PT90411B

PT90411B - Processo para a producao de produtos de papel macio, melhorados, e processo de tratamento de pasta de papel

Info

Publication number: PT90411B
Application number: PT90411A
Authority: PT
Inventors: Mary Ladelle Minton
Original assignee: Potlatch Corp
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1995-05-04
Also published as: MX174560B; FI905299A0; AU625299B2; JPH03504030A; KR900700687A; CA1313599C; PT90411A; EP0414802A1; WO1989010446A1; US4976819A; BR8907405A; AU3731489A

Description

MEMORIA descritiva presente inuento refere-se em primeira análise a métodos para a manipulação ou tratamento de pasta de papel de forma a melhorar propriedades particulares nos produtos de papel acabados produzidos a partir de tal pasta de papel.

presente invento surgiu inicialmente da necessidade de produzir produtos de papel fino tipo gaze a partir de madeiras ma cias ocidentais. As madeiras macias ocidentais produzem produtos algo ásperos. SSo misturadas frequentemente diferentes espécies de pastas com pastas de madeira macia de forma a melhorar a maciez. Contudo nalgumas fábricas de papel, não está facilmente disponível uma grande variedade de espécies para mistura. A pasta comprada pode ser mais cara que a pasta fabricada a partir de madeiras macias mais facilmente disponíveis a estas fábricas de papel, Como tal, aspectos económicos ditam que o papel fino tipo gaze seja fBito sobretudo a partir de pasta produzida no local.

Podem fazer-se pequenos melhoramentos à maciez fino tipo gaze por métodos tais como adiçSes químicas, do enrugar e outras operaçães da fabricação do papel e tos posteriores tais como a gravação em relevo. Estes dem, nem sempre, produzir a macieza requerida.

do papel optimização tratamenmôtodos p_o

Os procedimentos anteriores tinham em conta que os tratamentos mecânicos específicos de algumas pastas antes da sua forma ção numa folha podem aumentar a macieza. Por exemplo, a Patente Americana Ns. 4 036 679 de 8ack et al. revelam um tratamento por refinação num disco para tratar a pasta de forma a melhorar várias propriedades, incluindo a macieza. 0 processo utiliza a alimenta ção da pasta seca de uma consistência de aproximadamente 70% a 90% O.D. em peso através de um refinador de disco. A pasta à sa_í da do refinador, é afobada e transformada em fibras, tem 0 seu vjg lume aumentado, resistência à tracção diminuída, absorvência aumentada, liberdade aumentada, e macieza melhorada. A manipulação desta pasta seca e afobada tém algumas dificuldades. Há, também custos adicionais associados à secagem ou remoção de água a partir da pasta para atingir uma consistência de 70% a 90%.

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-3A patente Americana NS. 2 516 384 de Hill et al. e um artigo de autoria de Hill e outros (H. S. Hill, 3. Ediuards e L. R. Beath, Curlated Pulp - A Neu/ Approach to Pulp Processing, Paper Trade Journal, pp. 19-27, Março 17, 1949) revela um processo de tratamento mecânico da pasta de forma a conferir encrespamento e incidentalmente macieza usando uma pasta de consistência mais bai_ xa que aquela usada pela patente de Back et al.. No processo de Hill, uma pasta de consistência entre 2% e 60$ é confinada sobre pressão mecânica entre dois elementos que estão em movimento relei tivo giratório ou reciproco. Isto cria nódulos ou bolas de pasta entre os elementos de trabalho opostas. Embora Hill et al. recla mem que o encrespamento conferido às suas fibras seja permanente, o efeito revelou ser temporário. Por exemplo, a patente ‘679 de Back et al. indica que a modificação da fibra de Hill et al. não era de natureza permanente uma vez que uma grande parte das contorções, cocas e pregas se dissiparam após uma periodo de 24 a 48 horas. Foi teorizado que este facto era devido à quantidade subs tancial de água que circunda e está contida nas fibras, a qual tende a reduzir a quantidade de distorção estrutural definitiva que pode de outro modo resultar. (Patente Americana NS. 4 036 679 coluna 1, linha 62 através da coluna 2, linha 6. Mais ainda, o artigo de Hill et al. indica que a liberdade do seu produto aumeri ta apenas levemente sob as condiçoes óptimas e decresce tipicame_n te depois deste ser fortemente trabalhado.

encrespamento, contorção e coca das fibras pode tambám originar melhorias no processo de fabricação de papel para o produto acabado, para lá do aumento da macieza. Por exemplo, Hill et al. no seu artigo reconhecem que 0 encrespamento aumenta a remoção da água da pasta húmida na parte húmida da prensa ou calandra (couch section) da máquina de papel onde se aplica pressão para espremer água da folha. Também reconhecem que o encrespamen to aumenta a perda de vapor de água na secagem, embora nenhum dej3 tes efeitos fosse quantificado. Podem ainda ser realizados outros melhoramentos.

As Figs. 1 e 2 mostram microfotografias de folhas formadas a partir de pasta tratada de acordo com o invento e a partir

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-4de pasta não tratada.

Num aspecto do invento, é fornecido um método para a produção de um produto de papel de macieza melhorada através da mani pulação da pasta anteriormente às sua formação numa folha na máquina de papel. A pasta com consistência até 50% O.D. ê tratada mecanicamente por torção, remoção de água e compactação, para con torcer e cocar permanentemente as fibras individuais até um grau de irreversibilidade substancial quando elas forem sujeitas aos passos subsequentes do processo de fabricação de papel. A torção, remoção de água e compactação ocorrem de preferência simultaneamente. A pasta tratada tem liberdade melhorada, resistência à tracção reduzida, volume aumentado, resistência ao rasgo reduzida, e ô mais macia que a mesma pasta que não tenha sido tratada mecani camente dessa forma para contorcer e cocar as fibras individuais. Acredita-se que a compactação das fibras cocadas e contorcidas du, rante um certc período de tempo torna estas características mais permanentes e possibilita-lhes a sobrevivência aos passos subsequentes de fabricação de papel.

dispositivo mecânico preferido para o tratamento de po_l pa é um alimentador de parafuso-bujão que movimenta a pasta ao lojn go de um percurso anular dB volume decrescente. 0 alimentador de parafuso-bujão deve possuir de preferência uma taxa de compressão nominal de desde 2,0:1 a 3,0:1, e descarregará a pasta tipicamente a cerca de cinquenta a sessenta por cento O.D..

Podem também usar-se outros dispositivos diferentes dos alimentadores de parafuso-bujão para tratar a pasta até cerca de 50% O.D. sem nos afastarmos dos princípios e alcance do invento.

A pasta tratada ó então processada num produto de papel acabado usando máquinas de papel e técnicas de fabrico de papel convencionais. Deve minimizar-se o excessivo calor, agitação ou atrito antes de passar a pasta à alimentação da máquina.

As pastas de consistência de até cerca de 50% O.D. tratadas de acordo com este aspecto do invento para melhorar a macieza exibirão tipicamente uma liberdade melhorada em pelo menos 5%; uma resistência à tracção reduzida em pelo menos 50%; um volume

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aumentado em pelo menos 20$; uma resistência ao rasgo reduzida em pelo menos 10$; e uma capacidade de absorção e velocidade de absorvência aumentada em pelo menos 10$ em relação à mesma pasta que não tenha sido tratada mecanicamente para contorcer e cocar as fibras individuais. Na altura da elaboração deste documento, observaram-se as seguintes modificações quando o alimentador de parafuso-bujão foi usado para tratar diversas pastas: liberdade aumentada em 52$; resistência à tracção reduzida em 07$; volume aumentado em 56$; resistência ao rasgo reduzida em B7$; capacidade de absorção aumentada em 46$; velocidade de absorvência aumentada em 71$. Quando se utiliza um alimentador de parafuso-bujão ou um dispositivo semelhante, o fluxo de pasta à saída é de preferência algo restringido de forma a conferir um carácter o mais duradouro possivel a estas propriedades da pasta. Um exemplo de tal dispositivo para restrição do fluxo á uma válvula (blouj-back damper) , a qual é usada convencionalmente para regular a alimentação da pasta a um digestor. Outro exemplo de tal disp_o sitivo de restrição de fluxo ê um tubo de descarga estendido com ou sem um restrictor mecânico de fluxo adicional.

As Tabelas 1-3 mostram as propriedades das amostras teste

1-4 que compreendem pasta tratada de acordo com o invento, em com paração com as mesmas propriedades da pasta de controlo não trata da. Cada uma das amostras de pasta de teste 1-4 foi tratada com um alimentador de parafuso-bujão a cuja salda foi adaptada uma válvula (blou/-back damper). A Tabela 1 ilustra os resultados dos testes Standard de papel, em pasta em forma de folhas manufactura das de 0,5 gm. Os testes foram realizados e as folhas feitas pri meiramente de acordo com as normas Standard TAPPI. As diferenças em relação às normas Standard são anotadas abaixo.

Folhas manufacturadas: a pasta foi preparada por desintegração a quente em água a ferver durante dez minutos com um agitador a 3 000 rpm e diluída até uma consistência de 0,3$. As folhas foram então formadas.

Secagem: as folhas foram secas numa chapa quente, em oposição à prensagem. As folhas foram

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Resistência (VRA) Valor ç3o de água colocadas entre redes de 200 malhas/cm e mantidas assim durante 1 a 2 minutos a

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Volume: o volume sem compressão foi determinada através de um medidor de espessura TMI (Testing Machines, Inc.) Modelo 49-21-00 e dividido pelo peso base.

tracç3o: a resistência à tracçáo foi testada em faixas de uma polegada de largura e a lei. tura em gramas foi dividida pelo peso base.

de reteri : o método usado foi descrito por 0. G. Pe_n niman no número de Maio 30, 19B1 do Paper Trade Journal, nas páginas 44 e 45.

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Propriedades de folhas manufacturadas fabricadas a partir de pasta tratada e não tratada

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-8A pasta de controlo 1 consiste essencialmente de madeiras macias ocidentais compreendendo principalmente pinho vermelho (Douglas fir), pinheiros genuínos e pinheiros ocidentais (Western pines). As amostras de teste 1 e 2 eram fracçães da pasta de co/} trolo 1 que foram alimentadas a alimentadores de parafuso-bujão de taxas de compressão diferentes, como se indica na Tabela 1. A consistência de pasta de controlo 1 analisada, e a das amostras teste 1 e 2 alimentadas aos alimentadores de parafuso-bujão, foi de 36/0. A consistência da pasta á saída do alimentador de parafu so-bujão da amostra teste 1, foi de 50/, enquanto que a da pasta à saida do alimentador de parafuso-bujão de amostra teste 2 foi de 53%. Até esta altura, não era compreendida a razão de no alimentador de parafuso-bujão de razão de compressão mais baixa se remover ligeiramente mais água que no alimentador de parafuso-bujão de maior taxa de compressão. Este facto deve-se provavelmente a uma função de eficácia do movimento de enchimento do parafuso na entrada de câmara do parafuso.

Mais ainda, a consistência de saída não á necessariamente um indicador directo do grau dos efeitos do tratamento. Tal como é evidente da Tabela 1, há mudanças significativas nas propriedades mensuráveis da pasta resultantes do tratamento mecânico.

A macieza é uma característica subjectiva não havendo tes^ te Standard para a sua detecção da sua presença. A tabela 2 ilus tra as médias dos resultados do painel de testes de tacto de folhas manufacturadas feitas a partir de várias pastas. Pediu-se a onze especialistas para atribuirem a cada amostra uma macieza relativa numa escala de 1 a 10, sendo 10 definido como o mais macio e 1 definido como o menos macio.

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Macieza das folhas e outras propriedades para pastas diferentes

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Controlo 2 (consistência 5$)

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-10A pasta de controlo 2 consistindo, essencialmente, da pas. ta de madeira macia do ocidente Fluída com uma consistência até 5%. A pasta de controlo 3 consistindo, essencialmente, de Fibras de pinheiro Oack e pinheiro vermelho. Um Frotapulper (uma marca registada que se supõe ser propriedade de Kamyr Inc. de Glen Falis, N.Y.) é um dispositivo que é, presentemente, usado principalmente para tratar resíduos químicos de pasta e pasta de sulFito desresinada.

A Tabela 2 também indica o Índice de encrespamento (a razão entre o comprimento projectado da Fibra e o comprimento actual da Fibra). 0 resultado indica que o encrespamento, por si próprio, não está, directamente, correlacionado com a macieza. A Tabela 2 também ilustra que a resistência à tracção decresce geralmente com o aumento da macieza enquanto o volume sem compressão aumenta geralmente. 0 aumento da macieza é suposto ocorrer independentemente da pasta ser composta por madeiras duras, madeiras macias ou uma mistura das duas.

A Fig. 1 mostra microFotograFias com uma ampliação de 140X de Folhas manuFacturadas Formadas a partir de polpa tratada de acordo com o invento e a partir de polpa não tratada. As microFo tograFias mostram que as Fibras das Folhas manuFacturadas tratadas Foram signiFicativamente cocadas, enroladas e contorcidas. As Fibras não exibem qualquer Fibrilação (desFiar das paredes das Fi bras), ou esmagamento interno que poderia causar Fibras para reter água ou desenvolver superFlcies de ligação que contribuiriam para o aumento de dureza ou redução da macieza. Isto explica pelo menos parcialmente os valores reduzidos de l/RA (valores de retenção de água) para a pasta tratada reFerida na Tabela 1.

Prevê-se que o processo de preparação do presente invento tenha aplicação especíFica no tratamento de pasta química composta principalmente por madeiras macias tais como pinheiros Balsam, pinheiros vermelhos (Douglas Fir) e pinheiros ocidentais (Western Pines), que tenham sido totalmente branqueadas e quimica mente tratadas e dirigidas à produção de produtos de papel Fino tipo gaze. De acordo com o processo preFerido, a pasta química seria processada até uma consistência de cerca de 5+ a 20% O.D..

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-11Em seguida, tal pasta seria passada através de um alimentador de parafuso-bujão com uma razão de compressão nominal de pelo menos 2,0:1 b de preferência possuindo a sua saida restringida por uma válvula (blou-back damper) ou outro dispositivo de restrição. A pasta à salda do alimentador de parafuso-bujão terá uma maior liberdade, uma resistência à tracção reduzida, maior volume e uma resistência ao rasgo menor do que a da mesma pasta que não tenha sido passada através de um alimentador de para fus α-bu jão para con torcer e cocar as fibras individuais. 0 produto de papel produzi, do pelo menos parcialmente a partir de tal pasta exibirá uma maci_e za substancialmente melhorada em relação à mesma pasta que não tj3 nha sido tratada.

Para lá de aumentar a macieza nos produtos de papel fino tipo gaze, a pasta tratada de acordo com o invento, verificou-se que melhora alguns aspectos do processo de fabricação de papel e de produzir outras melhorias nos produtos de papel produzidos pelo menos parcialmente a partir de tal pasta. Uma das melhorias refere-se à capacidade de drenagem da pasta. A capacidade de drje nagem é de primeira importância na secção inicial de remoção de água de uma máquina de papel em que a pasta é moldada em forma de uma folha e a sua água removida através de um suporte de rede. Neste passo do processo, as fibras de pasta mais finas ou pequenas são retiradas, normalmente, através da rede de arame pelos \já rios elementos de remoção de água posicionados directamente por z

debaixo da rede. E do conhecimento geral que a presença destas fibras finas na pasta no processo de remoção de ãgua produz uma redução na capacidade de drenagem inerente. Também, em teste de laboratório se correlaciona a liberdade com a capacidade de drenagem. Quanto maior a liberdade, maior a capacidade de drenagBm da pasta. De acordo com este facto, a pasta tratada, segundo pro cesso de preparação do invento, de forma a contorcer e cocar as fibras individuais resultará na maior capacidade de drenagem da pasta na secção de moldagem e maior capacidade de prensagem e maior capacidade de prensagem na secção de prensagem da máquina de papel, como indicado pelo aumento de liberdade e valores de rete_n ção de água (l/RA) menores, independentemente da pasta e indepen69 069

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-12dentemente do produto de papel a ser produzido. Isto permite maiores velocidades na máquina de papel.

Obtêm-se também melhorias na capacidade de drenagem da pasta com alto teor em fibras finas, tratando-as em pasta, de acordo com o invento. Por exemplo, a água que foi removida da sec ção húmida da máquina de papel por debaixo da rede é recolhida e passada através de um dispositivo de peneiração referido corrente mente, em inglês, por saveall que tem um tapete em pasta para recolher as fibras finas. Este dispositivo tem a função de um p_e neiro que separa as fibras finas e pequenas da água de forma a que elas possam ser recicladas para nova passagem através da máquina de papel. 0 produto à salda deste dispositivo tem tipicamente uma consistência de entre 4 e 15% O.D.. Determinou-se que o tratamento mecânico das pastas com alto teor em fibras finas à salda do saveall de acordo com o invento antes da sua alimentação no inicio do processo confere melhorias significativas na capacidade de drenagem da folha em formação. A folha em formação tendo adicionado a pasta tratada, exibirá uma maior liberdade na obtenção do aumento da capacidade de drenagem e prensagem para lá de qualquer efeito que possa atingir a resistência à tracção, volume ou resistência ao rasgo do produto de papel acabado.

A Tabela 3 ilustra os resultados dos testes para outra pasta de controlo (controlo 4) obtida a partir do saveall e da mesma pasta tratada com um alimentador de parafuso-bujão com uma taxa de compressão nominal de 5,5 a 1 (Amostra teste 4). A pasta de controlo 4 é também composta, essencialmente, por pasta criada a partir de madeiras macias ocidentais compreendendo principalmejn te pinheiroBalsam (Balsam Firs), pinheiro vermelho (Douglas Fir) e pinheiros ocidentais (Western Pines). Possuia um teor elevado de fibras finas e uma consistência de 6%, ambas analisadas e alimentadas ao alimentador de parafuso-bujão. A consistência da pa_s ta da amostra teste 4 à saída do alimentador de parafuso-bujão era de 46%.

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-14Outras melhorias ocorrem por adição de pasta tratada de acordo com o invento no inicio do processo independentemente do produto de papel em produção e independentemente da pasta de alimentação ser recuperada a partir do saveall. Por exemplo, a pasta tratada revelou perder vapor de água mais facilmente que a pasta não tratada na secção de secagem da máquina de papel. Isto resultará em menos consumo de vapor (energia). Testes práticos, com máquinas de papel, demonstraram poupanças de 12,5% no consumo de gás natural (por exemplo, 55 milhães BTU/tonelada de produção). Isto corresponderia a poupanças de energia de secagem de 5% onde cerca de 50% da pasta alimentada à máquina tiver sido tratada de acordo com o processo de preparação do invento.

Mais ainda, a pasta tratada é também útil na melhoria de produtos de cartão. 0 cartão de várias camadas produzido com pas^ ta tratada na camada dobrada intermédia permite a redução do peso das folhas base devido ao aumento no volume da pasta, mantendo ainda a espessura global.

Claims

REIVINDICAÇQES

1 - Processo para a produção de produtos de papel macio melhorados por tratamento mecânico de pasta com uma consistência de até 50% O.D., caracterizado por compreender os passos de:

torção, remoção de água e compactação da pasta de modo a contorcer e cocar permanentemente as fibras individuais a um grau substancialmente irreversível quando elas são sujeitas subsequentemente aos passos do processo de fabricação do papel, possuindo a pasta tratada, (a) liberdade aumentada (b) resistência à tracção reduzida (c) maior volume, e (d) resistência ao rasgo reduzida em relação à mesma pasta que não tenha sido tratada mecanicamente deste modo; e processamento da pasta tratada num produto de papel, possuindo este produto de papel uma maior macieza que um pro duto de papel fabricado a partir da mesma pasta que não tenha sido mecanicamente tratada desta forma.
2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteriza do por o passo de processamento da pasta de fibras tratada incluir diluição da pasta de fibras tratada até uma consistência mais fluida; e agitação da pasta diluída durante um período de tempo suf_i ciente, a uma temperatura suficiente, para suspender substancialmente e individualmente as fibras cocadas e contorcidas e para des. truir quaisquer agregados de fibras criados durante o passo de tra tamento mecânico.
3 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteriza do por o passo de torção, remoção de água e compactação da pasta compreender a deslocação da pasta ao longo de um percurso anular de volume decrescente.
4 - Processo de acordo com a reivindicação 3, caracteriza

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-16do por o passo de torção, remoção de água e compactação da pasta compreender a passagem da pasta através de um alimentador de para f uso-bujão.
5 - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracteriza do por compreender ainda:

a restrição do fluxo de pasta que sai do alimentador de parafuso-bujão.
6 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteriza do por a torção, remoção de água e compactação da pasta ocorrerem simultaneamente.
7 - Processo de manipulação de pasta, caracterizado por compreender os passos de:

tratamento mecânico da pasta com uma consistência de até 50% O.D. por torção, remoção de água e compactação da pasta de forma a contorcer e cocar permanentemente as fibras individuais a um grau substancialmente irreversível quando elas forem subsequen temente sujeitas aos passos do processo de fabrico do papel, possuindo a pasta tratada uma maior capacidade de drenagem na secção húmida da máquina de papel em relação â mesma pasta que não tenha sido torcida, a que não se tenha tirado a água e compactado de forma a contorcer e cocar as fibras individuais.
8 - Processo de acordo com a reivindicação 7, caracteriza do por o passo de torção, remoção de água e compactação da pasta compreender a deslocação da pasta ao longo de um percurso anular de volume decrescente.
9 - Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o passo de torção, remoção de água e compactação da pasta compreender a passagem da pasta através de um alimentador de parafuso-bujão.
10 - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender:

a restrição do fluxo de pasta que sai do alimentador de parafuso-bujão.

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Ρ04-005

-1711 - Processo de tratamento de pasta, caracterizado por compreender os passos de:

passagem da pasta, com uma consistência de até 50% O.D., através de um alimentador de parafuso-bujão possuindo uma razão de compressão nominal de 2,0:1 a 0,0:1 de forma a torcer, remover a água e compactar a pasta e a contorcer e cocar permanentemente as fibras individuais até um grau que é substancialmente irreversível quando são subsequentemente sujeitas aos passos do processo de fabricação do papel.
12 - Processo de acordo com a reivindicação 11, caracteri zado por compreender ainda:

a restrição do fluxo de pasta que sai do alimentador de parafuso-bujão.
13 - Processo de acordo com a reivindicação 11, caracteri zado por a torção, remoção de água e compactação da pasta pelo alimentador de parafuso-bujão ocorrerem simultaneamente.
14 - Processo de manipulação de pasta, caracterizado por compreender os passos de:

tratamento mecânico da pasta com uma consistência de até 5 0% 0 .D. por torção, remoção de água e compactação da pasta de forma a contorcer e cocar permanentemente as fibras individuais até um grau substancialmente irreversível quando são subsequentemente sujeitas aos passos do processo de fabricação do papel, possuindo a pasta tratada, (a) liberdade aumentada (b) resistência à tracção reduzida (c) maior volume; e (d) resistência ao rasgo reduzida em relação à mesma pasta que não foi tratada mecanicamente desta forma; e processamento da pasta tratada num produto de papel aca bado.
15 - Processo de tratamento de pasta de forma a produzir um produto de papel de macieza melhorada, consistindo a pasta es69 069

Ρ04-005

-18sencialmente em pasta química, caracterizado por compreender os passos de:

processamento da pasta química até uma consistência de cerca de 5%. a 20% O.D.;

passagem da pasta química de 5% a 20% O.D. através de um alimentador de parafuso-bujão, possuindo uma razão de compressão nominal de pelo menos 2,0 a 1 de forma a torcer, remover a água e compactar a pasta e a contorcer e cocar permanentemente as fibras individuais até um grau que é substancialmente irreversível quando são sujeitas subsequentemente aos passos do processo de f_a bricação de papel ;

restrição do fluxo de pasta química que sai do alimentador de parafuso-bujão; e possuindo a pasta química tratada, (a) liberdade aumentada (b) resistência à tracçSo reduzida (c) maior volume; e (d) resistência ao rasgo reduzida, em relação à mesma pasta que não tenha sido passada através de um Ae alimentador/parafuso-bujão de forma a contorcer e cocar as fibras individuais.