WO2023180947A1

WO2023180947A1 - Processo de produção de celulose microfibrilada a partir de pasta kraft de alto rendimento, celulose microfibrilada obtida a partir do processo e pasta kraft e produtos papeleiros que compreendem a referida celulose microfibrilada

Info

Publication number: WO2023180947A1
Application number: PCT/IB2023/052806
Authority: WO
Inventors: Ricardo Jorge ALVES RAMOS RODRIGUES; Bruna Filipa RAMOS DOS SANTOS; Ana Filipa MARTINS LOURENÇO
Original assignee: Raiz - Instituto De Investigação Da Floresta E Papel
Priority date: 2022-03-23
Filing date: 2023-03-22
Publication date: 2023-09-28
Also published as: PT117870A

Abstract

A presente invenção diz respeito a um processo de produção de uma celulose microfibrilada a partir de uma pasta de alto rendimento, que compreende os passos de selecção de uma pasta Kraft com um teor de lenhina total de 5 % a 30 % em peso e da sua des fibração até à obtenção de uma suspensão de celulose microf ibrilada com um teor mínimo de finos de 15 % em peso. Outros aspetos da presente invenção correspondem à celulose microfibrilada obtida a partir do processo e a pasta Kraft e produtos papeleiros que a compreendem. O processo descrito permite a produção de celulose microfibrilada com um menor consumo de energia e a celulose microfibrilada apresenta aptidão papeleira acrescida, resultando em produtos papeleiros com propriedades de resistência mecânica acrescidas.

Description

DESCRIÇÃO

TÍTULO DA INVENÇÃO

PROCESSO DE PRODUÇÃO DE CELULOSE MICROFIBRILADA A PARTIR DE PASTA KRAFT DE ALTO RENDIMENTO, CELULOSE MICROFIBRILADA OBTIDA A PARTIR DO PROCESSO E PASTA KRAFT E PRODUTOS PAPELEIROS QUE COMPREENDEM A REFERIDA CELULOSE MICROFIBRILADA

DOMÍNIO TÉCNICO

A presente invenção diz respeito a um processo de produção de celulose microf ibrilada a partir de pasta Kraft de alto rendimento . Adicionalmente a invenção di z respeito à celulose microf ibrilada obtida a partir do processo , e a pasta Kraft e a produtos papeleiros que compreendem a celulose microf ibrilada obtida . A invenção tem aplicação na área da indústria papeleira .

TÉCNICA ANTERIOR

Celuloses microf ibriladas têm vindo a ser alvo de cada vez maior interesse para diferentes aplicações , nomeadamente na área da produção de pasta e de papel . Podem ser produzidas a partir de di ferentes matérias-primas como , por exemplo , fibras celulósicas de herbáceas e tubérculos , entre outros , e através de processos que podem envolver operações enzimáticas , químicas e mecânicas , individualmente ou em várias etapas (Klem et al , Nanocelluloses : A New Family of Nature-Based Materials , Angew . Chem . , Int . Ed . , 2011 , 50 , 5438 - 5466 ) . Convencionalmente, as celuloses microf ibriladas são produzidas a partir de pasta celulósica deslenhif içada e preferencialmente branqueada (Osong et al . , Processing of wood-based microf ibrillated cellulose and nanof ibrillated cellulose, and applications relating to papermaking: A review, 2016, 23, 93-123; Klemm et al., Nanocellulose as a natural source for groundbreaking applications in materials science: Today's state, Materials Today, 2018, 7, 720-748) .

De facto, e como mostrado nos documentos de seguida mencionados, os processos de produção de celulose microf ibrilada são realizados a partir das convencionais matérias-primas celulósicas, isto é, pastas celulósicas deslenhif içadas pelos tipicos processos químicos de cozimento, como Kraft ou ao sulfito, e/ou branqueadas, possuindo assim tipicamente teores de lenhina total inferiores a 5% em peso. Da mesma forma, os documentos que relatam o uso de celulose microf ibrilada na produção de material papeleiro consideram-na de acordo com a sua definição convencional no que diz respeito à matéria-prima, e suas propriedades, que lhe dão origem.

A patente EP3341523B1 divulga um método de produção de celulose microf ibrilada que requer um menor número de passagens por refinadores e, consequentemente um menor consumo de energia, que envolve a refinação, com lâminas de determinadas dimensões, de uma pasta quimica de fibras celulósicas .

A patente EP2494107B1 diz respeito a um processo para a produção de celulose microf ibrilada com o auxilio de uma extrusora, em que pelo menos um produto quimico (de entre carboximetilcelulose, metilcelulose, álcool polivinilico, estearato de cálcio , álcoois , surfactantes e tensoativos ou outros produtos químicos hidro fóbicos ) é adicionado à extrusora durante o processamento de uma mistura de fibras , de preferência celulósicas mas podendo também ser incluídas fibras de algodão e fibras de produtos agrícolas , como de batata e de cereais .

0 pedido de patente EP2196579A1 descreve um método de produção de celulose microf ibrilada, com um menor consumo de energia associado , que envolve a passagem de uma suspensão de uma pasta de celulose num solvente ( como água, álcoois , dimetilssul fóxido , glicerol e suas misturas ) através de um ori fício de um homogenei zador de modo a que a referida suspensão sej a submetida a uma queda de pressão . 0 referido diâmetro do referido ori fício é de 100 a 700 pm e a referida queda de pressão tem um valor máximo de 100 MPa . As pastas de celulose descritas no pedido de patente di zem respeito às pastas convencionais e obtidas pelos processos tipicos de sua produção , como pastas branqueadas , semi-branqueadas e não branqueadas , pelos processos químicos ao sul fito e ao sul fato .

O pedido de patente WO2014147293A1 divulga um processo de produção de celulose microf ibrilada que envolve , no cozimento quimico , um tratamento f isico/mecânico , como prensagem e cisalhamento , de uma fonte de fibra celulósica impregnada, tratamento este que é aplicado durante ou após a impregnação da fibra ou durante ou após o cozimento da fibra, em que uma mudança na estrutura celular da parede da fibra é observada, diminuindo assim o consumo de energia envolvido na produção de celulose microf ibrilada . O processo continua depois com os passos tipicos de cozimento , por exemplo por cozimento Kraft , lavagem e branqueamento , e uma refinação adicional com enzimas ou solvente e , finalmente , a moagem da fibrila obtida . A invenção descreve o uso de fibras a partir de herbáceas e de não-herbáceas e suas combinações .

A patente EP2576629B1 descreve um método de produção de celulose microf ibrilada, dito como mais ef iciente e económico em relação à técnica anterior, que envolve uma hidrólise ácida a uma temperatura elevada ou uma acidi ficação seguida por lavagem e hidrólise a uma temperatura elevada de um material celulósico . 0 teor de lenhina do material celulósico de partida é inferior a 5% em peso . Como material celulósico é cons iderado pasta quimica de madeiras folhosas ou resinosas , branqueada ou não branqueada, como pasta Kraft , ao sul fito e à soda .

A patente EP2452014B1 descreve um processo de produção de celulose microf ibrilada, mais eficiente em relação à técnica anterior, que consiste no proces samento de uma pasta de fibras celulósicas com uma enzima e num tratamento mecânico, em que ambos são reali zados simultaneamente numa única etapa . São utili zadas fibras branqueadas , por exemplo de resinosas e de folhosas , uma vez que , como descrito na patente mencionada, a presença de lenhina em pastas não branqueadas leva a um maior consumo de energia na produção da celulose microf ibrilada .

0 pedido de patente US20160273165A1 divulga um método para a produção de um produto de papel com uma melhoria da resistência e da retenção de cargas e de finos , que envolve a adição de uma celulose microf ibrilada modi ficada aniónicamente a uma suspensão de f ibras , numa quantidade de 0 , 1 a 10 % em peso . O pedido de patente EP3433428A4 descreve um cartão com uma resistência à compressão melhorada que envolve o uso de uma pasta celulósica com valores de drenabilidade entre 15 e 28 ( em valores de Schopper-Riegler ) à qual é adicionada entre 1 a 5 % em peso de celulose microf ibrilada e um aditivo hidrofóbico , como um dimero de alquilceteno , anidridos succinicos , colofónias e um anidrido estireno maleico , ou emulsões , modi ficações e misturas dos mesmos .

A patente EP2978894B1 descreve um processo para a produção de papel e de cartão com propriedades de resistência através de uma mistura de fibras que envolve a adição , numa sequência especi fica, de celulose microf ibrilada, de aditivos de resistência e de microparticulas , como silica e bentonite , a essa mistura de fibras .

Um dos processos químicos mais usados industrialmente para a produção de pastas celulósicas a partir de madeiras é o cozimento Kraft , ou cozimento ao sul fato . Este processo quimico consiste no cozimento da madeira num licor de cozimento habitualmente constituído por hidróxido de sódio e sul fureto de sódio , a temperaturas da ordem dos 140 a 180 ° C, em reatores pressuri zados (Ek, Monica ; Gellerstedt , Gõran; Henriksson, Gunnar ; Pulp and Paper Chemistry and Technology Volume 2 , Pulping Chemistry and Technology, 2009 , De Gruyter, Berlim) . Este processo de cozimento quimico termina, tipicamente , com um teor de lenhina total inferior a 5% em peso . É necessário prolongar o processo de cozimento Kraft até valores inferiores a 5% , por forma a ser possível o processamento da pasta, sej a para produção direta de papel , sej a para posterior branqueamento . O processo de cozimento Kraft é um dos processos tipicamente utili zados para produção da matéria-prima usada nos processos de produção de celulose microf ibrilada do estado da técnica .

0 baixo conteúdo em lenhina nas pastas celulósicas de partida para a produção de fibrilas de celulose , obtido através da deslenhi f icação da madeira por processos químicos e através de etapas adicionais de branqueamento , é necessário e , como tal , condicionante para a aplicação de métodos de produção destas fibrilas de celulose que acarretam menores gastos de energia mecânica e quimica, como demonstrado por Chaker e co-autores que , ao avaliarem a adequabilidade de pastas celulósicas para fibrilação , escolheram uma pasta inicial com um conteúdo em lenhina inferior a 20 % em peso e à qual aplicam ainda um passo adicional de branqueamento após o seu cozimento , de modo reduzir adicionalmente o teor de lenhina a valores substancialmente inferiores a 5 % , tipicamente inferiores a 1 % , de modo a diminuir a influência da presença de lenhina na fibrilação da pasta celulósica ( Chaker et al . , Key role of the hemicellulose content and the cell morphology on the nanofibri llation ef fectiveness of cellulose pulps , Cellulose , 2013 , 20 , 2863 - 2875 ) .

Assim, o estado da arte mostra que os métodos de produção de celulose microf ibrilada, a partir dos materiais celulósicos convencionalmente usados para a produção de celulose microf ibrilada, entendidos como pastas celulósicas deslenhi f içadas pelos tipicos processos químicos de cozimento , como Kraft ou ao sul fito , e/ou adicionalmente branqueadas , incluem modi ficações , para um aumento da sua eficiência e para uma diminuição dos custos associados , que envolve o uso de , por exemplo , solventes orgânicos , tratamentos quimicos , como por hidrólise , e de equipamentos de fibrilação desenvolvidos para esse fim, em várias etapas ou em conj unto . São também utili zadas como matéria-prima, pastas celulósicas de teor de lenhina substancialmente inferior a 5 % , aplicando , para isso , por exemplo , tratamentos de branqueamento às pastas celulósicas de partida .

Existe assim a necessidade de um processo de produção de celulose microf ibrilada que isente a sua matéria-prima de entrada da aplicação de di ferentes tratamentos químicos e/ou mecânicos complexos que visam uma redução dos teores de lenhina da referida matéria-prima a valores inferiores a 5% em peso , e que dispense igualmente tais tratamentos durante a sua conversão em celulose microf ibrilada . Existe ainda a necessidade de um processo de produção de celulose microf ibrilada que proporcione um menor consumo de energia, logo menores custos associados , e que resulte na produção de uma celulose microf ibrilada que permita a sua aplicação na produção de materiais papeleiros com propriedades de resistência acrescidas , face às celuloses microf ibriladas produzidas pelos processos de produção do estado da técnica que recorrem a matérias-primas celulósicas convencionais , isto é com teores de lenhina inferiores a 5 % .

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um processo de produção de celulose microf ibrilada caracteri zado por compreender os seguintes passos : a ) selecção de uma pasta Kraft de alto rendimento com um teor de lenhina total de 5 % a 30 % em peso ; b ) des fibração mecânica da pasta selecionada no passo a ) até à obtenção de uma suspensão de celulose microf ibrilada com um teor minimo de finos de 15 % em peso .

Numa forma preferencial da invenção o processo compreende ainda e antes do passo b ) uma hidrólise enzimática da pasta selecionada no passo a ) .

Numa forma preferencial da invenção é selecionada no passo a ) pasta de madeira folhosa, resinosa ou suas misturas .

Numa forma preferencial da invenção a pasta selecionada no passo a ) é pasta de eucalipto .

A presente invenção refere-se ainda a celulose microf ibrilada obtida pelo processo descrito .

Numa forma preferencial da invenção a celulose microf ibrilada apresenta um teor minimo de finos de 15 % em peso .

A presente invenção refere-se ainda a pasta Kraft que compreende a celulose microf ibrilada descrita .

A presente invenção refere-se ainda a um produto papeleiro que compreende a celulose microf ibrilada descrita . Numa forma preferencial da invenção o produto papeleiro é um papel cartão canelado (containerboard) , um papel kraftliner, um papel testliner, um papel para cartão canelado ou canelura (fluting) , um papel para sacos (sack kraft) , um papel para sacos de compras (shopping bags) , um papel para embalagens flexíveis (flexible packaging) , um papel tissue ou um papel de impressão e escrita.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

A Fig. 1 apresenta a observação microscópica de celulose microf ibrilada produzida a partir de (a) pasta Kraft de alto rendimento (utilizada na presente invenção) e de (b) pasta kraft branqueada (utilizada na técnica anterior) e de uma (c) celulose microf ibrilada comercial da técnica anterior.

A barra indica a escala de 100 pm.

A Fig. 2 apresenta a percentagem de finos (baseada na amostra total, ponderada em comprimento, medida num equipamento L&W Fiber Tester 912) de celuloses microf ibriladas produzidas com diferentes energias de refinação, a partir de pasta de alto rendimento (quadrados) e a partir de pasta não branqueada (losangos) ou pasta branqueada (círculos) . O valor de finos para uma celulose microf ibrilada comercial é apresentado na linha a cheio.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

É aqui descrito um processo de produção de celulose microf ibrilada (também referida nesta descrição como CMF, para efeitos de simplificação) a partir de uma pasta Kraft de alto rendimento, isto é, no âmbito da presente invenção, uma pasta Kraft com um teor de lenhina total de 5% a 30 % em peso , de acordo com o descrito abaixo que , surpreendentemente , permite simultaneamente a produção de celulose microf ibrilada com um menor consumo de energia por comparação , por exemplo , a partir de uma pasta Kraft convencional ( à qual é associado , um baixo teor de lenhina, isto é , no âmbito da presente invenção , um teor de lenhina total inferior a 5% em peso , e em que a celulose microf ibrilada obtida apresenta uma aptidão papeleira que proporciona propriedades de resistência mecânica acrescidas aos produtos papeleiros que a incorporam, em comparação com as soluções convencionais do uso de celuloses microf ibriladas produzidas através de pastas celulósicas convencionais , isto é , deslenhi f içadas pelos tipicos processos químicos de cozimento , como Kraft ou ao sul fito , e/ou adicionalmente branqueadas .

No âmbito da presente invenção um processo de cozimento Kraft refere-se a cozimento Kraft ou coz imento ao sul fato . Trata- se de um processo quimico bem conhecido na técnica que consiste no cozimento da madeira num licor de cozimento habitualmente constituído por hidróxido de sódio e sul fureto de sódio , a temperaturas da ordem de 140 a 180 ° C, em reatores pressuri zados . Um processo Kraft convencional é aqui entendido como um tipico cozimento quimico que origina um rendimento de produção de pasta de cerca de 45-55% .

No âmbito da presente invenção , pasta Kraft refere-se a pasta obtida pelo cozimento Kraft .

No âmbito da presente invenção pasta Kraft não branqueada di z respeito a uma pasta produzida através do processo Kraft convencional , tipicamente com um teor de lenhina total inferior a 5% em peso . No âmbito da presente invenção pasta Kraft branqueada di z respeito a uma pasta produzida através do processo Kraft convencional e que é ainda suj eita a um passo de branqueamento , com um teor de lenhina total tipicamente inferior a 1 % em peso . O passo de branqueamento tem como finalidade a continuação da deslenhi f icação por ação de agentes oxidantes , como o oxigénio , dióxido de cloro e peroxido de hidrogénio .

No âmbito da presente invenção , pasta Kraft de alto rendimento di z respeito a uma pasta Kraft , produzida através de um processo quimico de cozimento Kraft com rendimento superior a 60% , e apresentando a pasta assim produzida um teor de lenhina total de 5 % a 30 % em peso . Ass im sendo , quando na presente descrição se faz referência a "pasta Kraft de alto rendimento" , pretende fazer-se referência simpli ficada a uma pasta Kraft que compreende um teor de lenhina total de 5 % a 30 % em peso .

No âmbito da presente invenção o rendimento do cozimento é calculado pela seguinte fórmula : massa pasta/massa de madeira x 100

(pesos em base absolutamente seca )

No âmbito da presente invenção , teor de lenhina total em peso é a soma dos teores de lenhina insolúvel ( determinados segundo a norma Tappi 222 om- 02 ) e de lenhina solúvel ( determinado segundo a norma Tappi um 250 modi ficada com adição de borohidreto para a medição espectrof otométrica - Pinto P . , Influência da estrutura quimica dos componentes da madeira no seu desempenho nos processos de produção de pastas celulósicas . Estudo comparativo entre Eucalyptus gl obul us e outras folhosas , Tese Doutoramento Universidade de Aveiro ,

2005 ) .

No âmbito da presente invenção , e de acordo com a norma ISO/TS 20477 , celulose microf ibrilada di z respeito a fibras de celulose compostas por, pelo menos , uma fibra elementar que contêm regiões cristalinas , paracristalinas e amorfas , com razão de aspecto ( comprimento/diâmetro ) superior a 10 , podendo conter fibrilas longitudinais , entrelaçamento entre partículas ou estruturas do tipo rede , sendo produzidas por tratamentos mecânicos de madeira e/ou quimicos como , por exemplo , tratamentos enzimáticos .

É assim comum na área da técnica em causa designar as celuloses microf ibriladas produzidas exclusivamente por tratamentos mecânicos por "celuloses microf ibriladas mecânicas" e quando produzidas através de uma combinação destes com tratamentos enzimáticos por "celuloses microf ibriladas enzimáticas" , uma vez que , sendo constituídas quimicamente pelos mesmos elementos que a pasta de origem, as características intrínsecas das celuloses microf ibriladas produzidas dependem diretamente do processo utili zado para a sua produção , sendo impossível a sua caracteri zação através dos seus constituintes devido à sua natureza heterogénea . Tal é também esperado para outros métodos de produção e consoante as matérias-primas envolvidas .

No âmbito da presente invenção percentagem de finos di z respeito à percentagem de fibrilas com comprimento inferior ou igual a 0 , 2 mm, medidos num equipamento L&W Fiber Tester 901 , relativo ao comprimento médio de toda a mostra total . Com a tecnologia de desfibração mecânica é possivel atingir os 100% de finos , combinando maquinaria moderna e consumos energéticos e de tempo adequados . No entanto , na prática industrial do atual estado da técnica é comum tratar a matéria-prima até atingir um nivel de finos perto de 50% em peso (medição efetuada num L&W Fiber Tester 912 , média ponderada em comprimento ) . Consoante o propósito de utili zação da CMF o nivel de finos a atingir poderá ser mais ou menos elevado .

No âmbito da presente invenção celulose microf ibrilada a partir de pasta Kraft de alto rendimento di z respeito a celulose microf ibrilada produzida a partir de uma pasta kraft de alto rendimento .

No âmbito da presente invenção celulose microf ibrilada a partir de pasta Kraft não branqueada di z respeito a celulose microf ibrilada produzida a partir de uma pasta kraft não branqueada .

No âmbito da presente invenção celulose microf ibrilada a partir de pasta Kraft branqueada di z respeito a uma celulose microf ibrilada produzida através de pasta Kraft branqueada .

No âmbito da presente invenção celulose micro f ibrilada comercial di z respeito a amostras possíveis de aquisição em mercado com a característica de serem produzidas a partir de pasta de madeira totalmente deslenhi f içada, após um cozimento Kraft convencional ( teor de lenhina total na fibra celulósica da pasta produzida inferior a 5% em peso ) , seguido de um processo de branqueamento para a obtenção da pasta que foi finalmente utili zada na produção da celulose microf ibrilada por um processo mecânico com um pré- tratamento enzimático . No âmbito da presente invenção , agente de retenção refere- se a um aditivo adicionado na formação do papel por forma a reter finos e cargas minerais , como por exemplo , mas não limitado a, uma poliacrilamida catiónica linear .

No âmbito da presente invenção um papel canelado ( contai nerboard) corresponde ao papel comummente usado para fazer cartões ( corruga ted boards) .

A camada de topo e de base de um cartão ( corrugated board} é o chamado linerboard. Normalmente trata-se de um produto de duas camadas , uma de topo e outra de base . Fibra virgem e fibra reciclada são usadas na produção deste tipo de papel . Na primeira opção , quando a fibra usada é predominantemente fibra virgem produzida quimicamente pelo método Kraft , o produto é denominado por kraftlíner. Quando são usadas predominantemente fibras recicladas o produto é referido por testlíner . A canelura entre dois liners é o chamado papel para cartão canelado ( fl uting, ou corruga ted médi um) .

No âmbito da presente invenção um papel tissue corresponde aos papéis usados com finalidades higiénicas e sanitárias , quer em ambiente doméstico quer em locais públicos .

É aqui descrito um processo de produção de celulose microf ibrilada a partir de uma pasta Kraft de alto rendimento , compreendendo esta última, por definição , um elevado teor de lenhina, isto é , no âmbito da presente invenção , um teor de lenhina total de 5 % a 30 % em peso .

Surpreendentemente , o processo da invenção permite simultaneamente a produção de celulose microf ibrilada com um menor consumo de energia por comparação com os processos da técnica anterior que recorrem a pastas Kraft convencionais ( com um teor de lenhina total inferior a 5% em peso ) e em que a celulose microf ibrilada obtida apresenta uma aptidão papeleira que proporciona propriedades de resistência mecânica acrescidas aos produtos papeleiros que a incorporam, em comparação com as soluções convencionais do uso de celuloses microf ibriladas produzidas através de pastas celulósicas convencionais ( isto é , deslenhi f içadas pelos tipicos processos químicos de cozimento , como Kraft ou ao sul fito , e/ou branqueadas ) .

De facto , e de modo surpreendente , o processo da presente invenção permite produzir celulose microf ibrilada, com as vantagens acima mencionadas , a partir de pastas Kraft com alto teor de lenhina total ( de 5% a 30% em peso ) , contrariamente à prática estabelecida na técnica anterior que desencoraj a a utilização de tais pastas de alto teor de lenhina total , também designadas habitualmente como pastas Kraft de alto rendimento .

O processo aqui descrito consiste na selecção de uma pasta Kraft de alto rendimento seguida da sua des fibração mecânica até à obtenção de uma suspensão de celulose microf ibrilada . O processo poderá incluir ainda, e antes do passo de des fibração mecânica, uma hidrólise enzimática da pasta selecionada . Exemplos

• Processo de preparação de celulose micro f ibrilada a partir de pasta Kraft de eucalipto de alto rendimento (CMF PKAR)

Exemplo 1

Num refinador cónico, pasta Kraft de eucalipto de alto rendimento, com um teor total de lenhina de 8 %, foi previamente desintegrada e sujeita a refinação, com os parâmetros de refinação: velocidade de rotação 1230 rpm, comprimento da aresta 0,574 km/s, potência 0,918 kW, SEL (carga especifica de energia aplicada pelo bordo das barras) 1, 6 Ws/m e energia especifica 350 kWh/ton. O produto resultante foi ainda refinado em duas fases num refinador de discos. A primeira fase foi efetuada com os parâmetros de refinação: velocidade de rotação 700 rpm, comprimento da aresta 39, 48 km/s, potência 5, 076 kW, SEL 0,15 Wm/ s e energia especifica 200 kWh/ton. A segunda fase foi efetuada com os parâmetros de refinação: velocidade de rotação 700 rpm, comprimento da aresta 39,48 km/s, potência 5,922 kW, SEL 0,10 Wm/ s e energia especifica 250 kWh/ton. A refinação foi conduzida até se atingir um teor minimo de finos de 15 % em peso (média ponderada em comprimento, baseado na amostra total e determinado num equipamento L&W Fiber Tester 912) .

A figura 1 apresenta a análise microscópica das suspensões de celulose microf ibrilada obtidas. Foi possível verificar a fibrilação obtida após tratamento mecânico e a heterogeneidade de tamanhos dentro da mesma amostra. Neste sentido, as amostras foram analisadas num equipamento L&W Fiber Tester 912 para determinação dos tamanhos de partícula. A tabela 1 apresenta a média ponderada em comprimento dos comprimentos e diâmetros das fibras, bem como o grau de polimerização, calculado através da equação de Mark Houwink (parâmetros e equação definidos em Henrikson et ai . , Cellulose Nanopaper Structures of High Toughness , Biomacromolecules 2008 , 9 , 1579- 1585 ) com os valores de viscosidade intrínseca determinados nas amostras dissolvidas em soluções de cuprietilenodiamina, segundo a norma ISO 5351 : 2010 .

Tabela 1 . Caracterização ( dimensões e grau de polimerização ) das celuloses microf ibriladas produzidas a partir de pasta kraft de alto rendimento utilizada na presente invenção e comparação com os valores obtidos em celuloses microf ibriladas produzidas a partir de pasta não branqueada, pasta branqueada e celulose microf ibrilada comercial da técnica anterior .

A figura 2 representa a percentagem de finos (baseada na amostra total , ponderada em comprimento , medida num equipamento L&W Fiber Tester 912 ) de celulose microf ibrilada produzida com di ferentes energias de refinação .

Foi possível veri ficar que , usando a mesma energia de refinação , obteve-se uma maior percentagem de finos com a pasta Kraft de alto rendimento do que com uma pasta Kraft obtida pelo processo Kraft convencional ( com um teor de lenhina total de 2 % ) , e do que com a pasta branqueada ( com um teor de lenhina total inferior a 1 % ) , tipicamente utili zadas na técnica anterior . Assim, demonstrou-se que com a pasta de alto rendimento , foi necessária uma menor quantidade de energia para produzir a mesma quantidade de finos .

Exemplo 2

Pasta Kraft de alto rendimento de eucalipto , com um teor de lenhina total de 5 % em peso , foi suj eita a desintegração e a refinação como descrito no Exemplo 1 . Os resultados obtidos demonstraram também que foi obtida uma maior percentagem de finos , usando a mesma energia de refinação , com esta pasta Kraft de alto rendimento do que com uma pasta Kraft branqueada obtida pelo processo Kraft convencional .

Exemplo 3

Pasta Kraft de alto rendimento de eucalipto , com um teor de lenhina total de 10 % em peso , foi desintegrada e a refinada de forma semelhante ao descrito no Exemplo 1 . Foi obtida uma maior percentagem de finos , para a mesma energia de refinação , com esta pasta Kraft de alto rendimento em comparação com uma pasta Kraft branqueada obtida pelo processo Kraft convencional .

Exemplo 4

Pasta Kraft de alto rendimento de eucalipto e de pinho na proporção 85/ 15 em peso , respetivamente , com um teor de lenhina total de 7 % em peso , foi suj eita a desintegração e a refinação como descrito no Exemplo 1 . Foi também veri ficada uma maior percentagem de finos , usando a mesma energia de refinação , com esta pasta Kraft de alto rendimento em comparação com uma pasta Kraft branqueada obtida pelo processo Kraft convencional . Exemplo 5

Pasta Kraft de alto rendimento de pinho, com um teor de lenhina total de 30 % em peso, foi sujeita a desintegração e a refinação como descrito no Exemplo 1. Foi também obtida uma maior percentagem de finos com esta pasta Kraft de alto rendimento do que com uma pasta Kraft branqueada obtida pelo processo Kraft convencional, em linha com os Exemplos anteriores .

• Aptidão papeleira da celulose microfibrilada a partir de pasta Kraft de alto rendimento

Após a produção de CMF PKAR, foi aferida a sua aptidão papeleira, de acordo com os exemplos seguintes. A CMF PKAR produzida foi adicionada a uma pasta Kraft de alto rendimento (PKAR) com um teor total de lenhina de 7 % em peso. No entanto, este teor de lenhina da pasta Kraft de alto rendimento à qual é adicionada a CMF PKAR não está vinculado ao teor correspondente da pasta PKAR usada para a produção da CMF PKAR. Uma qualquer pasta PKAR com um teor de lenhina total de 5 % a 30 % em peso pode ser usada.

Exemplo 6 - Comparação da aptidão papeleira de celulose microfibrilada obtida a partir de pasta Kraft de eucalipto de alto rendimento (CMF PKAR) incorporada a pasta Kraft de eucalipto de alto rendimento (PKAR) em relação à aptidão papeleira de celulose microfibrilada obtida a partir de pasta Kraft de eucalipto branqueada (CMF PKEB) incorporada a pasta Kraft de eucalipto branqueada (PKEB)

A Pasta Kraft de eucalipto de alto rendimento, a uma consistência de 0, 64 % (volume/peso) , foi misturada com CMF PKAR com uma consistência de 0,5 % (peso/peso) e 35 % de finos, nas proporções de 5 e 10 % em peso.

Pasta Kraft de eucalipto branqueada (PKEB) , com um teor de lenhina total inferior a 1% em peso, a uma consistência de 0, 64 % ( volume/peso ) foi misturada com CMF PKEB com uma consistência de 0,5 % (peso/peso) e 31, 45 ou 54 % de finos, nas proporções de 5 e 10 % em peso.

Folhas laboratoriais isotrópicas foram preparadas num formador de folhas de bancada. Para tal, as pastas foram previamente refinadas. A suspensão de CMF foi adicionada à suspensão de pasta refinada, num copo, e submetida a agitação magnética por 120 s, tempo após o qual se verteu a mistura para o formador de folhas, seguindo a norma ISO 5269-1 para a formação da folha. o Resultados

Propriedades estruturais e propriedades de resistência mecânica de folhas de 150 g/m² (135 g_Over dry (OD) /m²)

As Tabelas 2 e 3 mostram os resultados comparativos dos aumentos relativos das propriedades de resistência mecânica em relação às referências de folhas produzidas a partir de pasta PKEB sem CMF PKEB e folhas produzidas a partir de pasta PKAR sem adição de CMF PKAR. As propriedades mecânicas foram medidas de acordo com as normas correspondentes: indice de rebentamento (ISO 2758:2015) , indice de rasgamento (ISO 1974:2012, indice de tração (ISO 1924-2:2008) , Scott-Bond (TAPPI 403) . Tabela 2 . Acréscimos nas propriedades de resistência ( % ) obtidos em folhas com incorporação de 5 % de CMF, relativos às referências ( sem CMF) .

Tabela 3 . Acréscimos nas propriedades de resistência ( % ) obtidos em folhas com incorporação de 10 % de CMF, relativos às referências ( sem CMF) .

É possível veri ficar um acréscimo dos indices de rebentamento , de rasgamento e de tração para as folhas de pasta PKAR com CMF PKAR em relação à referência ( folhas de pasta PKAR sem CMF) . Este acréscimo também é superior ao acréscimo observado para as folhas de pasta PKEB com CMF PKEB em relação à referência correspondente ( folhas de pasta PKEB sem CMF) . Veri fica-se assim o efeito de obtenção de propriedades de resistência mecânica acrescidas em folhas constituídas por pasta PKAR e CMF PKAR em relação à opção convencional de adição de CMF PKEB a pasta PKEB .

Acréscimo dos indices de rebentamento , de rasgamento e de tração para as folhas de pasta PKAR com CMF PKAR em relação à referência ( folhas de pasta PKAR sem CMF) foram também observados com CMF PKAR com 15 % e 50% de finos em peso .

Exemplo 7 - Comparação da aptidão papeleira de celulose microf ibrilada obtida a partir de pasta Kraft de eucalipto de alto rendimento ( CMF PKAR) ou de celulose microf ibrilada comercial ( CMF comercial ) (branca ) incorporadas a pasta Kraft de eucalipto de alto rendimento ( PKAR)

Foram preparadas folhas 135 g/m² ( OD) a partir de pasta Kraft de eucalipto de alto rendimento e a uma consistência de 0 , 64 % ( volume/peso ) misturada com CMF PKAR com uma consistência de 0 , 5 % (peso/peso ) .

O procedimento de formação das folhas foi igual ao do exemplo anterior . o Resultados

Propriedades de resistência mecânica de folhas de 150 g/m² ( 135 gop/m² )

A tabela 4 apresenta os resultados para as propriedades de resistência mecânica de folhas de 150 g/m² a partir de pastas PKAR com di ferentes proporções de CMF PKAR e de folhas de 150 g/m² a partir de pasta PKAR sem adição de CMF PKAR . Adicionalmente é apresentada também a comparação com os mesmos resultados obtidos com a adição de CMF comercial branca a pasta PKAR . Tabela 4 . Acréscimos nas propriedades de resistência ( % ) relativos à referência ( PKAR sem CMF PKAR) .

A incorporação de 5 e 10% em peso de CMF PKAR 35% finos aumenta a resistência mecânica das folhas , como o indice de rebentamento , de rasgamento e indice de tração . Os aumentos observados para a CMF PKAR são sempre superiores aos aumentos correspondentes com a CMF comercial .

Acréscimos da resistência mecânica das folhas , como o indice de rebentamento , de rasgamento e indice de tração foram também observados com CMF PKAR com 15 % e 50% de finos em peso .

Exemplo 8 - Comparação da aptidão papeleira de celulose microf ibrilada obtida a partir de pasta Kraft de eucalipto de alto rendimento ( CMF PKAR) incorporada a pasta Kraft de eucalipto de alto rendimento ( PKAR) com e sem agente de retenção Foram preparadas folhas 135 g/m² ( OD) a partir de pasta PKAR e a uma consistência de 0 , 64 % ( volume/peso ) misturada com CMF PKAR com uma consistência de 0 , 5 % (peso/peso ) . Uma série adicional foi produzida com a adição de um agente de retenção de acordo com as composições apresentadas na Tabela 5 . 0 procedimento de formação das folhas foi igual aos dos exemplos anteriores .

Tabela 5 . Composições usadas na preparação das folhas 135 g/m² .

A tabela 6 mostra os resultados comparativos para as propriedades de resistência mecânica de folhas de 150 g/m² a partir de pastas constituídas por pasta PKAR com di ferentes proporções de CMF PKAR e de folhas de 150 g/m² a partir de pasta PKAR sem adição de CMF PKAR . Duas séries são apresentadas nomeadamente na ausência e presença de um agente de retenção (poliacrilamida catiónica linear ) .

Tabela 6 . Acréscimos nas propriedades de resistência ( % ) relativos à referência ( PKAR sem CMF PKAR) na presença e ausência de agente de retenção .

A incorporação de 5 e 10% em peso de CMF PKAR 35% finos originou um acréscimo das propriedades de resistência mecânica em relação à referência, tanto na presença como na ausência de um agente de retenção ( resultados sempre positivos na tabela 4 ) . Adicionalmente veri ficou-se que na presença do agente de retenção a aptidão papeleira da CMF PKAR é potenciada ( aumento relativo à referência sem CMF superior ao observado sem agente de retenção ) .

Acréscimos das propriedades de resistência mecânica em relação à referência, tanto na presença como na ausência de um agente de retenção , foram também observados com CMF PKAR com 15 % e 50% de finos em peso .

Exemplo 9 - Comparação da aptidão papeleira de celulose microf ibrilada obtida a partir de pasta Kraft de eucalipto de alto rendimento ( CMF PKAR) incorporada a pasta Kraft de eucalipto de alto rendimento ( PKAR) com e sem amido catiónico .

Foram preparadas folhas 135 g/m² ( OD) a partir de pasta PKAR, com amido catiónico incorporado e a uma consistência de 0 , 64 % ( volume/peso ) misturada com CMF PKAR com uma consistência de 0 , 5 % (peso/peso ) e com um agente de retenção de acordo com as composições apresentadas na Tabela 6 .

O procedimento de formação das folhas foi semelhante aos dos exemplos anteriores . Tabela 7 . Compos ições usadas na preparação das folhas 135 g/m² .

2

Folhas 135 g/m ( OD)

o Resultados Propriedades estruturais e propriedades de resistência mecânica de folhas de 150 g/m² ( 135 gop/m² )

A Tabela 8 mostra os resultados comparativos para as propriedades de resistência mecânica de folhas de 150 g/m² a partir de pastas PKAR com di ferentes proporções de CMF PKAR e de folhas de 150 g/m² a partir de pasta PKAR sem adição de CMF PKAR, com e sem amido e com e sem agente de retenção .

Tabela 8 . Acréscimos nas propriedades de resistência ( % ) relativos à referência ( PKAR sem CMF) , na presença e ausência de amido de massa e ainda na presença do agente de retenção .

A utili zação de aditivos papeleiros comummente usados na produção de material papeleiro , tal como amido catiónico e agentes de retenção , mantem a vantagem competitiva da utili zação de CMF PKAR para reforço das propriedades mecânicas .

A vantagem competitiva da utili zação de CMF PKAR para reforço das propriedades foi também observada com CMF PKAR com 15 % e 50% de finos em peso .

Exemplo 10 - Comparação da aptidão papeleira de celulose microf ibrilada obtida a partir de pasta Kraft de eucalipto de alto rendimento ( CMF PKAR) , com 35 ou 41% finos , adicionada a pasta Kraft de eucalipto de alto rendimento ( PKAR) Foram preparadas folhas 135 g/m² ( OD) a partir de pasta PKAR, com amido catiónico incorporado e a uma consistência de 0 , 64 % ( volume/peso ) misturada com CMF PKAR produzida com um teor de finos de 35 ou 41 % , com uma consistência de 0 , 5 % (peso/peso ) na presença e ausência de um agente de retenção .

O procedimento de formação das folhas foi de acordo com os dos exemplos anteriores . o Resultados

Propriedades de resistência mecânica de folhas de 150 g/m² ( 135 gop/m² )

Foram comparados na Tabela 9 e 10 os acréscimos das propriedades de resistência mecânica de pastas PKAR com incorporação de CMF PKAR com di ferentes niveis de finos em relação às propriedades das folhas constituídas por pasta de alto rendimento sem adição de CMF PKAR . Tabela 9 . Acréscimos nas propriedades de resistência ( % ) relativos à referência ( PKAR sem CMF) , na presença de amido de massa e na ausência do agente de retenção , das propriedades de resistência das folhas com adição de 5 % de CMF HYKEP com 35 ou 41 % de finos .

Tabela 10 . Acréscimos nas propriedades de resistência ( % ) relativos à referência ( PKAR sem CMF) , na presença de amido de massa e na presença do agente de retenção , das propriedades de resistência das folhas com adição de 5 ou 10 % de CMF PKAR com 35 ou 41 % de finos .

Com agente retenção

Como esperado , a CMF PKAR com maior teor de finos teve um efeito mais pronunciado nas resistências , por exemplo com um aumento de 50 % do indice de rebentamento quando comparado com a referência sem CMF PKAR .

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo de produção de celulose microf ibrilada, caracterizado por compreender os seguintes passos: a) selecção de uma pasta Kraft com um teor de lenhina total de 5 % a 30 % em peso; b) desfibração mecânica da pasta selecionada no passo a) até à obtenção de uma suspensão de celulose microf ibrilada com um teor minimo de finos de 15 % em peso .

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda, entre os passos a) de seleção e b) de desfibração, um passo de hidrólise enzimática da pasta selecionada no passo a) .

3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por no passo a) a pasta ser selecionada do grupo que consiste em pasta de madeira folhosa, resinosa e suas misturas.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por no passo a) a pasta selecionada ser pasta de eucalipto .

5. Celulose microf ibrilada obtida pelo processo reivindicado em qualquer uma das reivindicações de 1 a 4.

6. Celulose microf ibrilada de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por compreender um teor minimo de finos de 15 % em peso.

7. Pasta Kraft, caracterizada por compreender a celulose microf ibrilada reivindicada em qualquer uma das reivindicações 5 e 6.

8. Produto papeleiro, caracterizado por compreender a celulose microf ibrilada reivindicada em qualquer uma das reivindicações 5 e 6.

9. Produto papeleiro de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender ainda um agente de retenção .

10. Produto papeleiro de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 e 9, caracterizado por ser selecionado do grupo consistindo em papel kraftliner, papel testliner, papel para cartão canelado, papel para sacos, papel para sacos de compras, papel para embalagens flexíveis, papel tissue e papel de impressão e escrita.