PT791683E - Metodo para a producao de pasta de celulose - Google Patents

Description

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DESCRICÀO “Método para a produção de pasta de celulose” O presente invento refere-se à produção de papel e, em particular, à produção de pasta de celulose para utilização no fabrico de papel.

Hoje em dia, a produção de papel baseia-se fundamentalmente na utilização de plantas e árvores como fonte de materiais fibrosos brutos e no processamento de materiais de papel reciclado, tendo-se hoje tomado de prática obsoleta a utilização de trapos, que durante séculos foram utilizados como o material bruto de base.

Por materiais fibrosos entendem-se fibras vegetais, isto é, células semelhantes a fios, que constituem o corpo dos tecidos mais rijos da planta e que se destinam a formar a estrutura de uma futura folha de papel. Os critérios segundo os quais se pode avaliar se uma planta ou árvore é adequada para a produção de material fibroso para papel são bastante complexos e deverão ter em conta quer parâmetros quantitativos, quer qualitativos, sendo o mais importante a quantidade de celulose que contém. Para além disso, a extracção deverá ser fácil, as fibras deverão ter características técnicas adequadas e a planta, ou árvore, não deverá ter uma coloração intensa ou odores desagradáveis; entre as características técnicas, o índice de tracção, o factor de rasgamento, o índice de rebentamento e a liberdade são de importância fundamental.

As plantas e árvores utilizadas para a produção de papel e materiais à base de papel podem ser divididas em três grandes categorias principais: 1. Coníferas: Estas incluem vários tipos, entre os quais os mais bem conhecidos e mais utilizados são as do género pinus (pinheiro) e do género abies (abeto); a madeira de coníferas contém aproximadamente 50% de celulose, 30% lenhina, 15% de hemicelulose e 5% de numerosos componentes como resina, compostos de terpeno, ácidos gordos, etc; as coníferas são as árvores mais utilizadas e mais adequadas para a produção de papel, proporcionando a melhor “celulose técnica”, que é caracterizada por fibras com vários milímetros de comprimento que conferem uma resistência mecânica considerável à folha e têm uma tendência considerável para formar fibrilas* conferindo assim uma estrutura compacta e homogénea à futura folha de papel. 2. Árvores de folha larga: Até há cerca de trinta anos estas eram consideradas pelos fabricantes de papel como secundárias às coníferas, uma vez que os papéis produzidos a 84 344 ΕΡ Ο 791 683 / ΡΤ 2

partir delas não se distinguiam por uma boa resistência mecânica; apenas recentemente, como resultado de melhorias nas técnicas de fabrico, as árvores de folha larga começaram a ser utilizadas na indústria de fabrico de papel e, actualmente, constituem uma das principais fontes de celulose.

As árvores de folha larga normalmente utilizadas na indústria de fabrico de papel são: álamo, bétula, castanheiro e faia. 3. Plantas anuais: As plantas anuais, de entre as quais a palha foi principalmente considerada no passado (hoje a palha parece ter sido praticamente abandonada) e que incluem plantas como, por exemplo, juta, bambu, linho e cânhamo, têm geralmente um conteúdo em celulose inferior ao das madeiras de coníferas e árvores de folha larga, na maioria dos casos não mais de 35%. As plantas anuais são actualmente consideradas um fraco substituinte da madeira, no que respeita à sua utilização na indústria do fabrico de papel; isto é devido não só ao seu baixo teor em celulose mas, em particular, a problemas relacionados com dificuldades na colheita e custos de transporte e, além disso, devido ao facto de os papéis produzidos a partir destas se distinguirem por características técnicas particularmente fracas.

No entanto, a utilização contínua e incessante de plantas e árvores madeireiras plurianuais, como as coníferas e árvores de folha larga, está a causar problemas ambientais crescentes, uma vez que a desflorestação, embora realizada de forma racional e sistemática, excede largamente o aumento espontâneo da germinação e desenvolvimento das árvores, o que conduz a uma alteração do ecossistema, não só nas regiões directamente afectadas, como em todo o planeta. De modo a solucionar este problema preocupante e perturbador, foram adoptadas contra-medidas de diversos tipos; apesar de, por um lado, se estar a realizar de forma contínua a plantação racional na terra desflorestada e noutras terras devidamente preparadas, por outro lado estão a ser desenvolvidos esforços através de iniciativas adequadas como, por exemplo, campanhas de publicidade e semelhantes, para sensibilizar a opinião pública para a utilização do papel e de derivados de celulose dentro do, e limitando-se ao, estritamente necessário, e para um aumento da utilização de “papel reciclado” e ao consequente descarte diferenciado de resíduos, de modo a permitir que o papel possa ser reciclado de forma conveniente e económica. Para além disso, a pesquisa é actualmente direccionada cada vez mais para o estabelecimento de técnicas de fabrico que possam aumentar o rendimento e, desse modo, reduzir o consumo de madeira e para a descoberta de fontes de celulose alternativas às plantas e árvores plurianuais. No entanto, estes factores deverão ter em conta o aumento da procura de papéis “altamente técnicos” que tomam, de qualquer maneira, praticamente impossível a utilização de plantas anuais que, precisamente

84 344 ΕΡ Ο 791 683/ΡΤ 3 devido ao seu carácter cíclico anual ou mesmo sazonal, poderiam constituir uma solução óptima para o problema.

Verificou-se agora de forma surpreendente, e constitui o objecto do presente invento, que o processamento da planta anual vulgarmente conhecida por Luffa cylindrica (ou Luffa aegyptiaca) produz uma pasta de celulose com características analíticas decididamente melhores do que as das plantas anuais normais e, nalguns aspectos, mesmo melhores do que as das coníferas e árvores de folha larga, tomando a sua utilização na indústria do papel particularmente vantajosa. A Luffa cylindrica é uma planta herbácea anual que pertence à família Cucurbitaceae; a Luffa é uma planta rasteira, trepadeira e monóica, com flores unisexuais e com caules que atingem comprimentos de 4-8 m, as folhas são pecioladas, simples, alternadas, de tri- a hepta-lobadas e com 10-15 cm de comprimento; as flores são conspícuas, grandes (5-10 cm), com uma corola formada por cinco pétalas amarelas. O fruto é um pepónio, seco quando maduro, cilíndrico ou apenas ligeiramente angular, de dimensões muito variáveis (tipicamente 30-60 cm de comprimento e 10-20 cm de diâmetro) e direito ou encurvado; quando maduro tem um epicarpo seco e papiforme, com um endocarpo fibroso e esponjoso, devido a ter desaparecido a polpa e persistirem apenas os feixes fibrovasculares. Um fruto contém em média 200-500 sementes, de cerca de 10-15 mm de comprimento, pesando cada uma cerca de 0,1 g; o retículo fibroso do fruto maduro é composto por celulose (60%), hemicelulose (29%) e lenhina (11%). A Luffa é uma planta anual com um ciclo de vida relativamente longo; num habitat mediterrâneo decorrem quatro a cinco meses entre a germinação e a maturação dos frutos, ocorrendo a primeira floração em Julho e a segunda em Agosto.

Os requisitos de calor da Luffa são elevados: um mínimo letal de 0-2°C, temperaturas mínimas e máximas de crescimento de 12-14 e 20-35°C, respectivamente, com um óptimo a cerca de 25°C; o teor em água é de 8,12% a 105°C. A Luffa está espalhada em regiões tropicais e subtropicais, onde é normalmente utilizada em cultivo hortícula doméstico. O fruto da Luffa, seco após remoção do epicarpo e sementes, é vulgarmente vendido como esponja para o corpo, em lojas especializadas em produtos naturais de tratamento corporal, centros comerciais, perfumarias, etc. Uma das características mecânicas mais interessantes das fibras de Luffa é, de facto, a sua chamada "memória de forma", da qual resulta que o fruto pode ser comprimido até 10-20 vezes e em seguida retomar à sua forma e tamanho originais, se imerso em água, ou submetido ao efeito de vapor. O fruto da Luffa é também utilizado a nível industrial, praticamente inalterado, para a produção de painéis de isolamento de calor e de som, materiais de empacotamento e chumaços e suportes em arco 84 344 ΕΡ Ο 791 683 / ΡΤ 4

para calçado. Τal como todas as fibras de origem vegetal utilizadas no fabrico de papel, a Luffa tem de ser submetida a um processamento, com o objectivo de libertar as fibras dos componentes inúteis e prejudiciais, isto é, a um processamento que, no campo do fabrico de papel, toma a designação de digestão, quando se utilizam agentes químicos ou, por outro lado, moagem, quando o processamento é mecânico. A seguir descreve-se um processo de digestão, a título de exemplo, não limitativo. O epicarpo e as sementes foram removidos do fruto, que foi então seco e em seguida submetido a um processo de digestão com soda, normalmente utilizado para as plantas anuais, utilizando um cozedor descontínuo com uma capacidade de 10 litros, com agitação manual, nas seguintes condições: a) Reagentes 18% 8,5%

NaOH:

Concentração de fibra no cozedor: N.B. todos os valores referem-se a fibra seca b) Condições operatórias

Pré-aquecimento: (20-110 °C) 20 min Impregnação: 20 min Aquecimento: (100-170 °C) 30 min Digestão: 300 min Pressão de operação: 6 kg/cm2

No final da digestão, o licor foi separado para análise e a pasta de celulose foi lavada com água corrente para eliminar, tanto quanto possível, o licor esgotado. Relativamente à purificação da fibra a partir do material não digerido ou semelhante, esta não foi realizada, uma vez que a presença de material não digerido ou grânulos era desprezável. O rendimento em fibra era de 57,82%, o que por si é um parâmetro fantástico, colocando a Luffa ao mesmo nível que uma conífera (o rendimento em fibra de uma conífera é normalmente de 50-60%, enquanto que o de uma planta anual é de 15-20%).

Construiu-se então uma curva de batimento simplificada para a pasta de celulose bruta, de modo a determinar o comportamento da fibra e as curvas das características físico-mecânicas por batimento. Para além disso, realizou-se um processo de branqueamento típico numa porção da pasta batida, em duas fases sucessivas, que estão representadas a seguir, 84 344 ΕΡ Ο 791 683/ΡΤ 5

relativamente ao reagente utilizado: 1) Primeira fase 6% 1% 0 45 - 50°C 60 min

Hipoclorito de sódio: NaOH:

Hipoclorito residual: Temperatura de trabalho Duração: 2) Segunda fase Peróxido de hidrogénio (agente oxidante) 3% NaOH (regulador de oxidação) 3% Silicato de sódio (regulador de oxidação) 0,5% Temperatura de trabalho: 65-70 °C Duração: 180 min N.B.: as quantidades referem-se ao peso da celulose seca

As determinações químicas, físicas e mecânicas foram realizadas em pasta de celulose bruta, batida e branqueada, utilizando os aparelhos a seguir enumerados:

Aparelho utilizado Parâmetro analítico dinamómetro FRANK : índice de ruptura medidor de rebentamento KORPUT: índice de rebentamento ensaiador de rasgamento ELMENDORF: factor de rasgamento branco ELREPHO: brilho "hollander" RIETH: curva de batimento forma de folha TONIOLO: desvios de análise

Os métodos utilizados foram os métodos ATICELCA e, na falta destes, utilizaram-se os métodos SCAN.

Os resultados obtidos são apresentados na Tabela 1 e são comparados com os dados referentes a uma planta anual comum (neste caso particular, o sorgo):

84 344 ΕΡ Ο 791 683 /ΡΤ 6 TABELA 1

Luffa bruta Luffa branqueada Anual bruta Anual branqueada Grau de batimento (°S.R.) 18 untr.* 37 37 34 untr.* 45 34 untr.* 45 índice de tracção (kNm/kg) 44,1 56,0 64,3 54,65 68,2 48,8 65,5 índice de rebentamento (MN/KG) 4,84 5,05 5,06 3,38 3,77 2,60 3,86 factor de rasgamento (Nm2/kg) 12,12 10,7 10,2 5,2 4,2 “ 3,60 Porosidade (m7100 cc) 16 15 80 540 62 780 Cinza % 2,4 - - 4-6 - - - Brilho G.E. 48 40,5 71,5 45,5 - 73 - *untr = pasta de celulose não tratada, não batida.

Como se pode ver pelos dados referentes ao grau de batimento, a liberdade da pasta produzida a partir de Luffa é inesperadamente melhor do que a das melhores plantas anuais e semelhante à de uma árvore de folha larga. De modo semelhante, o índice de rebentamento e o factor de rasgamento são claramente melhores do que os das plantas anuais mais comuns, enquanto que o teor em sílica é bastante menor, como se pode ver pela percentagem de cinza; apenas no que respeita ao índice de tracção se pode considerar a Luffa equivalente a uma boa planta anual.

Os dados apresentados acima são também confirmados pelas imagens das Figuras 1, 2, 3 e 4 que representam, respectivamente, as fibras (aumentadas cem vezes) de Luffa cylindrica bruta, de Luffa cylindrica batida, de uma mistura de conífera-folha larga (abeto-faia) e de uma planta anual (sorgo), nas quais é clara a semelhança entre as fibras de Luffa cylindrica e as da mistura conífera-folha larga.

Os resultados que se referem à utilização de Luffa são também particularmente vantajosos no que respeita ao balanço ecológico do processo, como se pode ver pelos dados seguintes: 7 84 344 ΕΡ Ο 791 683/ΡΤ

Balanço ecológico 1) Licor esgotado C.O.D.: 20400 ppm C.O.D. (kg por ton de pasta): 10,5

Razão C.O.D./matéria orgânica: 435 2) Lexívia C.O.D. (kg por ton de pasta branqueada - 2 fases): 60,2

De facto, o C.O.D. era na prática inferior a 50% do normalmente necessário, no que respeita às plantas anuais, com uma redução consequente nos custos de eliminação e, em particular, na possibilidade de danos ecológicos.

Com base nestas considerações, a Luffa cylindrica é clara e particularmente adequada como material de partida para métodos de produção de pasta de celulose, para utilização no fabrico de papel; não sendo necessário que estes métodos se limitem apenas a processos de digestão com soda, mas podendo incluir também todos os métodos em que um material vegetal de partida é reduzido a fibras, ou fragmentos de fibras.

Lisboa, 30. MAÍt 2000

Por ASSIDOMANITALIA S.p.A. - O AGENTE OFICIAL -

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1. 84 344 ΕΡ Ο 791 683 / ΡΤ 1/1 REIVINDICAÇÕES 1. Método para a produção de pasta de celulose para utilização no fabrico de papel, do tipo em que um material vegetal é processado de forma a ser reduzido a fibras ou fragmentos de fibras, caracterizado por o material vegetal ser Luffa cylindrica.
2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o processamento é um processo de digestão, isto é, processamento com soluções de reagentes químicos e semi-químicos adequados para dissolver a maioria da lenhina contida no material vegetal de partida.
3. 3. Método de acordo com a reivindicação 1, em que o processamento é realizado por meios meramente mecânicos, de forma a reduzir o material vegetal de partida a uma massa de fibras individuais e fragmentos de fibras.
4. 4. Método de acordo com a reivindicação 2, em que o processo é a digestão com soda.
5. 5. Método de acordo com a reivindicação 2, em que o processo é a digestão com sulfato.
6. 6. Método de acordo com a reivindicação 2, em que o processo é a digestão com sulfito
7. 7. Método de acordo com a reivindicação 2, em que o processo é a digestão com bissulfito.
8. 8. Método de acordo com a reivindicação 2, em que o processo é a digestão com cloro-soda.
9. 9. Pasta de celulose para utilização no fabrico de papel, caracterizada por ser produzida a partir de Luffa cylindrica. Lisboa, 50. í«i?. 2DOO Por ASSIDOMANITALIA S.p.A. - O AGENTE OFICIAL -

   ANTÓNIO CUNHA FERRE5KA Of. Pr. Ind. das Flores, 74 - 4.° 16QO LISBOA