PT117820B - Método de produção de papel tissue - Google Patents
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Abstract
A PRESENTE INVENÇÃO DIZ RESPEITO A UM MÉTODO DE PRODUÇÃO DE PAPÉIS TISSUE QUE COMPREENDE O REVESTIMENTO DE SOLUÇÕES AQUOSAS QUE COMPREENDEM PELO MENOS UM BIOPOLÍMERO NA ETAPA DE TRANSFORMAÇÃO DE UM PAPEL TISSUE NUM PRODUTO ACABADO. AS SOLUÇÕES AQUOSAS DE BIOPOLÍMEROS CONSIDERADAS NA PRESENTE INVENÇÃO REFEREM-SE A SOLUÇÕES QUE COMPREENDEM GOMA-ARÁBICA, ÉTERES DE CELULOSE, AMIDO E AMIDOS MODIFICADOS, E SUAS MISTURAS. O MÉTODO DESCRITO NESTA INVENÇÃO RESULTA NUM ACRÉSCIMO DAS PROPRIEDADES DE RESISTÊNCIA DE PRODUTOS TISSUE, PROPRIEDADE FUNDAMENTAL EM PRODUTOS COMO, MAS NÃO LIMITADO A, ROLOS DE COZINHA, ROLOS MULTIUSOS, PAPÉIS HIGIÉNICOS, TOALHAS DE MÃO, GUARDANAPOS E LENÇOS DE BOLSO/FACIAIS.
Description
DESCRIÇÃO MÉTODO DE PRODUÇÃO DE PAPEL TISSUE
Área da Invenção
Ά presente invenção insere-se na área da indústria papeleira, nomeadamente na área da produção de papéis tissue, e mais concretamente sobre um método de produção de papéis tissue através do revestimento de soluções aquosas de biopolimeros na etapa de transformação de um papel tissue num produto acabado.
Estado da arte papel tissue é um dos tipos de papel mais populares no mundo. É uma indústria bem estabelecida e com um mercado crescente, abrangendo produtos diários essenciais como rolos de cozinha, rolos multiusos, papéis higiénicos, toalhas de mão, guardanapos e lenços de bolso/faciais [1,2]. A competitividade neste mercado tem provocado uma procura constante por alternativas quer para reduzir os custos quer para melhorar o desempenho dos produtos através da utilização de matérias-primas ecológicas ou verdes [36] .
As principais propriedades do papel tissue são a capacidade de absorção, suavidade e resistência [3,6]. A importância de cada uma destas propriedades está relacionada com a aplicação específica do produto final [6,7]. Estas propriedades são influenciadas pela origem e tipo de fibras, pelo seu processo produtivo, e pelos tratamentos químicos e mecânicos a que são submetidas aquando da produção de papel [7].
Por forma a melhorar as propriedades chave de papéis tissue (suavidade, absorção e resistência), pode recorrerse à utilização de aditivos químicos. No caso do desenvolvimento das propriedades de resistência este ocorre principalmente na máquina de papel através de adição de fibra longa (aumento do seu teor), ajustes na refinação, ou até através da incorporação em massa de aditivos de especialidade para o desenvolvimento de resistências (por exemplo amidos e/ou outros polímeros modificados). Estando a bobine de papel formada e pronta a transformar não se verifica na etapa de transformação num produto acabado (conversão do papel base tissue em produto acabado) operações que promovam de alguma forma o desenvolvimento das propriedades e resistência, sendo o mais comum a perda de resistências com o processamento do papel durante a sua transformação num produto acabado.
A etapa de transformação num produto acabado inclui diferentes operações, tais como desenrolamento, gofragem (ou embossing), laminagem, tratamento superficial (ex. aplicação de aditivos como suavizantes, e/ou impressão de motivos coloridos), perfuração, rebobinagem ou dobragem e embalamento. De entre estas operações a aplicação de revestimentos por tratamento superficial do papel é predominantemente utilizada para desenvolvimento da suavidade no produto acabado. No entanto, não se conhecem processos de especialidade na transformação para reforço e/ou desenvolvimento das propriedades de resistência.
A patente US8187419B2 [8] divulga a aplicação de agentes de suavizantes de superfície, como compostos polihidroxilados, tais como gliceróis, poligliceróis, polietileno glicois (PEGS), polioxietilenos, polioxipropilenos, através de extrusão e na etapa de transformação, em papéis tissue de 2 folhas, como meio de obter um papel tissue com suavidade acrescida e através de um processo que pode ser levado a cabo de modo a serem mantidas propriedades de resistência e de absorção dos papéis obtidos. Aditivos de resistência, como amidos e resinas são, na patente em causa, adicionados à mistura de fibras que constitui a matéria-prima para a produção do papel tissue.
A patente US9347181B2 [9] divulga a incorporação em massa de poliacrilamidas (APAM) e poliacrilamidas glioxiladas (GPAM) de carga catiónica, na pasta, durante a produção de papel na máquina de papel tissue. Apesar da patente visar o desenvolvimento de resistências, esta encontra-se limitada à aplicação na máquina de papel, aquando a produção do papel tissue.
pedido de patente EP1627108B1 [10] descreve a aplicação de agentes de suavidade, através de uma extrusora, nas folhas de papel tissue. Os agentes de suavidade mencionados dizem respeito a silicones, como o polissiloxano. 0 método de aplicação desenvolvido permite a aplicação de polissiloxano de viscosidade alta sem o uso de diluentes adicionais. Os agentes de suavidade podem ser aplicados em diferentes pontos do processo de produção de papel, quer antes da secção de secagem, na secção de secagem, e ainda após a secção de secagem ou em passos, não especificados, de pós-processo de produção de papel. Os agentes de resistência mencionados na invenção descrita no texto do pedido de patente EP1627108B1 são descritos como sendo adicionados nas suas aplicações típicas, isto é, adicionados à mistura de fibras celulósicas antes da formação da folha de papel tissue. Assim, polímeros mencionados, como amido e carboximetilcelulose, são usados na invenção descrita em EP1627108B1 em mistura na pasta celulósica a partir da qual se produz o papel tissue.
De facto, o amido é um biopolímero muito utilizado na produção de papel. Este polímero pode ser utilizado na sua forma nativa ou modificada, normalmente sendo utilizados amidos catiónicos na produção de papel, e de diferentes proveniências (milho, batata, tapioca, entre outros), como agentes de retenção ou agentes de resistência.
Tipicamente os amidos são utilizados na produção de papel para o desenvolvimento das suas resistências a seco e para o desenvolvimento das suas propriedades de superfície. Este polímero é tradicionalmente adicionado como agente de colagem na etapa do processo de produção de papel. Pode ser adicionado na etapa de colagem interna {internai sizing), em que o polímero é adicionado à pasta celulósica que irá dar origem ao produto papeleiro, ou na etapa de colagem superficial {surface sizing) em que o polímero é utilizado para revestir o produto papeleiro parcialmente seco. A sua aplicação tem como objetivo a melhoria da interação da superfície do papel com, por exemplo, tintas de impressão e para promover as ligações entre as fibras [11-13].
A carboximetilcelulose é o derivado de celulose solúvel em água mais utilizado na produção de papel, normalmente utilizada na forma de sal de sódio. Esta é utilizada com o objetivo de melhorar as propriedades de resistência de um papel, qualidade de impressão do papel, e/ou resistência a gorduras. Como o amido, é também aplicada nas etapas de colagem interna e superficial de um processo de produção de papel [11-13].
Um outro polímero de interesse é a goma-arábica que possui características de relevância tais como ser natural, amorfa, não tóxica, inodora, incolor e insípida [11-13], solúvel em água, anfifílica e pouco viscosa em solução aquosa. Este polímero é comummente usado em aplicações envolvendo alimentos e produtos farmacêuticos [14].
Esta revisão do estado da arte demonstra a necessidade de um método de produção de papéis tissue que permita uma melhoria das propriedades de resistência do produto acabado de papel tissue, como alternativa à abordagem tradicional de incorporação em massa na parte húmida da máquina de papel, e que permita o uso de biopolímeros biocompatíveis para uso sanitário, de higiene pessoal, doméstica e industrial.
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Sumário da invenção
A presente invenção refere-se a um método de produção de papéis tissue que compreende o revestimento de um papel tissue, durante a etapa de transformação num produto acabado, de entre 0.5 a 14 g/m2 de uma solução aquosa que compreende pelo menos um biopolimero, selecionado do grupo consistindo em goma-arábica, éteres de celulose, amido, amidos modificados e suas misturas.
Numa forma preferencial da invenção a goma-arábica é goma-arábica alcalinizada.
Numa forma preferencial da invenção os éteres de celulose consistem em carboximetilcelulose, hipromelose, hidroxipropilcelulose, hidroxietilcelulose ou suas misturas.
Numa forma preferencial da invenção o éter de celulose é carboximetilcelulose.
Numa forma preferencial da invenção os amidos modificados consistem em amidos catiónicos, amidos com grupos funcionais amónio quaternário, amidos com grupos funcionais fosfato, amidos com grupos funcionais sulfato, amidos com grupos funcionais sulfonato ou amidos com grupos funcionais carboxilo. São também consideradas as suas misturas.
Numa forma preferencial da invenção o amido modificado é um amido catiónico.
Numa forma preferencial da invenção o papel tissue compreende fibras virgens, fibras recicladas ou mistura das mesmas.
Numa forma preferencial da invenção o produto acabado consiste em rolos de cozinha, rolos multiusos, papéis higiénicos, toalhas de mão, guardanapos ou lenços de bolso/faciais.
Breve descrição das figuras
Figura 1. Resultados do índice de tração das folhas de papel tissue tratadas com a incorporação de carboximetilcelulose (CMC), goma-arábica alcalinizada (GAb), goma-arábica natural - sem tratamento (GA) e amido catiónico (amido), e comparação com folhas sem impregnação (Ref.). As percentagens referem-se à concentração em m/v da solução aplicada sobre o papel.
Figura 2. Resultados da capacidade de absorção de água das folhas tissue com a incorporação de carboximetilcelulose (CMC), goma-arábica alcalinizada (GAb), goma-arábica natural - sem tratamento (GA) e amido catiónico (amido), e comparação com folhas sem impregnação (Ref.). As percentagens referem-se à concentração em m/v da solução aplicada sobre o papel.
Figura 3. Permeabilidade ao ar obtida para as folhas tissue tratadas com a incorporação de carboximetilcelulose (CMC), goma-arábica alcalinizada (GAb), goma-arábica natural - sem tratamento (GA) e amido catiónico (amido), e comparação com folhas sem impregnação (Ref.). As percentagens referem-se à concentração em m/v da solução aplicada sobre o papel.
Figura 4. Resultados obtidos para os vários parâmetros de suavidade analisados em folhas tissue com a incorporação de carboximetilcelulose (CMC), goma-arábica alcalinizada (GAb), goma-arábica natural - sem tratamento (GA) e amido catiónico (amido), e comparação com folhas sem impregnação (Ref.). Os parâmetros referidos são para cada série: HF ou Handfeel, primeira coluna; TS7, segunda coluna; e TS750, terceira coluna.
Figura 5. Capilaridade obtida, seguindo o método Klemm, para as folhas tissue com a incorporação de carboximetilcelulose (CMC), goma-arábica alcalinizada (GAb), goma-arábica natural - sem tratamento (GA) e amido catiónico (amido), e comparação com folhas sem impregnação (Ref.) .
Descrição detalhada da invenção
É aqui descrito um método de produção de papéis tissue que compreende o revestimento de um papel tissue, na etapa de transformação de um papel tissue num produto acabado, com uma solução aquosa que compreende pelo menos um biopolimero, de acordo com o descrito neste pedido de patente e revindicação 1. 0 método apresentado permite o desenvolvimento significativo de resistências a seco em produtos tissue, constituindo-se como uma alternativa quando não o for possível na máquina de papel (estágio de produção do papel base, onde normalmente esta propriedade é desenvolvida), ou para obtenção de níveis de resistência adicionais. Desta forma torna-se possível o desenvolvimento e/ou correção desta propriedade em papéis já produzidos, para níveis superiores, requisito muito valorizado e diferenciativo em produtos como rolos de cozinha, rolos multiusos, papéis higiénicos, toalhas de mão, guardanapos e lenços de bolso/faciais, entre outros. Tal é efetuado através do uso de biopolímeros biocompatíveis, hidrofílicos, solúveis em água e obtidos a partir de produtos naturais.
A presente invenção consiste assim num método de produção de papéis tissue pelo revestimento, durante a etapa de transformação num produto acabado, de entre 0,5 a 14 g/m2 de uma solução aquosa que compreende pelo menos um biopolimero, como goma-arábica, éteres de celulose, amidos, amidos modificados ou suas misturas. Os produtos acabados resultantes consistem em, e não limitados a, rolos de cozinha, rolos multiusos, papéis higiénicos, toalhas de mão, guardanapos e lenços de bolso/faciais.
No âmbito da presente invenção um papel tissue corresponde a papéis de baixa gramagem, crepados e/ou não crepados, usados com finalidades higiénicas e sanitárias, quer em ambiente doméstico quer em locais públicos.
No âmbito da presente invenção a etapa de transformação de um papel tissue num produto acabado, também neste pedido de patente denominada por apenas etapa de transformação, inclui todos os processos a que as bobines de papel tissue já produzido são sujeitas até obter-se o produto tissue acabado. Dependendo se o produto final trata-se de um rolo ou de um produto dobrado, os processos unitários variam podendo incluir: operações de desenrolamento, gofragem (ou embossing), laminagem, tratamento superficial (ex. aplicação de aditivos como suavizantes, ou impressão de motivos coloridos), perfuração, rebobinagem ou dobragem e embalamento.
No âmbito da presente invenção, biopolimeros são polímeros produzidos a partir de fontes naturais, sintetizados quimicamente a partir de um material biológico ou totalmente bio-sintetizados por organismos vivos. Nesta invenção são usados biopolimeros como goma-arábica, éteres de celulose, amido, amidos modificados ou suas misturas.
No âmbito da presente invenção o revestimento dos biopolimeros é efetuado por meios de revestimento que são os comummente aplicados na transformação de papéis tissue por transferência dos componentes para o papel através de rolos (como, mas não limitado a, flexografia e/ou rotogravura) ou por pulverização. 0 revestimento consiste em soluções aquosas de biopolimeros.
No âmbito da presente invenção a goma-arábica é usada na sua forma natural ou na sua forma alcalinizada, isto é, tratada com um excesso de NaOH, KOH ou outro hidróxido solúvel em água. A goma-arábica alcalinizada é precipitada em acetona, separada por filtração, sedimentação, centrifugação e/ou decantação, e novamente dissolvida em água.
No âmbito da presente invenção são usados amidos catiónicos que dizem respeito a amidos quimicamente modificados, com grupos amónio quaternário ou grupos amino terciários, que são exemplos de produtos comerciais utilizados na indústria papeleira. Estes possuem carga catiónica.
No âmbito da presente invenção são usados amidos modificados, para além dos amidos catiónicos, isto é, amidos com grupos funcionais amónio quaternário, amidos com grupos funcionais fosfato, amidos com grupos funcionais sulfato, amidos com grupos funcionais sulfonato, amidos com grupos funcionais carboxilo e outros amidos sintetizados por eterificação, esterificação ou oxidação, de modo a obter os grupos funcionais desejados a serem usados. São também consideradas as suas misturas.
No âmbito da presente invenção são usados éteres de celulose que dizem respeito a, e não limitado a, carboximetilcelulose, hipromelose, hidroxipropilcelulose e hidroxietilcelulose. São também consideradas as suas misturas.
No âmbito da presente invenção, o pick-up de revestimento é definido como a diferença de gramagem entre o papel revestido e o papel base.
No âmbito da presente invenção são usadas soluções aquosas de biopolimeros, cujas concentrações em biopolimeros podem variar de entre 0,1 a 90 % em m/v ou em v/v.
No âmbito da presente invenção tanto fibras virgens como fibras recicladas podem ser usadas na constituição do papel tissue a ser revestido na etapa de transformação. São também consideradas as suas misturas. Vibras virgens dizem respeito a fibras que foram apenas uma vez e química ou mecanicamente processadas para a produção de pasta e de papel. Fibras recicladas dizem respeito a fibras já usadas previamente na produção de pasta e de papel e que são processadas novamente para integração em processos subsequentes de produção de pasta e de papel
Exemplos
Exemplo 1
I) Preparação dos materiais
Folhas tissue com gramagem de 20 g.m-2 foram preparadas de acordo com uma adaptação da norma ISO 5269-1, para formação de folhas de menor gramagem e sem prensagem, e considerando uma composição fibrosa de 30% de fibra longa e 70% de fibra curta. As folhas foram secas sob condições controladas de temperatura (23±1°C) e humidade (50±2%). O teor de humidade era <0.2 g água/g papel, tendo ficado assim prontas para serem processadas na etapa seguinte de transformação num produto acabado.
Para os revestimentos que foram aplicados na etapa seguinte de transformação das folhas de papel tissue secas, foi preparada uma solução de carboxilmetilcelulose (CMC) (CAS 9004-32-4) por dissolução da mesma em água numa concentração de 0,9% (m/v) . Esta solução foi aplicada por pulverização, sobre a superfície das folhas, até ao revestimento completo e uniforme da folha, obtendo um pickup de 2 g/m2. A solução de goma-arábica (CAS 9000-01-5) foi aplicada da mesma forma, mas utilizando uma concentração de 10% (m/v) , tanto na sua forma natural como na sua forma alcalinizada (tratada com excesso de hidróxido de sódio e precipitada com acetona). Quando se utiliza a goma arábica na sua forma natural obtém-se um pick-up de 9 g/m2, e para o caso da sua forma alcalinizada, obtém-se um pick-up de 14 g/m2. O amido catiónico (CAS 56780-58-6) foi diluído em água numa proporção de 1:3 (v/v) e aplicado da mesma forma sobre as folhas, obtendo-se folhas com um pick-up de 14 g/m2.
Depois da aplicação por pulverização dos biopolímeros as folhas foram novamente colocadas a condicionar, nas mesmas condições mencionadas acima. Este passo adoptado poderia ter sido dispensado e a secagem poderia ter sido efetuada de forma natural.
II) Propriedades papeleiras
A gramagem e o índice de mão (bulk) das folhas foram determinados seguindo as normas ISO 12625:6 e a 12625:3, respetivamente. O índice de tração foi determinado de acordo com a ISO 12625:4, utilizando um analisador de tração vertical. A suavidade foi analisada através de um analisador de suavidade (TSA) da Emtec, considerando o algoritmo QAI. Este equipamento permite determinar a suavidade através do índice de handfeel (HF) e os parâmetros TS7 (relacionado com a suavidade inerente ao material) e o TS750 (relacionado com a topografia e rugosidade do papel). A ascensão capilar foi analisada seguindo uma adaptação da norma ISO 8787, enquanto a capacidade de absorção de água foi determinada de acordo com a norma ISO 12625-8. A permeabilidade ao ar foi analisada num equipamento FX3300 LabAir III com uma queda de pressão de 200 Pa, da FEXTEST Instruments.
III) Resultados
As figuras 1 a 5 apresentam os resultados obtidos para as principais propriedades papeleiras analisadas.
O papel transformado pelo revestimento de soluções aquosas de biopolimeros, como descrito na presente invenção, apresenta incrementos no índice de tração que, no caso da goma-arábica a 10% (m/v) , atingem valores de até +140%, da goma-arábica tratada com base a 10% (m/v) atingem valores até +67%. Com o amido atingem valores até +217% e com 0,9% (m/v) de CMC atingem valores até +100%, como indicado na Figura 1.
Observou-se uma diminuição dos valores das propriedades como a capacidade de absorção (figura 2), a permeabilidade ao ar (figura 3) e a capilaridade (figura 5) . No entanto, estes valores são comportáveis para o uso de papéis tissue, sendo que de acordo com a tipologia de produto acabado, os requisitos de resistência serão mais valorizados face às restantes propriedades, para a função do mesmo.
Os parâmetros de suavidade também observaram uma diminuição, embora não relevante para aplicações dos papéis tissue em que é dada relevância a propriedades de resistência.
Exemplo 2
Folhas tissue de 20 g.m-2 foram preparadas de acordo com o descrito na secção de I) Preparação dos materiais, como descrito no exemplo 1.
Foram também preparadas soluções aquosas de carboxilmetilcelulose (CMC), de goma-arábica (CAS 9000-015) e de amido catiónico (CAS 56780-58-6), pela sua diluição em água e aplicação para revestimento das folhas preparadas, como também descrito no exemplo 1, e de modo a obter folhas com um pick-up de 0,5 g/m2.
Foram também observados incrementos no índice de tração das folhas preparadas, pelo revestimento com as soluções aquosas dos biopolímeros, em linha com os resultados do exemplo 1.
Claims (7)
- REIVINDICAÇÕES1. Método de produção de papel tissue caracterizado por compreender o revestimento de um papel tissue, na etapa de transformação, com 0,5 a 14 g/m2 de uma solução aquosa que compreende pelo menos um biopolimero selecionado do grupo consistindo em goma-arábica, éteres de celulose, amido, amidos modificados e suas misturas.
- 2. Método de acordo com a revindicação anterior, caracterizado por a goma-arábica ser goma-arábica alcalinizada.
- 3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os éteres de celulose serem selecionados do grupo consistindo em carboximetilcelulose, hipromelose, hidroxipropilcelulose, hidroxietilcelulose e suas misturas.3. Método de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por o éter de celulose ser carboximetilcelulose.
- 4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os amidos modificados serem selecionados do grupo consistindo em amidos catiónicos, amidos com grupos funcionais amónio quaternário, amidos com grupos funcionais fosfato, amidos com grupos funcionais sulfato, amidos com grupos funcionais sulfonato e amidos com grupos funcionais carboxilo e suas misturas.
- 5. Método de acordo com reivindicação anterior, caracterizado por o amido modificado ser amido catiónico.
- 6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o papel tissue compreender fibras selecionadas do grupo consistindo em fibras virgens, fibras recicladas e suas misturas.
- 7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o produto acabado ser selecionado do grupo consistindo em rolos de cozinha, rolos multiusos, papéis higiénicos, toalhas de mão, guardanapos e lenços de bolso e faciais.
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