PT889993E - Material celulosico absorvente e sua producao - Google Patents

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Svante Wahlen
Kerstin Malmborg
Ingemar Thebrin
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Eka Chemicals Ab
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Description

85 192 ΕΡ Ο 889 993 ! ΡΤ DESCRICAO “Material celulósico absorvente e sua produção” O presente invento refere-se a um processo para a produção de pasta em flocos possuindo uma capacidade de sorção melhorada, e a pasta em flocos obtenível através de um tal processo. O invento também se refere à utilização de substâncias hidrófobas possuindo uma área superficial específica superior a 50 m“/g para tratamento de fibras celulósicas, para aumentar a capacidade de sorção de um material absorvente que contém as fibras. Além disso, o invento refere-se a um processo para a produção de um material absorvente que compreende fibras celulósicas obtidas por desfibramento ou formação de flocos a partir de uma folha de pasta, cuja estrutura possui uma capacidade de sorção aumentada.
No contexto presente, o conceito de “capacidade de sorção” dirige-se à taxa a que o material absorvente capta líquidos tais como água ou soluções aquosas, incluindo fluidos corporais tais como urina, sangue e fluidos menstruais, ou à capacidade de retenção de líquidos do material absorvente, ou a ambas características. O mecanismo de sorção pode ser adsorção ou absorção, ou uma combinação destas.
Tal como relatado em Pulp and Paper Manufacture, Vol. 2, pág. 280-281, Joint Textbook Committee of the Paper Industry, 1987, o termo pasta em flocos aplica-se a fibras que foram separadas por meios mecânicos a partir de pastas secas, para aplicação em mantas ou almofadas não-tecidas e formadas a seco, nos campos doméstico e sanitário. Como é óbvio a partir desta referência, tanto a taxa de captação de líquido como a capacidade de retenção de líquido da pasta em flocos são importantes quando utilizadas nestes campos. Isto é .particularmente válido no que respeita a artigos absorventes tais como dispositivos menstruais (e.g. pensos higiénicos, forros de cuecas, tampões, etc.), faixas de fraldas, artigos para a incontinência de adultos, e semelhantes; uma boa captação de líquido e uma boa capacidade de retenção de líquido são pré-requisitos óbvios para a função de tais artigos. Contudo, quando utilizado, um artigo deste tipo está constantemente sujeito a pressão imposta pelo peso e pelos movimentos do utilizador, e portanto é importante que a capacidade para retenção de líquido seja suficientemente elevada para reter o líquido absorvido, mesmo sob pressão. Além disso, para proporcionar um bom conforto ao utilizador, o artigo deverá proporcionar uma sensação de secura, significando que deverá ser evitado qualquer re-humedecimento da pele do utilizador a partir do artigo, aumentando ainda mais os requisitos no que diz respeito à capacidade de retenção de líquido. Convencionalmente, certos materiais poliméricos que formam hidrogeles em contacto com a água, conhecidos como “superabsorventes”, têm sido utilizados para melhorar a capacidade
85 192 ΕΡ Ο 889 993 / ΡΤ 2 de sorçào de tais artigos; contudo, embora esta capacidade do artigo seja melhorada, à medida que o líquido se liga às partículas superabsorventes, a capacidade de sorção das fibras celulósicas que constituem a própria pasta em flocos não é de facto aumentada pela utilização de tais superabsorventes. O problema a ser resolvido pelo presente invento é assim o de proporcionar um processo para a produção de uma pasta em flocos possuindo uma capacidade de sorção melhorada. Esse problema é resolvido através do processo definido pelas reivindicações em anexo.
Ainda não foi claramente definida a razão pela qual substâncias hidrófobas do tipo referido conferem características de sorção melhoradas.
No presente processo, uma folha de fibras celulósicas é desfibrada em flocos; neste contexto uma “folha” significa uma folha ou uma manta. A formação da folha, a seguir referida como “a folha de pasta”, pode seguir uma das vias conhecidas na arte para tal formação, e.g. o processo húmido análogo ao do fabrico convencional de papel, ou o processo de secagem instantânea, ambos processos descritos em Pulp and Paper Manufacture, Vol. 1, pág. 753-757, Joint Executive Committee of Vocational Education Committees of the Paper Industry, 1969. “Tratar” fibras com uma substância hidrófoba significa que as partículas da substância são colocadas na proximidade de, ou em contacto com as fibras; preferivelmente, as partículas são mantidas na proximidade de, ou em contacto com as fibras durante pelo menos cerca de 1 minuto, adequadamente pelo menos cerca de 30 segundos, e em particular pelo menos cerca de 5 segundos. O tratamento pode ser realizado em qualquer ponto do processo, começando com a separação de fibras umas das outras e terminando com o desfibramento a seco da folha de pasta. Contudo, o tratamento é preferivelmente realizado quando o teor em matéria seca das fibras é de pelo menos cerca de 25%, adequadamente pelo menos cerca de 35%, e mais preferivelmente pelo menos cerca de 50%. A área superficial específica das partículas da substância hidrófoba, determinada de acordo com o método padrão DM 66131 modificado como se descreve a seguir, é de pelo menos cerca de 50 m2/g, preferivelmente pelo menos cerca de 100 m2/g, e mais preferivelmente pelo menos cerca de 1000 m2/g. A substância hidrófoba pode ser qualquer substância que seja substancialmente insolúvel em água, tendo preferivelmente uma solubilidade não superior a cerca de 1 g/100 g
85 192 ΕΡ Ο 889 993 / ΡΤ de água, adequadamente não superior a cerca de 0,1 g/100 g de água, desde que possua uma área superficial específica como indicado anteriormente. Exemplos de substâncias hidrófobas úteis são carvão activado, zeólitos hidrófobos, e politetrafluoroetileno (/. e. Teflon). As substâncias são preferivelmente porosas. Numa concretização particularmente preferida, a substância hidrófoba é carvão activado ou um zeólito possuindo uma hidrofobicidade inferior a cerca de 0,99 porcento, preferivelmente inferior a cerca de 0,90 porcento, e adequadamente inferior a cerca de 0,70 porcento em peso de butanol residual, tal como determinado pelo Teste do Butanol Residual descrito em seguida. Zeólitos especialmente preferidos são os que possuem uma relação molar Si02/Al203 de pelo menos 5.
Embora a substância hidrófoba possa ser levada para as fibras num estado seco ou num estado húmido, prefere-se que a substância esteja compreendida numa mistura aquosa, normalmente como uma dispersão ou uma lama. A mistura é adequadamente aplicada sobre a folha de pasta formada, convenientemente por pulverização. A quantidade de substância adicionada é adequadamente cerca de 0,1-10 kg/ton métrica de pasta seca, preferivelmente cerca de 0,5-5 kg/ton. Opcionalmente, o tratamento pode ser realizado quando as fibras são suspensas numa solução aquosa, e.g. no lote do processo de produção de pasta antes da formação da folha; a quantidade de substância no lote é adequadamente cerca de 0,1-10 kg/ton de pasta seca, preferivelmente cerca de 0,5-5 kg/ton. O tratamento pode ser realizado na presença de um agente de retenção, para assegurar que uma quantidade suficiente das partículas da substância é mantida em contacto com, ou na proximidade das fibras, durante tempo suficiente para proporcionar o efeito desejado. Exemplos de agentes de retenção preferidos são polissacáridos, tais como amido, derivados de celulose, goma de xantana e goma de guar, e homopolímeros produzidos sinteticamente tais como poliacrilamida (PAM), amina de poliamida (PAA), cloreto de polidialildimetilamónio (poliDADMAC), imina de polietileno (PEI) e óxido de polietileno (PEO), ou copolímeros seus derivados.
Embora a substância possa permanecer nos flocos após o desfibramento, isto não é considerado essencial para o invento. De facto, mesmo que menos de cerca de 65%, digamos menos do que 30%, ou mesmo tão pouco quanto 1% da substância utilizada no tratamento esteja presente nos flocos após desfibramento, o efeito de sorção é igual e notavelmente melhorado quando comparado com a pasta em flocos produzida a partir de pasta não tratada. Contudo, em alguns casos pode ser vantajoso deixar uma quantidade substancial da substância permanecer nos flocos, por exemplo quando a substância é um zeólito hidrófobo, proporcionando características de eliminação de odores aos artigos absorventes, e.g. fraldas e dispositivos menstruais, tal como revelado em US-A-4,826,497 e WO-A-91/11977; contudo,
85 192 ΕΡ Ο 889 993 / ΡΤ 4 será de notar que nesses documentos o zeólito é utilizado quer em posições separadas da pasta em flocos, quer misturado com os flocos após desfibramento. O presente invento também se refere a pasta em flocos obtenível através do presente processo. Como é evidente a partir dos Exemplos seguintes, uma tal pasta em flocos mostra características de sorção surpreendentemente boas quando comparada com pasta em flocos misturada com zeólito ou carvão activado de acordo com a arte anterior, i.e. após desfibramento. A causa deste efeito melhorado é desconhecida, mas tal é obviamente devido a alguma característica da pasta em flocos imposta pelo processo de aplicação específico. O invento também se refere à utilização de uma substância hidrófoba do tipo presente para o tratamento de fibras celulósicas, para melhorar a capacidade de sorção de materiais absorventes que compreendem as fibras, por exemplo tal como pasta em flocos ou papel higiénico, e.g. tecido macio. Além disso, refere-se a um processo para a produção de material absorvente, incluindo por exemplo tecido ou não-tecido formado a seco, o que compreende fibras celulósicas tratadas como indicado anteriormente com uma substância hidrófoba antes do desfibramento; também se refere a artigos absorventes tais como pensos higiénicos, forros de cuecas, tampões, faixas de fraldas, artigos para a incontinência de adultos e semelhantes, nos quais é utilizada a pasta em flocos obtenível através do processo presente.
As fibras que constituem a folha de pasta são geralmente obtidas por desintegração de madeira, convencionalmente na forma de aparas, até à obtenção de fibras ou feixes de fibras; no contexto presente, o conceito de "feixes de fibras" é considerado equivalente ao conceito de "fibras". As fibras separadas podem ser obtidas por meio de qualquer processo de fabrico de pasta conhecido de um perito na arte, e.g. por um processo para produção de pasta mecânica (MP), pasta de madeira triturada com pedra (SGW), pasta de madeira triturada com pressão (PGW), pasta mecânica refinada (RMP), pasta termomecânica (TMP), pasta quimio-mecânica (CMP) ou pasta quimio-termomecânica (CTMP), embora as pastas preferidas sejam pastas químicas, tais como por exemplo pastas de sulfato e de sulfito. Contudo, as fibras celulósicas podem ser vantajosamente fibras de algodão. Outra fonte plausível de fibras são fibras recicladas de papel de refugo. O presente invento é ilustrado com maior detalhe a seguir, por meio de Exemplos. Excepto quando indicado em contrário, as partes e percentagens fornecidas em seguida são em peso. Nos Exemplos, foram utilizadas as substâncias de acordo com a Tabela I; as substâncias A a N são zeólitos e a substância O é um carvão activado.
85 192 ΕΡ Ο 889 993 / ΡΤ 5
Tabela I Substância Hidrofobicidade, % Relação molar Si02/Al20-> Tipo A 0,03 900 ZSM-5 B 0,14 35 ZSM-5 C 0,15 35 ZSM-5 D 0,24 29 Y E 0,27 25 Y F 0,28 29 Y G 0,30 5,1 Y H 0,46 12 Y I 0,81 5,2 Y J 0,81 5,2 Y K 0,83 5,5 Y L 0,99 2,6 X M 0,99 2 A N 0,99 2 A O carvão activado
As hidrofobicidades dos zeólitos indicadas na Tabela I foram determinadas por meio do referido Teste do Butanol Residual, descrito em GB-A-2,014,970. Neste teste, o zeólito é activado por aquecimento em ar, durante 16 h a 300°C. Depois, 10 partes em peso do zeólito assim activado são misturados com uma solução que consiste em 1 parte em peso de i-butanol e 100 partes em peso de água. A lama resultante é agitada lentamente durante 16 h a 25°C. Por fim, o teor residual de i-butanol na solução é determinado e indicado em percentagem em peso. Como tal, um valor baixo indica um elevado grau de hidrofobicidade.
Carvão activado é o nome colectivo para um grupo de carvões porosos fabricados quer por tratamento de carbono com gases, quer por carbonização de materiais carbonáceos, com activação simultânea por tratamento químico; uma descrição mais detalhada de carvões activados é dada em "Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry" (Vol. A 5, pág. 124 e seguintes), 1986.
As áreas superficiais específicas foram determinadas por um método baseado em DIN 66131 (Julho 1993), o chamado método BET, no qual as áreas são determinadas utilizando um ponto da isotérmica de adsorção a uma pressão relativa p/p0 de 0,03, sendo p a pressão do gás adsorvido nesse método e sendo p0 a pressão de vapor de saturação para o mesmo gás. Para carvão activado, a área superficial específica era cerca de 1000 m /g, para zeólitos do tipo ZSM-5 e tipo A era cerca de 500 m2/g, ao passo que os zeólitos X e Y
85 192 ΕΡ Ο 889 993 / ΡΤ 6 mostraram uma área superficial específica de cerca de 800 m2/g.
Nos Exemplos seguintes, a pasta em flocos obtida foi testada quanto ao re-humedecimento, e em alguns Exemplos também relativamente à taxa de captação. O método de teste para a determinação da taxa de captação foi o SC-AN-C 33:80, no qual amostras de pasta em flocos de 3 g, tendo um diâmetro de 50 mm são posicionadas verticalmente e carregadas com um peso de 500 g em cima. Deixa-se a amostra absorver água por baixo, e o tempo até que a água penetre através da superfície superior da amostra é determinado automaticamente por meio de um detector electrónico. Quanto menor for o tempo para a penetração da superfície superior, maior é a taxa de captação da pasta em flocos. No método de teste para a determinação de re-humedecimento ou capacidade de retenção de líquido, uma amostra de pasta em flocos de 3 g, possuindo um diâmetro de 50 mm é posicionada verticalmente e carregada com um peso de 1 kg em cima durante 30 s, e depois é aliviada. São aplicados 10 ml de água à amostra durante um período de tempo de 10 s, e deixa-se o líquido escorrer da amostra durante 30 s, após o que a amostra é carregada com um peso de 1 kg durante 4 minutos. São colocadas em cima da amostra 15 folhas de papel de filtro, de 8 x 8 cm, e a amostra e as folhas combinadas são carregadas com um peso de 5 kg durante um minuto adicional, após o que as 15 folhas são pesadas. O aumento de peso das folhas é devido a re-humedecimento. Assim, um pequeno incremento de peso indica um baixo re-humedecimento.
Exemplos 1-14: 10 g de pasta de sulfato foram molhados durante 10 minutos em 500 ml de água num desfíbrador laboratorial. O lote assim obtido foi desidratado através do pano de filtro de um molde de teia, produzindo folhas de pasta tendo diâmetros de 210 mm. Foram pulverizados sobre as folhas 15 g de soluções aquosas contendo 0,2% de substância hidrófoba, em todos os Exemplos com excepção do Exemplo 1, que é o exemplo de comparação. A quantidade de substância hidrófoba adicionada a cada folha correspondeu a 3 kg de substância/ton de pasta seca. As folhas foram secas a 60°C durante 120 minutos e depois desfibradas em flocos num moinho de martelos. A pasta em flocos foi formada em três amostras, cada uma de 3 g. As amostras de flocos assim obtidas foram testadas, em condições ambiente de cerca de 23°C e 50% HR, no que respeita ao re-humedecimento, tal como é indicado na seguinte Tabela II. 7 85 192 ΕΡ Ο 889 993 / ΡΤ
Tabela II Pasta de sulfato, 3 kg de substância hidrófoba / ton métrica de pasta Substância adicionada por pulverização Substância Ex Re-humedecimento, g Ref 1 5,0 A 2 4,5 B j 4,2 C 4 4,4 D 5 4,0 F 6 3,2 G 7 3,8 H 8 4,1 I 9 4,2 J 10 4,7 L 11 4,5 M 12 4,1 N 13 4,4 0 14 4,4 A pasta em flocos produzida de acordo com o presente invento possui uma capacidade de retenção de líquido evidentemente melhor do que a pasta não tratada.
Exemplos 15-21: O procedimento utilizado nos Exemplos 1-14 foi repetido, excepto que a substância hidrófoba foi adicionada durante o humedecimento inicial, em vez de ser pulverizada. Aqui, o exemplo 15 é o exemplo de comparação, i.e. sem qualquer substância hidrófoba adicionada. As amostras de flocos obtidas foram testadas quanto ao re-humedecimento, tal como se mostra na seguinte Tabela III.
Tabela ΠΙ Pasta de sulfato, 3 kg de substância hidrófoba / ton de pasta Substância adicionada por pulverização Substância Ex Re-humedecimento, g Ref 15 5,0 B 16 4,8 C 17 4,5 D 18 4,5 F 19 4,6 G 20 4,2 I 21 4,7
85 192 ΕΡ Ο 889 993 / ΡΤ 8 A pasta em flocos produzida de acordo com o presente processo possui uma capacidade de retenção de líquido melhor do que a pasta não tratada.
Exemplos 22-26: Foi repetido o procedimento delineado em relação aos Exemplos 1-14, embora aplicado a pasta de sulfito. O Exemplo 22 é o exemplo de comparação, sem adição de substância hidrófoba. Os resultados são mostrados na seguinte Tabela IV.
Tabela IV Pasta de sulfato, 3 kg de substância hidrófoba / ton de pasta Substância adicionada por pulverização Substância Ex Re-humedecimento, g Ref 22 5,15 C 23 4,37 F 24 4,22 L 25 4,84 N 26 4,55 A pasta em flocos produzida de acordo com o presente processo possui uma capacidade de retenção de líquido melhor do que a pasta não tratada.
Exemplos 27-29: O procedimento delineado em relação aos Exemplos 1-14 foi repetido, embora aplicado a pasta quimio-termomecânica (CTMP); as taxas de captação foram também determinadas. O Exemplo 27 é um exemplo de comparação, sem adição de substância hidrófoba. Os resultados são apresentados na seguinte Tabela V.
Tabela V CTMP, 3 kg de substância hidrófoba / ton de pasta Substância adicionada por pulverização Substância Ex Taxa de captação Re-humedecimento, g Ref 27 12 5,00 C 28 11 4,32 F 29 8,2 4,41 A pasta em flocos produzida de acordo com o presente processo possui evidentemente uma maior taxa de captação e uma capacidade de retenção de líquido melhor do que a pasta não tratada.
Exemplos 30-32: O procedimento delineado em relação aos Exemplos 1-14 foi
85 192 ΕΡ Ο 889 993 / ΡΤ 9 repetido, embora aplicado a algodão; as taxas de captação foram também determinadas. O Exemplo 30 é um exemplo de comparação, sem adição de substância hidrófoba. Os resultados são apresentados na seguinte Tabela VI.
Tabela VI Algodão, 3 kg de substância hidrófoba / ton de pasta Substância adicionada por xilverização Substância Ex Taxa de captação Re-humedecimento, g Ref 30 5,1 6,54 C 31 4.6 6,24 F 32 4,4 6,00 A pasta em flocos produzida de acordo com o presente processo possui evidentemente uma maior taxa de captação e uma capacidade de retenção de líquido melhor do que a pasta não tratada.
Exemplos 33-38: O procedimento delineado em relação aos Exemplos 1-14 foi repetido, embora no método de teste para a determinação do re-humedecimento tenha sido utilizada uma solução aquosa cujas propriedades relevantes para o teste eram similares às do sangue. Esta solução continha 10 g/1 de NaCl, 80 g/I de glicerol, 4 g/1 de NaHC03; a viscosidade da solução foi ajustada a cerca de 12 cP, por adição de carboximetilcelulose (CMC), e a tensão superficial foi ajustada a cerca de 50 mN/m por adição de um tensioactivo não-iónico. O Exemplo 33 é um exemplo de comparação, sem adição de qualquer substância hidrófoba. Os resultados são apresentados na seguinte Tabela VII.
Tabela VII Pasta de sulfato, 3 kg de substância hidrófoba / ton de pasta Substância adicionada por pulverização Substância Ex Re-humedecimento, g Ref 33 4,50 E 34 3,81 F 35 3,60 H 36 3,96 K 38 4,26
Assim, também no que respeita a sangue, a pasta em flocos produzida de acordo com o presente processo possui uma melhor capacidade de retenção de líquido do que a pasta não tratada. 10 85 192 ΕΡ Ο 889 993 / ΡΤ
Exemplo 39: A substância F foi adicionada a pasta de sulfato, directamente ao lote ou por pulverização numa folha de pasta. A pasta tratada foi então desfibrada em flocos, e foi determinado o teor remanescente da substância F nos flocos. Para além disso, foi realizado um teste comparativo, de acordo com a arte anterior, no qual a substância F foi aplicada a pasta de sulfato desfibrada a seco (i.e. pasta em flocos). Estas três amostras de pasta em flocos foram testadas quanto a re-humedecimento. Os resultados são apresentados na seguinte Tabela VIII.
Tabela VIII Método de aplicação Quantidade de substância F adicionada, kg/t Quantidade remanescente de substância F nos flocos, kg/t Re-humedecimento, σ s Substância hidrófoba seca sobre flocos secos (arte anterior) 0,6 0.6 4,56 Adição ao lote 3 0,6 4,44 Adição por pulverização l 0,6 4,35
Embora os três produtos de pasta em flocos obtidos contenham a mesma quantidade de substância F, as suas propriedades são assim claramente diferentes, como é evidenciado pelo facto de a pasta em flocos produzida de acordo com o presente processo possuir características de re-humedecimento significativamente melhores.
Por EKA CHEMICALS AB - O AGEN1
ENG.· ANTÓNIO JOÃO DA CUNHA FERREIRA
Ag. Of. Pr. Ind.
Ruo das Flores, 74 - 4. 1B@Q LISBOA

Claims (14)

  1. 85 192 ΕΡ Ο 889 993 / ΡΤ 1 - Processo para a produção de pasta em flocos possuindo uma capacidade de sorção melhorada, no qual uma folha de fibras celulósicas é desfibrada em flocos, caracterizado por antes do desfibramento a folha de fibras ser tratada na presença de água com uma substância hidrófoba possuindo uma área superficial específica de pelo menos cerca de 50 m2/g.
  2. 2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por antes do tratamento as fibras possuírem um teor seco de pelo menos cerca de 20%.
  3. 3 - Processo de acordo com a reivindicação l ou 2, caracterizado por a substância ser carvão activado ou um zeólito possuindo uma hidrofobicidade inferior a cerca de 0,99 porcento em peso de butanol residual, tal como determinado pelo Teste do Butanol Residual.
  4. 4 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-3, caracterizado por as fibras serem pulverizadas ou regadas com uma mistura compreendendo a substância e água.
  5. 5 - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4, caracterizado por as fibras serem suspensas numa solução aquosa durante o tratamento, antes da formação da folha.
  6. 6 - Pasta em flocos obtenível por um processo de acordo com qualquer reivindicação precedente.
  7. 7 - Artigo absorvente compreendendo pasta em flocos de acordo com a reivindicação 6.
  8. 8 - Utilização de uma substância hidrófoba possuindo uma área superficial específica superior a 50 m2/g para o tratamento de fibras celulósicas, de modo a melhorar a capacidade de sorção do material absorvente que compreende as fibras.
  9. 9 - Utilização de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por a substância hidrófoba ser carvão activado ou um zeólito possuindo uma hidrofobicidade inferior a cerca de 0,99 porcento em peso de butanol residual, tal como determinado pelo Teste do Butanol Residual.
  10. 10 - Processo para a produção de material absorvente compreendendo fibras celulósicas, obtido pelo desfibramento de uma folha de tais fibras, cuja estrutura possui capacidade de sorção melhorada, caracterizado por as fibras celulósicas, antes do desfibramento da folha, terem sido tratadas na presença de água com uma substância hidrófoba possuindo uma área 85 192 ΕΡ Ο 889 993 / ΡΤ 2/2 superficial específica de pelo menos 50 m2/g.
  11. 11 - Material absorvente obtenível por um processo de acordo com a reivindicação 10.
  12. 12 - Material absorvente de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o material ser não-tecido ou tecido formado a seco.
  13. 13 - Material absorvente de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o material ser pasta em flocos. Lisboa,
  14. 28. JUN. 2000 Por EKA CHEMICALS AB - O AGENTE OFICIAL -
    ENG* ANTÓNIO ΙΟλβ DA CUNHA FERREIRA Ag. Of. Pr. Ind. Rua das Flores, 74 - 4»* leoo LISBOA
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