioria das observações desses técnicos, facultadas à Fapajal, ronda os 3,6% a 5,2%. b) Retenção total A retenção de partículas e fibra na folha de papel seco é calculada através da seguinte fórmula:

Retenção = (Consistência % da Caixa de Chegada Consistência % da água da Cova da Máquina) / Consistência % da Caixa de Chegada X 100.

Assim, calcula-se a retenção pela diferença do que existe na massa que entra na caixa de chegada da máquina de papel e o que fica nas águas da cova. Tipicamente, o resultado das análises efectuadas durante o fabrico numa boa máquina de papel tissu indica valores de retenção total numa ordem de 70 a 75%, sendo que os valores de retenção de fibra estarão ligeiramente abaixo. A Figura 6 (a) e (b) indica os resultados dos testes de controle do fabrico habitualmente feitos às águas ao longo do processo nas máquinas de papel leve crepado (tissu), 15 pelos técnicos do laboratório da Fapajal. A figura mostra o padrão objectivo para cada caracteristica, assim como a média do período 1 a 22 de Novembro (antes do teste industrial) e a média durante o período de teste de 23 a 30 de Novembro. (Onde não há padrão indicado, os valores são meros cálculos feitos, sem objectivo particular).

As datas em que foi realizado o teste industrial de fixação da carga de carbonato de cálcio estão enfatizadas, para facilitar a comparação entre os períodos antes e depois da introdução de cargas de carbonato de cálcio. A referida Figura 6 (a) indica que no período do teste industrial a média do valor da retenção que ficou na folha de papel foi significativamente superior à média do período anterior. Essa conclusão indicia que a adição dos dois agentes de retenção melhorou a retenção até da fibra, o que tem como consequência secundária, mas importante, melhorar a qualidade da água do processo e minorar o desperdício. A determinação da retenção na Figura 6 (a) foi confirmada pelos técnicos de outra empresa que acompanharam o processo, num relatório que foi elaborado após o teste industrial, e onde observam ter havido retenção total de, em média, cerca de 80%, chegando a 85%. c) Qualidade do Papel A conclusão dos testes de validação à invenção, e a ausência de reclamações de clientes que receberam o papel em teste "cego" valida a nossa afirmação de que a qualidade do papel não é afectada pela fixação da carga de carbonato de cálcio na folha de papel. Em dois aspectos - brancura e macieza parece haver mesmo melhoria.

Brancura. A Figura 5 (b) indica uma subida neste parâmetro, uma vez que estavam regularmente acima dos padrões normais para cada tipo de papel. Este aspecto, se vier a ser confirmado por novos testes, é explicado pela brancura do carbonato ser superior à brancura da fibra.

Resistência. Essa caracteristica é das mais importantes para os papéis tissu, uma vez que influenciam a rapidez e eficiência das máquinas de transformação de papel em produto final que podem ser utilizadas. O referido Figura 5 (a) indica a resistência em seco e em húmido objectiva por ordem de fabrico e a conseguida. Inferimos da figura que não houve quebra significativa de resistência nos papéis produzidos com carga de carbonato de cálcio.

Uma alternativa poderia ser o aumento da resistência da massa celulósica através de uma maior refinação, o que 16 aumentaria o custo de produção. É importante notar que não houve aumento da necessidade de refinação da massa celulósica, além do normal, durante o teste industrial.

Crepe. Não houve mudança no alongamento garantido dos fabricos.

Espessura. Essa caracteristica também não foi prejudicada pela introdução da carga de carbonato de cálcio, tendo-se obtido valores próximos dos objectivos, durante o teste industrial.

Maciez. Essa caracteristica, de origem qualitativa, é de difícil medição. No entanto, num teste qualitativo "cego", os interventores não conhecedores de papel optaram pelo papel com carbonato de cálcio mais vezes do que pelo papel sem essa carga, quando indagados sobre qual a folha mais macia. d) Estabilidade do Processo

Os testes descritos abaixo validam a nossa afirmação de que a fixação na folha de papel leve crepado (tissu) não afecta a estabilidade do processo de fabrico dos papéis tissu.

Factor pH. 0 valor deverá situar-se entre 7,5-8,5 nas águas brancas da cova (ver Figura 6 (a) ) e não foi afectado pela incidência de carga de carbonato de cálcio. 0 relatório feito pelos técnicos independentes indica o pH não só nas águas da cova como também nos vários tinões da máquina de papel, na caixa de chegada e nas águas filtradas. 0 relatório indica que não há correlação entre a introdução da carga de carbonato de cálcio e uma variação de pH.

Outros Testes às Águas

Os outros testes ás águas, incluindo dureza, condutividade, à carga aniónica, ao potencial zeta negativo, à turbidez, à temperatura, e à alcalinidade, foram feitos no decorrer do processo de fabrico com cargas de carbonato de cálcio pela própria empresa (ver Figura 6 (a) e (b)) e/ou pelos técnicos independentes, resumido em relatório por eles elaborado. Não houve a constatação de efeitos negativos devido à adição de cargas de carbonato de cálcio. 17

VI. RESULTADO ECONÓMICO A utilidade da aplicação de cargas de carbonato de cálcio ao papel leve crepado (tissu) reside no resultado económico que o processo traz, mais importante do que as melhorias potenciais das caracteristicas físicas do papel.

Os maiores resultados económicos observados decorrem da utilização de uma matéria-prima mais barata em substituição de pasta virgem. As melhorias na qualidade do papel brancura, maciez - já foram indicadas.

Substituição de pasta virgem por carga de carbonato de cálcio

Considerandos: PVP Pasta Virgem = €420/ton Incorporação de pasta = 1,07 Pasta virgem por ton papel = €449,40 PVP da solução aquosa de carbonato de cálcio CaC03 = €80/ton

Concentração de carbonato na solução aquosa= 28% PVP carbonato de cálcio seco = € 111/ton Incorporação de Polímero kg/ton =0,6 PVP Polímero = € 4,46

Incorporação Micropartícuia kg/ton = 3 PVP Micropartícuia = € 0,75 Energia utilizada bombas kW/ton =1,5 PVP Energia €/kW = €0,082 Resultados económicos:

Economia substituição fibra = € 22,47

Custo acrescido do carbonato de cálcio, químicas e energia = €10,70

Poupança por ton papel produzido = € 11,77

Esse resultado é majorado pela poupança devido à retenção da fibra virgem, aparente ao longo de uma produção alargada.

Por outro lado, o cálculo foi efectuado num período de baixa no preço da pasta virgem (Novembro de 2011). É 18 evidente que quanto mais o preço da pasta virgem, que é notoriamente volátil, aumenta, maior será a economia pela substituição desta matéria prima, responsável por uma percentagem muito elevada do custo variável do papel, pelo carbonato de cálcio.

Substituição de pasta reciclada por carbonato de cálcio

No caso do papel fabricado a partir de massa celulósica reciclada, a poupança por ton de papel produzido é actualmente de entre € 4,00 e € 5,00, considerando PVP

Papéis Usados de €250/ton e incorporação de 1,35, valor normal para papéis destintados.

VII. CONCLUSÕES A síntese abaixo contém conclusões a partir das informações da própria Fapajal e dos técnicos independentes que acompanharam os fabricos. As conclusões referem-se sempre à situação depois da introdução da carga de carbonato de cálcio CaC03. • Carbonato de cálcio retido na folha: 2 a 5%, com média de 3% • Retenção total de 72% a 89%, acima do normal para a máquina de papel • Retenção apenas do carbonato de difícil medição, mas com indicação de entre 60% e 70% • Não houve aumento na turbidez da água filtrada pós fabrico • Houve uma pequena melhoria na brancura do papel, de 3%, sem quantificação continuada • A resistência do papel ficou inalterada, mantendo-se entre os valores baixos e médios das especificações do papel • Não houve necessidade de aumentar a refinação da massa celulósica da pasta virgem para manter a resistência do papel • 0 factor do crepe não foi modificado, mantendo-se a 20-22% • Não houve afectação negativa aparente sobre o feltro ou a teia da máquina de papel 19 • Nao houve quebras no papel que pudessem ser relacionadas com o teste • Não houve impacto negativo aparente sobre a operação do rolo secador da Máquina de Papel • 0 papel aparentemente ficou mais macio com a adição da carga de carbonato de cálcio (teste qualitativo através do tacto com pessoas não técnicas).

Lisboa, 30 de Agosto de 2012 20

Claims (9)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Processo de fixação de cargas de carbonato de cálcio em papeis leves crepados(tissu) sem impacto negativo nas caracteristicas do papel, de gramagens entre 14 e 50 g/m2, caracterizado por se introduzir na solução fibrosa celulósica uma carga de carbonato de cálcio (CaC03) ou outra, com uma diluição na água de 72% carga para 28% de água, e se aplicarem, em sequência, uma microparticula e um polímero que constituem os agentes químicos do processo e que são adicionados após a carga de carbonato de cálcio, compreendendo os seguintes passos: a) introduzir a carga de carbonato de cálcio na solução fibrosa celulósica na aspiração da Bomba de Mistura ou na Caixa de Nível da máquina de papel; b) aplicar a microparticula na solução fibrosa já com a carga de carbonato de cálcio antes do Depurador Pressurizado da máquina de papel e antes do polímero; c) aplicar o polímero na solução fibrosa num ponto de injecção após o Depurador Pressurizado.
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a carga de carbonato de cálcio ser do tipo natural ("GCC") ou precipitado ("PCC"), podendo ser também constituída por caolino, carbonato, talco, dióxido de carbono, silicato de alumínio, silicato de cálcio, carbono activado, sulfato de cálcio.
3. 3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a microparticula à base de sílica ser aplicada na proporção de 1,5 a 5 Kg por tonelada de papel seco produzido.
4. 4. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 3, caracterizado por a microparticula ser aplicada tal qual, sem diluição.
5. 5. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 4, caracterizado por o polímero ser um agente de retenção catiónica, através da utilização de um produto de cadeia modificada poliacrilamida catiónica, aplicado na proporção de 300 a 700g por tonelada de papel produzido, com aplicação de 500 a 600g por tonelada de papel produzido. 1
6. 6. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 5, caracterizado por o polímero poder ser aplicado utilizando uma só diluição aquosa de 0,3 a 0,5%, onde se faz a preparação do produto estendendo a sua cadeia molecular.
7. 7. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 6, caracterizado por o polímero poder ser aplicado utilizando uma segunda diluição aquosa de entre 10 a 40% do produto preparado na primeira diluição.
8. 8. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 7, caracterizado por a percentagem de fibras e cargas de carbonato de cálcio perdidos nas águas brancas ser recuperado através da passagem num equipamento de flotação, e re-introduzido no Tinão da Máquina onde volta ao processo.
9. 9. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela carga de carbonato de cálcio compreender desde 2% a 10% do peso da folha de papel de fibra virgem, no caso de papeis de gramagem entre 15g/ma e 25g/ma, e com a mesma incorporação do peso da folha, adicional à carga já na mesma fibrosa, no caso de papeis de fibra reciclada de gramagem entre 15g/ma e 50g/ma. Lisboa, 30 de Agosto de 2012 2