WO2019227186A1 - Papel e processo de fabricação de papel utilizando celulose microfibrilada entre suas camadas - Google Patents

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WO2019227186A1 PCT/BR2019/050181 BR2019050181W WO2019227186A1 WO 2019227186 A1 WO2019227186 A1 WO 2019227186A1 BR 2019050181 W BR2019050181 W BR 2019050181W WO 2019227186 A1 WO2019227186 A1 WO 2019227186A1
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starch
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Renato Augusto PEREIRA DAMÁSIO
Marcelo COELHO DOS SANTOS MUGUET SOARES
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Definitions

  • the present invention relates to a multi-laminated cellulosic fiber paper and papermaking process comprising bonding between different paper layers with the addition of microfibrillated cellulose (MFC), generating a special paper weight and strength properties. mechanics, using smaller amounts of raw material.
  • MFC microfibrillated cellulose
  • the present invention relates to the field of papermaking.
  • the location of factories is linked to the concentration of forest assets and there is a strong dependence between raw material production and the industrial process.
  • Starch is an example of a binder applied between the layers of paperboard and used industrially. However it is possible to find solutions derived from the cellulosic fiber itself and that can perform the same function, giving better resistance properties to the paperboard.
  • WO 2016/097964 relates to a process for producing a coated article in packaging, said process comprising an article containing cellulosic fibers, such as paper or cardboard, and applying a coating solution containing MFC at a concentration of at least 5 g / m 2 on this article, with subsequent dehydration step.
  • a coating solution containing MFC at a concentration of at least 5 g / m 2 on this article, with subsequent dehydration step.
  • WO 2016/185332 relates to a method of applying a coating layer comprising a mixture of microfibrillated polysaccharides, such as MFC, associated with a diluent, both applied to a paper or cardboard to impart a improved properties. It is further established that such application may be made on one or two layers of paper in the form of continuous film. The weight of the paper produced or the amount of MFC applied is not reported, but the described process does not require the application of a diluent, but also using larger quantities of materials.
  • MFC microfibrillated polysaccharides
  • WO 2014/029917 describes a papermaking process using multilayer technique and starting from an aqueous composition comprising nanofibrillated cellulose at a concentration of 0.1 to 5%, where MFC is quoted, together with a resistance additive, such as a cationic starch, both fed in one or two intermediate layers increasing internal resistance.
  • a resistance additive such as a cationic starch
  • the present paper layer bonding process using MFCs and producing a final paper with improved properties of the present invention comprises adding 0.5 g / m 2 to 1.5 g / m 2 microfibrillated cellulose in one line.
  • the paper production capacity ranges from 60 g / m 2 to 440 g / m 2 , solving the technical problem of the previous teachings, since it does not require diluents, additives or starch.
  • the present process thus achieves a paper with higher strength and, consequently, less weight, with the application of CFM.
  • the present invention describes a multilaminar paper containing microfibrillated cellulose and with improved weight and strength.
  • the amount of microfibrillated cellulose present between the paper layers is 0.5 to 1.5 g / m 2 and the weight of the paper produced ranges from 60 to 440 g / m 2 . It is also a feature of the invention that the average diameter size of the microfibrillated cellulose fibers employed in the paper is less than 250 nanometers.
  • the paper produced is of cardboard or corrugated type.
  • the present invention describes a process of producing multilaminar paper using microfibrillated cellulose fibers.
  • a second object of the present invention is a multilaminar papermaking process comprising adding microfibrated cellulose fibers between their layers.
  • microfibrillated cellulose fibers between the paper layers at a concentration of 0.5 to 1.5 g / m 2 replaces up to 100% of the starch between the paper layers.
  • Figure 1 shows a schematic representation of the paper layers where MFC is applied to bonding them.
  • Figure 2 shows, by optical microscopy, the distribution of cellulosic fiber diameter ranges of the Pinus long fiber pulp in micrometers used during the MFC production processing step.
  • Figure 3 shows, by light microscopy, the distribution of the diameter ranges of the cellulosic fibers of the micrometer-treated Pinus long fiber pulp used during the chemical-enzymatic treatment step of producing CFM.
  • Figure 4 shows an optical microscope, the distribution of the diameters ranges of the cellulosic fibers of pine softwood pulp after grinding I in micrometers held in the MFC production processing step.
  • Figure 5 shows, by electron microscopy, the distribution of the diameters ranges of the cellulosic fibers of pine softwood pulp after grinding 2, 0.25 g / l concentration pulp nanometers and held in MFC production stage.
  • Figure 6 shows, by electron microscopy, the distribution of the diameters ranges of cellulosic fibers pine softwood pulp after grinding 2, 0.05 g / l concentration pulp nanometers and held in MFC production stage.
  • Figure 7 shows, by electron microscopy, the distribution of the diameters ranges of the cellulosic fibers of pine softwood pulp after two grinding, 0.025 g / l concentration pulp and nanometer performed in step MFC production.
  • Figure 8 shows the different zeta potentials in 10 mM KCl solution for each MFC production step compared to distilled and deionized water.
  • Figure 9 shows the sedimentation degrees after 24 hours at rest for 0.5 g / L concentration pulp suspensions at different stages of the MFC production process.
  • Figure 10 shows the electron micrograph of increasing zoom (50, 10 and 5 PM) MFC microparticles produced by spray-drying after grinding I, MFC performed during production processing step.
  • Figure 11 shows the electron micrograph of increasing zoom (50, 10 and 2 pm) MFC microparticles produced by spray-drying after grinding 2, MFC performed during production processing step.
  • Figure 14 shows a comparative graph of X-ray diffraction (relative intensity x 2-theta) at different stages of the MFC production process.
  • Figure 15 shows operational control parameters, distributed for each MFC production step in 3 graphs, containing: pH, viscosity and turbidity information.
  • Figure 16 shows the operational control parameter dynamic drainage time per pulp volume during each MFC production step.
  • Figure 17 shows the mechanical physical property chart Scott Bond calculated on LTK 170 g / m 2 paper .
  • Figure 18 shows the mechanical physical property graph R ⁇ ng Crush Test (RCT) calculated on LTK 170 g / m 2 paper .
  • Figure 19 shows the mechanical physical property graph Corrugating Medium Test (CMT) calculated on LTK 170 g / m 2 paper .
  • CMT Corrugating Medium Test
  • Figure 20 shows the graphical mechanical physical property tensile index (IT) calculated on LTK 170 g / m 2 paper .
  • Figure 21 shows property graph mechanical physical elongation, calculated on LTK paper 170 g / m 2 .
  • Figure 22 shows the mechanical physical property graph Tensile Energy Absorption (TEA) calculated on LTK 170 g / m 2 paper .
  • Figure 23 shows the calculated arithmetic average of the Concora Medium Test mechanical physical property (CMT) for starch and MFC applications and per production batch where the target is 300 N and the lower limit is 270 N.
  • CMT Concora Medium Test mechanical physical property
  • Figure 24 shows the calculated arithmetic mean of the Scott Bond mechanical physical property for starch and MFC applications and per production batch where the target is 300 J / m 2 and the lower limit is 200 J / m 2 .
  • Figure 25 shows the calculated arithmetic mean of the R ⁇ ng Crush Test (RCT) mechanical physical property for starch and MFC applications and per production batch where the target is 2.10 kN / m and the lower limit is 1.89 kN / m
  • Figure 26 shows the calculated arithmetic average of the mechanical physical property of burst resistance for starch and MFC applications and per production batch.
  • Figure 27 shows the calculated arithmetic average of the mechanical physical property airflow resistance for starch and MFC applications and per production batch.
  • Figure 28 shows a graph for the change in paper weight (g / m 2 ) in rolls of paper with MFC applied.
  • Figure 29 shows a graph for the variation of the trough in the forming table for production of applied MFC paper rolls (rolls 29 to 31).
  • Figure 30 shows a graph for the variation of paper moisture (%) in rolls of paper with MFC applied (rolls 29 to 31).
  • Figure 31 shows a graph for the variation of steam consumption (Tv / Tp) for production of applied MFC paper rolls (rolls 29 to 31);
  • Figure 32 shows a schematic of the spray cloud application by MFC sprinklers / sprays (2) between paper layers A and B or in only one layer A or B, depending on the application angle (1).
  • Microfibrillated Cellulose Microfibrillated Cellulose (MFC) Microfibrillated cellulose, microfibri-lated cellulose, nanofibrillated cellulose, or nanofibers or nanocellulose are commonly known terms that refer to a tangle of cellulosic fibrils with diameters or one of their dimensions in the range of less than 1000 nm and present. amorphous and crystalline zones composing their structure. MFC is characterized as a type of cellulose in which microfibres are divided into a larger number of microfibrils or thinner fibrils. This action creates an increased surface area, giving new features to the product. MFC is used in the present invention primarily as a dry strength agent, for internal sizing of paper and as a modifier of the physical structure of paper.
  • MFC is typically sourced from timber sources and is one of the most sustainable alternatives on the market. However, it can be produced from any source of cellulosic fiber whether mechanical, unbleached and bleached, as well as any source of biomass from wood as well as non-wood.
  • the surface area of MFC is the special feature of this substance: with just one gram of MFC it is possible to cover up to 200 m 2 of physical space. This characteristic is due to the large number of hydroxyl (-OH) clusters available in microfibers, highly hydrophilic and capture water from nearby. An MFC microfiber is capable of capturing 40 times more water than its own weight.
  • MFC Being highly hydrophilic material, MFC can act as an advanced rheology modifier, providing very interesting spray characteristics and exceptionally high viscosity at rest.
  • CFM is known for its shear and non-Newtonian behavior, and also shows potential as a stabilizer, especially in stabilizing emulsions (water in oil or oil in water).
  • MFC's multifunctionality also allows it to partially adopt additives and stabilizing ingredients such as surfactants.
  • MFC shows potential as a resistance additive. Due to these features, there has been a growing interest in using the MFC in applications such as coatings, adhesives, electronics, cosmetics and many others.
  • MFC microfiber is also important in determining its functionality. Increased microfiber bonding has beneficial effects on the tensile, elasticity and strength of wood and paper composites.
  • the production of MFC can be subdivided into 5 main steps:
  • Figures 15 and 16 show parameters that should be monitored throughout the MFC production process, such as pH, viscosity, turbidity and pulp drainage time.
  • the first step is to dilute the bleached or unbleached kraft pulp to 2% to 30% of consistency, the lower the more ideal for MFC processing.
  • the second step is the chemical-enzymatic treatment.
  • the preparation of the pulp takes place for processing.
  • pH adjustment occurs to 6.0 using aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3) ⁇
  • the pulp in neutral medium is heated to 35-40 ° C for 50-60 minutes and then treated with the endoglucanase enzyme at a rate of 125g. of enzyme per ton of dry pulp.
  • the product is dispersed for 25 minutes on a cowles shaker.
  • the enzymatic action is cut by adjusting the pH to 13-14 with liquid soda (sodium hydroxide, NaOH) at a dosage of approximately 200g per ton of pulp.
  • the third step is the processing step, where the pulp is transferred to a vertical mechanical mill through a pump, and processed.
  • the mill comprises 2% cSt aluminum oxide (Al2O3) stone (Consistency).
  • Al2O3 2% cSt aluminum oxide
  • the process is done twice and it is important to note that, after I grind, it is still possible to view the entire fiber, while in the second grinding, not showing the size micro / nano scale fibers.
  • the sizes of microfibres produced after this step can be seen in Table 1, while Table 2 shows the different fiber characterization parameters for 2% cst.
  • the fourth step is the dilution of the treated and tank milled pulp to a consistency of 0.1 to 1.0% cSt, preferably 0.8% cSt, with pulp in and out of the filter via openings and stirring. up to 60 min in reservoirs with motor-driven non-cutting blades to ensure the formation of a homogeneous MFC suspension without flake formation and to prevent sedimentation.
  • the formation of MFC flakes or small lumps can cause potential clogging of the shower heads / nozzles. spraying / spraying.
  • the pulp is then filtered through a 0.05 mm opening filter.
  • the difference in MFC fiber sedimentation at each production stage - showing the reduction in fiber size - can be seen in Figure
  • the fifth and final step is the stockpiling stage where, after agitation, a homogeneous MFC suspension is formed that can be transported or pumped through the lines / pipes or tank trucks to the stocking tank that supplies the line. sprinkler nozzles application.
  • v is the voltage (V)
  • i is the average current (A)
  • fp is the horsepower of a motor (cv)
  • P is the production / hour (dry kg). The total energy expenditure of 7075.6 Kw.h / t is estimated.
  • the MFC containing a mixture of microfibers of different sizes was evaluated with a view to total substitution of the raw starch improving the bonding between layers of paper even in humid conditions and increasing the strength of the formed product.
  • Figures 2 to 7 show images of cellulose pulp and cellulose microfibers by optical and electron microscopy, showing the fiber size distribution in micrometers and nanometers.
  • Figures 10 to 13 show images of electron microscopy / micrograph cellulose microfibres containing cellulosic microfibre clusters of diameter less than 100 nm and lengths in the micrometer range.
  • the mean diameter was around 17.00 nm
  • Figure 13 containing long fiber MFC, the mean diameter was larger than those of the short fiber sample, ranging from 19.00 nm. at 57.00 nm and mean value of 33.48 nm.
  • the zeta potential values obtained were -15.77 and -29.85, respectively for the samples. short-fiber MFC and long-fiber MFC.
  • the zeta potential represents the surface charge of the particles. Higher values result in more stable suspensions while lower values indicate that particles tend to agglomerate very easily. For modulus values greater than 25 mV the suspension may be considered to be stable, ie without a tendency to flocculate.
  • the Scott Bond test is used to determine the internal strength of the paper. This test measures the energy required to delaminate a multilayer structure. In the case of paper, the internal bonding force refers to the bonding strength of these fibrous layers, while Scott Bond refers to the total absorbed force required to separate these layers. Results are cited in J / m 2 .
  • CMT Corrugat ⁇ ng Medium Test
  • CMT measures the compressive strength of a corrugated medium and provides a means of estimating the potential compressive strength of a corrugated paper to the flat state.
  • CMT allows the evaluation of a corrugated medium before it is fabricated into a combined article - such as cellulosic microfiber prior to paper making - and can therefore be used as a basis for judging manufacturing efficiency.
  • the RCT Ring Crush Test, similar to CMT, is used to determine the compressive strength of a ring-shaped strip of paper of a standard length and width.
  • the results of this test are highly dependent on proper sample preparation.
  • the specimen and test apparatus should be exactly parallel to ensure accurate determination of the ring compression force.
  • Viscosity can be used to indirectly evaluate the degree of polymerization of cellulose chains and to detect cellulose degradation resulting from pulping, delignification and mechanical defibrillation processes.
  • the mean MFC viscosity values found for the treatments of short fiber and long fiber samples were 2.90 and 9.37 mPa.s, respectively.
  • Application of MFC to the 0.8% cSt layers demonstrated a viscosity of 409 cP (centipoise) and a pH of 7.1.
  • Figures 17 to 22 show the results obtained after evaluating the properties of the corrugated paper weighing at 170 g / m 2 and not only with the addition of cellulosic microfibers, which allows comparison with the baseline scenario.
  • the amount of MFC used between the paper layers ranges from 0.5 to 1.5 g / m 2 .
  • the bonding between layers here is being evaluated in the absence of binders (White ), with interlayer starch (1.5 g / m 2 ), with long fiber MFC (dark blue, which showed better results at 0.5; 1 and 1.5 g / m 2 ) and also short fiber MFC (pink at 0.5; 1 and 1.5 g / m 2 ).
  • the tensile index property ( Figure 20) showed maintenance of the values found for MFC and starch applications. MFC provided tensile strength gains only when compared to white. Due to the large availability of binder terminals (-OH), MFC is able to form bonding networks between microfibers and fibers present in the medium, thus providing gains in various paper properties.
  • For the elongation property ( Figure 21) there was an increase in the values found for long fiber MFC applications and a reduction for short fiber applications in relation to starch, showing that long fibers have higher elasticity than smaller fibers. diameter. However, when compared to White, all values found are lower. This shows that the adhesion provided by an adhesive additive - either starch or MFC - is strong enough to favor breakage over elongation.
  • Figures 23 to 27 show the average of the results obtained in the tests of physical and mechanical properties, these tests performed with batches of paper produced containing MFC between its layers. Starch application periods (dark blue bars) and MFC application periods (light blue) replacing all starch are indicated. The test results were satisfactory and meet the specifications, even surpassing in cases of application of the maximum MFC load between layers (0.7 g / m 2 ).
  • the test with industrial application of MFC lasted 1h and 40 minutes.
  • the application of MFC during The test reached a concentration of 0.7 g / m 2 , which allows a reduction of 5 times the applied starch load, considering the value of 3.58 g / m 2 .
  • the flow of CFM was increasing in order to reach different CFM concentrations up to 0.7 g / m 2 , as shown in Table 4.
  • Figures 28 to 31 show tests of properties useful in industrial scale production, such as weight (Figure 28), trivac vacuum (part of the papermaking machine) (Figure 29), paper moisture (Figure 30 ) and steam consumption (Figure 31).
  • the weight of the paper produced did not vary greatly; however, as the dosed MFC concentration reached 0.7 g / m 2 (Rolls 30 and 31), a slight upward trend followed by stabilization was noted. Steam consumption / ton of paper did not show a large variation. Importantly, as the MFC dosage increased, reaching the maximum applied between layers (0.7 g / m 2 ), the values of humidity and vacuum pressure also showed a growth rate. Thus, it is possible to predict the paper behavior with the MFC dosages applied during the test.
  • the application of MFC provided 100% substitution of starch between layers without causing quality problems to the paper produced in the reels during the testing period.
  • the application of CFM provides the definition of a new biopolymer, with potential for substitution of other additives in paper and not just starch.
  • long or short fiber bleached or unbleached kraft pulp is used, which is diluted to 2% and treated using chemical agents Al2 (SO4) 3 and NaOH to pH 6.0, with subsequent heating. at 35-40 ° C for 50-60 minutes.
  • the treatment with 125 g / tonne of dry pulp of the endoglucanase family enzyme was performed on a cowles shaker for 25 minutes. per ton of pulp.
  • the treated pulp is passed in a first vertical mill containing non-grooved conventional aluminum oxide stone and then by a second mill for 7 hours, where it is diluted once again to 0.8% consistency, stirred for 60 minutes by uncut blades, filtered 0.05 mm filter and stored to supply the spray nozzle application line.
  • a spray was used for the application of MFC between paper layers in the laboratory.
  • a uniformly sprayed air gun was used to form the application cloud and spray onto the paper surface.
  • the air gun has a container in which the prepared MFC suspension is stored, and when pressurized by a mechanical trigger this suspension is sprayed through an application needle having an opening of 0.5 to 10 mm. As it passes through this opening, the suspension is sprayed onto the paper surface.
  • the pulverized layer on the paper surface is used to glue one more layer of paper onto the pulverized suspension and paper / base surface assembly. Together the two paper layers which may have varying fibrous compositions are bonded by the MFC suspension which has been sprayed between the layers.
  • CFM is generally sprayed at consistencies of 0.1 to 2% of consistency.
  • the MFC suspension was prepared to a known consistency and stored in a pump-coupled tank directly connected to the fan and cone starch sprayers / sprayers line between paper layers in the MP14 paper machine.
  • the suspension was pumped at a flow rate from 0 to 200 L / min from the tank to the applicator line, where it was sprayed between the paper layers, creating a spray cloud, directed between the paper layers or just for one of the layers, depending on the application angle from 0 to 180 ° ( Figure 32).

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Abstract

A presente invenção refere-se a um papel multilaminar contendo fibras celulósicas e processo de fabricação do mesmo compreendendo a colagem entre diferentes camadas desse papel com a adição de 0,5 a 1,5 g/m2 de celulose microfibrilada (MFC) com diâmetro médio preferencial inferior à 250 nanômetros, gerando um papel com substituição total de amido, gramatura final variando na faixa de 60 a 440 g/m2 e com propriedades de resistência mecânica melhoradas usando menores quantidades de matéria-prima.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: "PAPEL E PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE PAPEL UTILIZANDO CELULOSE MICROFIBRILADA ENTRE SUAS CAMADAS".
Campo Técnico
[0001] A presente invenção refere-se a um papel muitilaminar contendo fibras celulósicas e processo de fabricação do mesmo compreendendo a colagem entre diferentes camadas do papel com a adição de celulose microfibrilada (MFC) , gerando um papel com gramatura especial e propriedades de resistência mecânica melhoradas, utilizando menores quantidades de matéria-prima. A presente invenção está relacionada ao campo da fabricação de papel.
Antecedentes da Invenção
[0002] A preocupação com o meio ambiente ganha espaço a cada dia na agenda dos países, que criam leis para regulamentar a geração de resíduos e destinação dada aos mesmos. Todo esse trabalho é decorrente da conscientização de que é necessário utilizar matérias-primas de fontes renováveis em processos industriais de produção.
[0003] A cadeia produtiva de papel e celulose se caracteriza por um alto grau de investimento e possui significativa presença na economia de escala, visto estar presente desde a exploração florestal até a comercialização.
[0004] A localização de fábricas está ligada à concentração dos ativos florestais, existindo uma forte dependência entre a produção de matéria-prima e o processo industrial .
[0005] O amido é um exemplo de agente ligante aplicado entre as camadas do papel cartão e utilizado industrialmente. No entanto é possível encontrar soluções derivadas da própria fibra celulósica e que podem exercer a mesma função, conferindo melhores propriedades de resistência ao papel cartão .
[0006] Dessa forma, um processo de produção de papel que diminua a dependência e a extração da matéria-prima e confira resistência mecânica ao papel, produzido com a utilização de MFC biorrefinada, isto é, a MFC produzida sendo integrada ao processo de produção de papel, ao invés de se utilizar polímeros externos ao processo de produção, diminui as perdas, tornando o processo menos custoso e menos danoso ao meio ambiente.
[0007] O documento WO 2016/097964 refere-se a um processo para produção de um artigo revestido na confecção de embalagens, dito processo compreendendo um artigo contendo fibras celulósicas, como o papel ou papelão, e a aplicação de uma solução de recobrimento contendo MFC em uma concentração de no mínimo 5 g/m2 sobre esse artigo, com posterior etapa de desidratação. Ainda que não seja informada a gramatura do papel produzido de acordo com os ensinamentos desta anterioridade, o processo desenvolvido aqui utiliza quantidade de MFC abaixo do valor mínimo revelado, o que evidencia um problema do estado da técnica, pois utiliza maiores quantidades de matéria-prima.
[0008] O documento WO 2016/185332 refere-se a um método de aplicação de uma camada de revestimento compreendendo uma mistura de polissacarídeos microfibrilados, como a MFC, associada a um diluente, ambos aplicados a um papel ou papelão, de forma a conferir propriedades melhoradas. É estabelecido ainda que tal aplicação pode ser feita em uma ou duas camadas de papel na forma de filme contínuo. Não é informada a gramatura do papel produzido nem a quantidade de MFC aplicada, mas o processo descrito não necessita da aplicação de um diluente, utilizando, também, maiores quantidades de materiais.
[0009] O documento WO 2014/029917 descreve um processo para produção de papel utilizando técnica de multicamadas e partindo de uma composição aquosa compreendendo celulose nanofibrilada em uma concentração de 0,1 a 5%, onde a MFC é citada, em conjunto com um aditivo de resistência, como um amido catiônico, ambos alimentados em uma ou duas camadas intermediárias aumentando a resistência interna. O processo aqui descrito substitui integralmente o amido por MFC e não utiliza um aditivo de resistência, além do amido utilizado não ser catiônico.
[0010] Embora algumas anterioridades façam referência ao uso de MFC em processo de produção de papel, nenhuma delas descreve o uso da MFC sem a necessidade de substâncias auxiliadoras ou outros polímeros em quantidade considerável.
[0011] O presente processo de colagem entre camadas de papel utilizando MFC e produzindo um papel final com propriedades melhoradas da presente invenção compreende a adição de 0,5 g/m2 a 1,5 g/m2 de celulose microfibrilada em uma linha de produção de papel com gramatura que varia na faixa de 60 g/m2 a 440 g/m2, resolvendo o problema técnico constante nos ensinamentos anteriores, pois não necessita de diluentes, aditivos ou amido em quantidade considerável. O presente processo consegue, assim, um papel com maior resistência e, consequentemente, menor gramatura, com a aplicação de MFC.
Sumário da Invenção
[0012] Em um primeiro aspecto, a presente invenção descreve um papel multilaminar contendo celulose microfibrilada e com gramatura e resistência aprimoradas.
[0013] É um primeiro objeto da presente invenção então um papel multilaminar contendo fibras de celulose microfibrilada entre suas camadas e com gramatura especial.
[0014] Em uma concretização preferencial, a quantidade de celulose microfibrilada presente entre as camadas do papel é de 0,5 a 1,5 g/m2 e a gramatura do papel produzido varia na faixa de 60 a 440 g/m2. [0015] É também caracteristica da invenção que o tamanho médio do diâmetro das fibras de celulose microfibrilada empregadas no papel seja inferior a 250 nanômetros .
[0016] É também outra caracteristica da invenção que o papel produzido seja do tipo cartão ou corrugado.
[0017] Em um segundo aspecto, a presente invenção descreve um processo de produção de papel multilaminar utilizando fibras de celulose microfibrilada .
[0018] É um segundo objeto da presente invenção um processo de fabricação de papel multilaminar compreendendo a adição de fibras de celulose microfibrilada entre suas camadas .
[0019] Em uma concretização preferencial, a adição de fibras de celulose microfibrilada entre as camadas do papel feita a uma concentração de 0,5 a 1,5 g/m2 substitui até 100% do amido entre as camadas do papel.
[0020] É também caracteristica da invenção a adição de fibras de celulose microfibrilada entre as camadas do papel a uma vazão de até 200 L/min.
[0021] Estes e outros objetos da presente invenção serão detalhados nas figuras e descrição a seguir.
Breve Descrição das Figuras
[0022] A Figura 1 mostra uma representação esquemática das camadas de papel onde ocorre a aplicação de MFC para colagem das mesmas.
[0023] A Figura 2 mostra, por microscopia ótica, a distribuição das faixas de diâmetros das fibras celulósicas da polpa de fibra longa de Pinus em micrômetros, utilizada durante a etapa de processamento de produção da MFC.
[0024] A Figura 3 mostra, por microscopia ótica, a distribuição das faixas de diâmetros das fibras celulósicas da polpa de fibra longa de Pinus tratada em micrômetros, utilizada durante a etapa de tratamento quimico-enzimático de produção da MFC.
[0025] A Figura 4 mostra, por microscopia ótica, a distribuição das faixas de diâmetros das fibras celulósicas da polpa de fibra longa de Pinus após a Ia moagem em micrômetros, realizada na etapa de processamento da produção de MFC.
[0026] A Figura 5 mostra, por microscopia eletrónica, a distribuição das faixas de diâmetros das fibras celulósicas da polpa de fibra longa de Pinus após 2a moagem, a 0,25 g/L de concentração de polpa e em nanômetros, realizada na etapa de produção da MFC.
[0027] A Figura 6 mostra, por microscopia eletrónica, a distribuição das faixas de diâmetros das fibras celulósicas da polpa de fibra longa de Pinus após 2a moagem, a 0,05 g/L de concentração de polpa e em nanômetros, realizada na etapa de produção da MFC. [0028] A Figura 7 mostra, por microscopia eletrónica, a distribuição das faixas de diâmetros das fibras celulósicas da polpa de fibra longa de Pinus após 2a moagem, a 0,025 g/L de concentração de polpa e em nanômetros, realizada na etapa de produção da MFC.
[0029] A Figura 8 mostra os diferentes potenciais zeta em solução 10 mM de KC1 para cada etapa de produção da MFC em comparação com água destilada e deionizada.
[0030] A Figura 9 mostra os graus de sedimentação após 24 horas em repouso para suspensões de polpa com concentração de 0,5 g/L em diferentes etapas do processo da produção de MFC.
[0031] A Figura 10 mostra a micrografia eletrónica em zoom crescente (50, 10 e 5 pm) de microparticulas de MFC produzidas por spray-drying após a Ia moagem, realizada durante etapa de processamento da produção de MFC.
[0032] A Figura 11 mostra a micrografia eletrónica em zoom crescente (50, 10 e 2 pm) de microparticulas de MFC produzidas por spray-drying após a 2a moagem, realizada durante etapa de processamento da produção de MFC.
[0033] A Figura 12 mostra quatro imagens da microscopia eletrónica de transmissão de uma mesma região de uma fibra curta de celulose microfibrilada em zoom crescente (A = 2 pm, B = 1 pm e C e D = 500 nm) .
[0034] A Figura 13 mostra quatro imagens da microscopia eletrónica de transmissão de uma mesma região de uma fibra longa de celulose microfibrilada em zoom crescente (A e B = 2 gm e C e D = 1000 nm) .
[0035] A Figura 14 mostra um gráfico comparativo da difratometria de raios-X (intensidade relativa x 2-theta) em diferentes etapas do processo da produção de MFC.
[0036] A Figura 15 mostra parâmetros de controle operacional, distribuídos para cada etapa de produção da MFC em 3 gráficos, contendo: informações de pH, viscosidade e turbidez .
[0037] A Figura 16 mostra o parâmetro de controle operacional tempo de drenagem dinâmica por volume de polpa durante cada etapa da produção de MFC.
[0038] A Figura 17 mostra o gráfico da propriedade físico mecânica Scott Bond calculada em papel LTK 170 g/m2.
[0039] A Figura 18 mostra o gráfico da propriedade físico mecânica Ríng Crush Test (RCT) calculada em papel LTK 170 g/m2.
[0040] A Figura 19 mostra o gráfico da propriedade físico mecânica Corrugating Médium Test (CMT) calculada em papel LTK 170 g/m2.
[0041] A Figura 20 mostra o gráfico da propriedade físico mecânica índice de tração (IT) calculada em papel LTK 170 g/m2.
[0042] A Figura 21 mostra o gráfico da propriedade físico mecânica alongamento, calculada em papel LTK 170 g/m2.
[0043] A Figura 22 mostra o gráfico da propriedade físico mecânica Tensíle Energy Absorptíon (TEA) calculada em papel LTK 170 g/m2.
[0044] A Figura 23 mostra a média aritmética calculada da propriedade físico mecânica Concora Médium Test (CMT) para aplicações de amido e MFC e por lote de produção, onde o objetivo é 300 N e o limite inferior é 270 N.
[0045] A Figura 24 mostra a média aritmética calculada da propriedade físico mecânica Scott Bond para aplicações de amido e MFC e por lote de produção, onde o objetivo é 300 J/m2 e o limite inferior é 200 J/m2.
[0046] A Figura 25 mostra a média aritmética calculada da propriedade físico mecânica Ríng Crush Test (RCT) para aplicações de amido e MFC e por lote de produção, onde o objetivo é 2,10 kN/m e o limite inferior é 1,89 kN/m.
[0047] A Figura 26 mostra a média aritmética calculada da propriedade físico mecânica de resistência ao estouro para aplicações de amido e MFC e por lote de produção.
[0048] A Figura 27 mostra a média aritmética calculada da propriedade físico mecânica resistência à passagem de ar para aplicações de amido e MFC e por lote de produção.
[0049] A Figura 28 mostra um gráfico para a variação da gramatura do papel (g/m2) em rolos de papel com MFC aplicado
(rolos 29 a 31 ) . [0050] A Figura 29 mostra um gráfico para a variação do trivácuo na mesa formadora para produção de rolos de papel com MFC aplicado (rolos 29 a 31) .
[0051] A Figura 30 mostra um gráfico para a variação da umidade do papel (%) em rolos de papel com MFC aplicado (rolos 29 a 31 ) .
[0052] A Figura 31 mostra um gráfico para a variação do consumo de vapor (Tv/Tp) para produção de rolos de papel com MFC aplicado (rolos 29 a 31);
[0053] A Figura 32 mostra uma esquematização da aplicação da nuvem de aspersão pelos aspersores/pulverizadores (2) de MFC entre as camadas de papel A e B ou em apenas uma camada A ou B, dependendo do ângulo de aplicação (1) .
Descrição Detalhada da Invenção
[0054] Os exemplos aqui mostrados têm o intuito apenas de ilustrar algumas das inúmeras formas de realização da presente invenção e não devem ser entendidos de modo a limitar o escopo da presente invenção, mas sim apenas de exemplificar o grande número de modalidades possíveis.
[0055] Pequenas modificações em quantidades ou parâmetros que alcancem os resultados propostos pela presente invenção devem ser entendidos como dentro do escopo da invenção .
Celulose Microfibrilada (MFC) [0056] É sabido que celulose microfibrilada, microfibri-lated cellulose, celulose nanofibrilada, ou ainda nanofibras ou nanocelulose são termos comumente encontrados que se referem a emaranhado de fibrilas celulósicas com diâmetros ou uma de suas dimensões compreendidos na faixa inferior a 1000 nm e apresenta zonas amorfas e cristalinas compondo a sua estrutura. A MFC é caracterizada como um tipo de celulose em que as microfibras são divididas em um maior número de microfibrilas ou ainda fibrilas mais finas. Essa ação cria uma área de superfície aumentada, dando novas características ao produto. A MFC é usada no presente invento principalmente como agente de resistência a seco, para colagem interna do papel e como modificadora da estrutura física do papel.
[0057] A MFC é tipicamente proveniente de fontes de madeira, sendo uma das alternativas mais sustentáveis do mercado. Porém, pode ser produzida a partir de qualquer fonte de fibra celulósica seja ela mecânica, não branqueada e branqueada, além de qualquer fonte de biomassa oriunda da madeira e também não-madeira.
[0058] A área de superfície da MFC é a característica especial dessa substância: com apenas um grama de MFC é possível cobrir até 200 m2 de espaço físico. Essa característica se deve ao grande número de grupamentos hidroxila (-OH) disponíveis nas microfibras, altamente hidrofilicas e que captam água das proximidades. Uma microfibra de MFC é capaz de captar uma quantidade de água 40 vezes maior que seu próprio peso.
[0059] Sendo material altamente hidrofilico, a MFC pode atuar como um modificador de reologia avançado, proporcionando caracteristicas de pulverização muito interessantes e uma viscosidade excepcionalmente alta em repouso. A MFC é conhecida pelo seu cisalhamento e comportamento não-newtoniano, e também mostra potencial como estabilizador, especialmente em emulsões estabilizadoras (água em óleo ou óleo em água) .
[0060] Nas Figuras 5-7, é possível perceber que a MFC se apresenta como uma grande rede de ligações entre as camadas do papel, garantindo que a interface de ligação fibra-MFC-fibra entre as camadas do papel (Figura 1) expresse seu máximo potencial devido aos grupamentos OH expostos e sua elevada área superficial. A MFC passa a preencher tanto a macro como a microporosidade do papel produzido, alterando a estrutura de ligação entre camadas e formando uma ligação perfeita .
[0061] A multifuncionalidade da MFC também permite que ela adote parcialmente aditivos e ingredientes estabilizadores, como surfactantes . Além disso, a MFC mostra potencial como aditivo de resistência. Devido a estas funcionalidades, tem havido um interesse crescente no uso do MFC em aplicações como revestimentos, adesivos, eletrónicos, cosméticos e muitos outros.
[0062] O tamanho da microfibra de MFC também possui importância na determinação de sua funcionalidade. O aumento da rede de ligação da microfibra tem efeitos benéficos na tração, elasticidade e resistência dos compósitos em madeira e papel.
Produção de MFC
[0063] De acordo com a presente invenção, a produção de MFC pode ser subdividida em 5 etapas principais:
1. Ia diluição;
2. tratamento;
3. processamento;
4. 2a diluição; e
5. estocagem.
[0064] As Figuras 15 e 16 mostram parâmetros que devem ser monitorados em todo o processo produtivo de MFC, como pH, viscosidade, turbidez e o tempo de drenagem da polpa.
[0065] A primeira etapa consiste na diluição da polpa kraft branqueada ou não branqueada para 2% a 30% da consistência, sendo quanto mais baixa mais ideal para o processamento da MFC.
[0066] A segunda etapa é o tratamento químico- enzimático. Nesta etapa ocorre a preparação da polpa para o processamento. Primeiramente, ocorre o ajuste do pH para 6,0 com o uso de sulfato de alumínio (AÍ2(S04)3) · A polpa em meio neutro é aquecida a 35-40°C por 50-60 minutos e, em seguida, tratada com a enzima do tipo endoglucanase na proporção de 125g de enzima por tonelada de polpa seca. O produto é mantido em dispersão durante 25 minutos em agitador tipo cowles. Após este período, é realizado o corte da ação enzimática através do ajuste de pH para 13-14, com soda líquida (hidróxido de sódio, NaOH) na dosagem de aproximadamente 200g por tonelada de polpa.
[0067] A terceira etapa é a etapa de processamento, onde a polpa é transferida para um moinho mecânico vertical através de uma bomba, e processada. O moinho compreende pedra de óxido de alumínio (AI2O3) a 2% cSt {Consistência) . O processo é feito duas vezes e é importante salientar que, após a Ia moagem, ainda é possível a visualização de fibras inteiras, enquanto na segunda moagem não, evidenciando a escala de tamanho micro/nano das fibras. Os tamanhos das microfibras produzidas após essa etapa podem ser conferidos na Tabela 1, enquanto a Tabela 2 mostra os diferentes parâmetros de caracterização das fibras para cst a 2%.
Tabela 1 - Faixa de diâmetro e frequência da polpa e das microfibrilas celulósicas por etapa de produção:
Figure imgf000017_0002
Tabela 2 - Parâmetros de caracterização da polpa e das microfibras a cSt a 2%:
Figure imgf000017_0001
[0068] A quarta etapa é a etapa de diluição da polpa tratada e moida em tanque para consistência de 0,1 a 1,0% cSt, preferencialmente 0,8% cSt, com entrada e saida da polpa no filtro via aberturas e agitação de até 60 min em reservatórios com lâminas não cortantes movidas à motor, a fim de garantir a formação de uma suspensão homogénea de MFC sem a formação de flocos e evitar sedimentação. A formação de flocos ou pequenos grumos de MFC podem causar potenciais problemas de entupimento dos chuveiros/bicos de aspersão/pulverização. A polpa é posteriormente filtrada em filtro com abertura de 0,05 mm. A diferença da sedimentação das fibras de MFC em cada etapa da produção - evidenciando a redução do tamanho das fibras - pode ser vista na Figura
9.
[0069] A quinta e última etapa é a etapa de estocagem onde, após a agitação, há a formação de uma suspensão homogénea de MFC que pode ser transportada ou bombeada pelas linhas/tubulações ou caminhões tanque até o tanque de estocagem que abastece a linha de aplicação dos bicos aspersores/pulverizadores .
[0070] O cálculo do consumo energético teórico da produção de MFC pode ser calculado através da seguinte fórmula :
Figure imgf000018_0001
[0071] Onde v é a voltagem (V), i é a corrente média (A) , fp é o fator de potência de um motor em cavalos (cv) e P é a produção/hora (kg seco) . É estimado o gasto energético total de 7075,6 Kw.h/t.
Caracterização das fibras de MFC utilizadas entre as camadas de papel
[0072] Na presente invenção, a MFC contendo uma mistura de microfibras com diferentes tamanhos foi avaliada com vistas a substituição total do amido cru melhorando a colagem entre camadas do papel mesmo em condições úmidas e aumentando a resistência do produto formado.
[0073] A aplicação de dois tipos de MFCs - contendo tanto fibras longas como curtas - apresentou ganhos para diversas propriedades físicas e mecânicas quando comparadas com a aplicação de amido entre as camadas do papel e sem aplicação de outros polímeros ligantes. Dessa forma, a substituição do amido por MFC apresenta grande potencial de aplicação industrial.
[0074] As Figuras 2 a 7 mostram imagens da polpa celulósica e das microfibras de celulose por microscopia ótica e eletrónica, evidenciando a distribuição do tamanho das fibras em micrômetros e nanômetros.
[0075] As Figuras 10 a 13 mostram imagens de microfibras de celulose por microscopia/micrografia eletrónica, contendo aglomerados de microfibras celulósicas com diâmetro inferior a 100 nm e comprimentos na faixa do micrômetro. Na Figura 12, com amostras de fibra curta, o diâmetro médio ficou em torno de 17,00 nm, enquanto na Figura 13, contendo MFC de fibra longa, o diâmetro médio foi superior aos da amostra com fibras curtas, variando de 19,00 a 57,00 nm e valor médio de 33,48 nm.
[0076] Quanto à carga superficial das MFC utilizadas, evidenciada na Figura 8, os valores de potencial zeta obtidos foram de -15,77 e -29,85, respectivamente para as amostras de MFC de fibra curta e MFC de fibra longa. O potencial zeta representa a carga de superfície das partículas. Valores maiores resultam em suspensões mais estáveis enquanto valores considerados baixos indicam que partículas tendem a se aglomerar muito facilmente. Para valores em módulo maiores que 25 mV pode se considerar que a suspensão seja estável, ou seja, sem tendência a flocular.
Testes físicos e mecânicos para papéis contendo MFC entre suas camadas
[0077] Atualmente, o processo de produção de papéis cartão e corrugado utiliza amido como um agente de ligação entre camadas, o que permite atingir as especificações definidas para esses papéis.
[0078] Um dos objetivos da presente invenção é realizar a aplicação de MFC entre as camadas dos papéis cartões e corrugados em substituição ao amido.
[0079] Dessa forma, a aplicação de MFC entre as camadas de papel cartão e corrugado apresentou ganhos para diversas propriedades físicas e mecânicas como Scott Bond, CMT e RCT, quando comparadas com a aplicação de amido.
[0080] O teste Scott Bond é utilizado para determinar a resistência interna do papel. Esse teste mede a energia necessária para delaminar uma estrutura de camadas múltiplas. No caso do papel, a força de ligação interna refere-se à força da ligação destas camadas fibrosas, enquanto o Scott Bond refere-se à força total absorvida necessária para separar essas camadas. Os resultados são citados em J/m2.
[0081] O CMT, ou Corrugatíng Médium Test, mede a resistência à compressão de um meio ondulado e fornece um meio de estimar a resistência potencial à compressão de um papel ondulado até o estado plano. O CMT permite a avaliação de um meio ondulado antes do mesmo ser fabricado em um artigo combinado - como das microfibras celulósicas antes da fabricação do papel - e pode, por consideração, servir como base para o julgamento da eficiência de fabricação.
[0082] O RCT, ou Ríng Crush Test, de forma similar ao CMT, é usado para determinar a resistência à compressão de uma tira de papel formada em formato de anel com um comprimento e largura padronizados. Os resultados deste teste são altamente dependentes da preparação apropriada da amostra. A amostra e o aparelho do teste devem ser exatamente paralelos, de forma a garantir uma determinação precisa da força de compressão do anel.
[0083] Outros testes das propriedades físicas e mecânicas, como resistência à tração (força necessária até o rompimento do papel), elongação ou alongamento (outra medida da força necessária até o rompimento do papel), Tensíle Energy Absorptíon (TEA) (força necessária para continuar um rompimento do papel até separação total) e resistência à passagem de ar foram realizados e também mostraram ganhos. Vale ressaltar que alguns testes são medidos como índices, o que se configura como o quociente da resistência analisada pela gramatura do papel.
[0084] A viscosidade pode ser usada para avaliar indiretamente o grau de polimerização das cadeias de celulose e detectar degradação da celulose resultante dos processos de polpação, deslignificação e desfibrilação mecânica. Os valores médios da viscosidade da MFC encontrados para os tratamentos das amostras de fibra curta e fibra longa foram de 2,90 e 9,37 mPa.s, respectivamente . A aplicação de MFC às camadas a 0,8% cSt demonstrou viscosidade de 409 cP ( centipoise) e pH de 7,1.
[0085] As Figuras 17 a 22 mostram os resultados obtidos após avaliação das propriedades do papel corrugado com gramatura a 170 g/m2 e não apenas com a adição de microfibras celulósicas, o que permite comparação com o cenário base. Como a quantidade de MFC utilizada entre as camadas de papel varia de 0,5 a 1,5 g/m2, nota-se, somente para fins de comparação, que a colagem entre camadas aqui está sendo avaliada na ausência de ligantes (Branco) , com amido entre camadas (1,5 g/m2), com MFC de fibra longa (azul escuro, que apresentou melhores resultados a 0,5; 1 e 1,5 g/m2) e também MFC de fibra curta (rosa, a 0,5; 1 e 1,5 g/m2) .
[0086] O Scott Bond mediu a resistência ao cisalhamento entre as camadas do papel, nesse caso com amido e MFCs (Figura 17) . É possível observar ganhos superiores a 60 pontos para essa propriedade quando comparada ao papel sem adição de ligantes entre camadas (Branco) , chegando a 80 pontos para a menor carga de MFC aplicada (0,5 g/m2) quando comparado ao branco. Vale destacar que foram observados valores próximos para essa propriedade para os dois tipos de MFC aplicadas.
[0087] Já para o RCT e o CMT, verifica-se que a adição de ligantes entre as camadas do papel proporciona aumento nos valores dessas propriedades (Figuras 18 e 19) . Houve manutenção dos valores do RCT para as cargas de 0,5 e 1,0 g/m2 de MFC em relação a aplicação de 1,5 g/m2 de amido (Figura 18), enquanto ganhos substanciais para o CMT ocorrem com todas as cargas de MFC aplicadas, seja proveniente de microfibra curta ou longa, com seus valores acima dos encontrados para aplicação de amido a 1,5 g/m2 (Figura 19) .
[0088] A propriedade de índice a tração (Figura 20) apresentou manutenção dos valores encontrados para as aplicações de MFC e amido. A MFC proporcionou ganhos de resistência a tração apenas quando comparado ao branco. Sabe- se que devido à grande disponibilidade de terminais ligantes (-OH) , a MFC é capaz de formar redes de ligação entre as microfibras e fibras presentes no meio, assim proporcionando ganhos em diversas propriedades do papel. [0089] Para a propriedade alongamento (Figura 21) houve aumento dos valores encontrados para as aplicações de MFC de fibra longa e redução para as aplicações de fibra curta em relação ao amido, evidenciando que as fibras longas possuem maior elasticidade que as fibras de menor diâmetro. Contudo, quando em comparação com o Branco, todos os valores encontrados são inferiores. Isso mostra que a adesão proporcionada por um aditivo adesivo - seja amido ou MFC - é forte o suficiente para favorecer a ruptura em detrimento do alongamento.
[0090] De forma a corroborar esse entendimento, a propriedade TEA (Figura 22), que mede a força necessária para a ruptura do papel, apresentou resultados iguais ao branco para as fibras curtas de MFC, mas valores superiores tanto para as fibras longa quanto para o amido.
[0091] As Figuras 23 a 27 mostram a média dos resultados obtidos nos testes das propriedades físicas e mecânicas, testes estes realizados com lotes de papéis produzidos contendo MFC entre suas camadas. São indicados períodos com aplicação de amido (barras em azul escuro) e períodos com aplicação de MFC (azul claro) substituindo todo o amido. Os resultados dos testes foram satisfatórios e atendem as especificações, até mesmo superando nos casos da aplicação da carga máxima de MFC entre camadas (0,7 g/m2) .
[0092] Logo, é possível observar notáveis ganhos em todas as propriedades físicas e mecânicas com a adição de MFC.
Testes industriais para papéis contendo MFC entre suas camadas
[0093] Para avaliação do efeito da aplicação de MFC em escala industrial, definiu-se aplicação de diferentes produtos em diferentes lotes. Sabe-se que a aplicação de amido em todos os papéis corrugados pode variar, e no teste de 2,94 g/m2 a 3,58 g/m2 de amido aplicado entre as camadas. Assim, foi realizada a aplicação de amido denominado pré- teste em rolos jumbo de número final 21 a 28. Logo após, foi iniciada a produção de rolos com aplicação de MFC nos rolos 29 a 31. Para finalização do teste, a condição de aplicação de amido voltou ao normal e mais alguns rolos jumbo com amido foram produzidos, produzindo os rolos 32 a 35, como mostrado na Tabela 3.
Tabela 3 - Bobinas produzidas durante o teste de aplicação de MFC entre camadas no papel corrugado com gramatura de 170 g/m2 :
Figure imgf000025_0001
[0094] O teste com aplicação industrial de MFC teve a duração de lh e 40 minutos. A aplicação de MFC durante o teste chegou a uma concentração de 0,7 g/m2, o que permite uma redução de 5 vezes a carga de amido aplicada, considerando o valor de 3,58 g/m2. É importante ressaltar que o fluxo de MFC foi crescente a fim de atingir as diferentes concentrações de MFC até 0,7 g/m2, como mostrado na Tabela 4.
Tabela 4 - Dados médios do processo durante a produção do papel corrugado com gramatura de 170 g/m2 e MFC entre camadas :
Figure imgf000026_0001
[0095] As Figuras 28 a 31 mostram testes de propriedades úteis na produção de escala industrial, como gramatura (Figura 28), vácuo no trivac (parte integrante da máquina de produção de papel) (Figura 29), umidade do papel (Figura 30) e o consumo de vapor (Figura 31) .
[0096] A gramatura do papel produzido não apresentou grande variação; no entanto, à medida que a concentração de MFC dosada chegou em 0,7 g/m2 (Rolos 30 e 31), notou-se uma pequena tendência de aumento seguida por estabilização. O consumo de vapor/tonelada de papel não apresentou grande variação. É importante ressaltar que, à medida que a dosagem de MFC aumentou, chegando ao máximo aplicado entre camadas (0,7 g/m2), os valores de umidade e pressão de vácuo também apresentaram uma taxa de crescimento. Dessa forma, é possível prever o comportamento do papel com as dosagens de MFC aplicadas durante o teste.
[0097] Os resultados desse conjunto de testes físicos foram satisfatórios e atendem as especificações, até mesmo superando nos casos da aplicação da carga máxima de MFC entre camadas (0,7 g/m2) para os rolos 30 e 31. Deve-se notar que alguns valores de testes para o rolo 29 apresentam-se mais baixos, pois nessa produção ocorreu a mudança entre amido e MFC entre camadas, onde, além desse ponto, a dosagem de MFC começa a subir até atingir os valores esperados para testes físicos e mecânicos.
[0098] É importante ressaltar que apesar de as características físicas, químicas e estruturais apresentadas no item referente a caracterizações da MFCs sugerirem um destaque para a MFC de fibra longa, é possível afirmar que, no desempenho do produto final, ambas MFCs (fibra longa ou curta) mostraram-se eficientes e, para a aplicação realizada, não foi notada diferença significativa. No entanto devem-se priorizar as características físicas, químicas e estruturais que apresentam melhor qualidade de MFC para aplicação em maior escala, não impedindo ou anulando de qualquer forma o uso de outras matérias-primas geradoras de MFC na presente invenção.
[0099] Sendo assim, a aplicação de MFC proporcionou a substituição de 100% do amido entre camadas sem causar problemas de qualidade para o papel produzido nas bobinas durante o período de teste. Dessa forma, a aplicação da MFC proporciona a definição de um novo biopolimero, com potencial de substituição de outros aditivos no papel e não apenas amido .
Exemplos
[0100] O exemplo abaixo tem como objetivo relatar o processo de aplicação de MFC entre as camadas de papel bem como os resultados dos testes mecânicos e físicos feitos antes e durante o processo de aplicação.
Exemplo 1
[0101] Para produção da MFC é utilizada polpa kraft de fibra longa ou curta, branqueada ou não, que é diluída para 2% e tratada utilizando-se agentes químicos Al2(S04)3 e NaOH até pH 6,0, com posterior aquecimento com temperatura entre 35-40°C por 50-60 minutos. Posteriormente ocorre o tratamento com 125 g/tonelada de polpa seca da enzima da família das endoglucanases , em agitador tipo cowles, por 25 minutos, onde a ação enzimática é cortada através da elevação do pH até 13-14 com NaOH na dosagem de aproximadamente 200g por tonelada de polpa. A polpa tratada é passada em um primeiro moinho vertical contendo pedra de óxido de alumínio convencional sem ranhuras e em seguida por um segundo moinho por 7 horas, onde é diluída mais uma vez para a consistência de 0,8%, agitada por 60 minutos por meio de lâminas não cortantes, filtrada em filtro de 0,05 mm e estocada para abastecer a linha de aplicação dos bicos aspersores/pulverizadores .
Exemplo 2
[0102] Para a aplicação de MFC entre camadas de papel em laboratório, de forma a realizar os testes das características físicas e mecânicas, foi utilizado um spray. Utilizou-se uma pistola a ar com pulverização uniforme para formação da nuvem de aplicação e spray sobre a superfície do papel. A pistola a ar possui um recipiente onde a suspensão preparada de MFC é armazenada, e ao ser pressurizada por um gatilho mecânico essa suspensão é borrifada através de uma agulha de aplicação que possui abertura entre 0,5 e 10 mm. Ao passar por essa abertura a suspensão é pulverizada sobre a superfície do papel. A camada pulverizada sobre a superfície do papel é utilizada para colagem de mais uma camada de papel sobre o conjunto suspensão pulverizada e papel/superfície base. Em conjunto as duas camadas de papel que podem ter composições fibrosas variadas são coladas pela suspensão de MFC que foi pulverizada entre as camadas. A MFC é geralmente pulverizada em consistências de 0,1 a 2% de consistência .
Exemplo 3
[0103] Para aplicação industrial, durante cerca de 2 horas na máquina de papel industrial MP14, e de acordo com a carga de aplicação definida, foi possível reduzir em aproximadamente 5 vezes a carga de amido aplicada para a colagem entre camadas do papel. Tal como em laboratório, a suspensão de MFC foi preparada a uma consistência conhecida e armazenada em um tanque com bomba acoplada e ligada direto a linha de aspersores/pulverizadores aplicadores de amido do tipo leque e cone entre camadas do papel na máquina de papel MP14. A suspensão foi bombeada em uma vazão de 0 a 200 L/min do tanque até a linha dos aplicadores, em que foi aplicada na forma de spray entre as camadas do papel, criando uma nuvem de aspersão, direcionada entre as camadas de papel ou somente para uma das camadas, a depender do ângulo de aplicação que vai de 0 a 180° (Figura 32) . Ao aplicar a suspensão de MFC na vazão máxima foi possível substituir 100% do amido entre camadas antes utilizado para a mesma finalidade .

Claims

RE IVINDICAÇÕES
1. Papel muitilaminar contendo fibras celulósicas caracterizado pelo fato de compreender entre 0,5 a 1,5 g/m2 de fibras de celulose microfibrilada entre suas camadas.
2. Papel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de possuir gramatura final na faixa de 60 a 440 g/m2.
3. Papel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato das fibras de celulose microfibrilada conterem diâmetro médio inferior a 250 nanômetros.
4. Papel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser do tipo cartão ou corrugado.
5. Processo de produção de papel caracterizado pelo fato de compreender a adição de 0,5 a 1,5 g/m2 de fibras de celulose microfibrilada entre as camadas de um papel multilaminar .
6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela adição de celulose microfibrilada entre as camadas do papel ser capaz de substituir até 100% do amido empregado .
7. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela aplicação das fibras de celulose microfibrilada entre as camadas do papel ser realizada a uma vazão de 0 até 200 L/min.
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