POLPA E PAPEL

1. POLPA E PAPEL Propriedades do papel AT059 � Prof. Umberto Klock

2. Propriedades f�sicas do papel Gramatura A gramatura � a massa do papel expressa em gramas por metro quadrado (g.m-2). A medi��o se realiza, em corpos de prova condicionados, por meio de uma balan�a anal�tica ou uma balan�a na qual � poss�vel ler diretamente a massa em gramas por metro quadrado, quando se pesa uma folha de �rea determinada.

3. gramatura A gramatura do papel afeta a maioria das propriedades, principalmente as mec�nicas e as �pticas. Para facilitar uma compara��o, � comum relacionar algumas propriedades � gramatura, como, por exemplo, o �ndice de tra��o que � o quociente entre a resist�ncia � tra��o e a gramatura.

4. gramatura

5. Gramatura g/m2

6. gramatura A gramatura � comumente especificada na venda e compra do papel. O consumidor, na compra de papel em bobinas ou folhas, est� interessado na gramatura, porque um papel mais pesado que o especificado resulta em menos folhas, sacos ou outras subunidades ap�s a convers�o, mas � deficiente em, por exemplo, na resist�ncia e opacidade.

7. gramatura BALAN�A DE GRAMATURA ELETR�NICA

8. espessura a espessura do papel � definida como: Espessura de uma �nica folha: quando esta � colocada entre duas superf�cies planas, circulares e sujeitas a uma press�o constante.

9. espessura Espessura m�dia das folhas no ma�o: espessura de uma �nica folha de papel, calculada a partir do valor da espessura das folhas no ma�o, quando estas s�o colocadas entre duas superf�cies planas, circulares e sujeitas a uma press�o constante (pap�is com gramatura at� 224 g.m-2).

10. espessura A medi��o se realiza atrav�s de um micr�metro padronizado que possui dois discos planos e paralelos, entre os quais se coloca o corpo de prova. O resultado � expresso em mil�metros,

11. espessura A espessura � afetada pela composi��o fibrosa, grau de refino e, principalmente pela calandragem; por sua vez, afeta as propriedades mec�nicas e �pticas do papel e � relevante no desempenho de pap�is para fins el�tricos

12. refina��o

13. Refina��o

14. espessura MEDIDOR DE ESPESSURA

15. densidade aparente do papel (?a) � calculada pela rela��o: � ?a = Gramatura (g.m-2 ) ( g.cm-3) Espessura (?m)

16. densidade aparente do papel (?a) A densidade aparente � assim denominada, por incluir os espa�os do papel preenchidos por ar; � considerada uma das mais importantes propriedades do papel, influenciando as propriedades f�sicas e �pticas, exceto a gramatura.

17. densidade aparente do papel (?a) A densidade aparente da folha de papel � afetada por muitos fatores que podem ser classificados em: grau de liga��o das fibras, presen�a de materiais n�o fibrosos que preenchem os espa�os vazios, e calandragem.

19. Propriedades mec�nicas de resist�ncia do papel A maneira do papel resistir � a��o de for�as externas, da umidade e do calor, depende de sua composi��o fibrosa e de sua forma��o. A resist�ncia do papel � muito importante nos casos onde o papel deve resistir a um esfor�o aplicado. Esta resist�ncia, sendo um termo vago, precisa ser identificada quanto � sua natureza, como, por exemplo, resist�ncia � tra��o, resist�ncia ao rasgo resist�ncia ao arrebentamento ou estouro

20. resist�ncia do papel Na pr�tica, para o desempenho de um papel com fim determinado, s� um ensaio mec�nico n�o � significativo para poder deduzir se o papel re�ne as condi��es necess�rias para sua utiliza��o. � muito importante obter pelo menos um par de ensaios mec�nicos diferentes, significativos para uma determinada aplica��o.

21. resist�ncia do papel Existem v�rios ensaios de resist�ncia que podem ser feitos no papel; os mais comuns s�o: resist�ncia � tra��o, resist�ncia ao arrebentamento ou estouro, resist�ncia ao rasgo e resist�ncia a dobras duplas. Nenhum destes ensaios � uma medida fundamental, mas uma combina��o de v�rios fatores, como flexibilidade, liga��es de fibras e resist�ncia da fibra.

22. resist�ncia do papel Tais fatores dependem, entre outros, do tipo de fibras, do comprimento e espessura das fibras, da flexibilidade das fibras individuais, do n�mero de liga��es entre fibras, da resist�ncia das liga��es individuais, da gramatura do papel, da densidade aparente e da umidade.

23. umidade

30. Resist�ncia � tra��o Os pap�is devem resistir, pelo menos, aos diferentes tipos de for�a que encontram ao longo do processo de produ��o e utiliza��o.

31. Resist�ncia � tra��o Para a determina��o da resist�ncia � tra��o, submete-se um corpo de prova de largura e comprimento especificados a um esfor�o de tra��o uniformemente crescente at� a sua ruptura. Como as caracter�sticas diferem pela dire��o na folha de papel, os corpos de prova para o ensaio devem ser cortados nas dire��es longitudinal e transversal

32. Resist�ncia � tra��o O aparelho usado para determinar a resist�ncia � tra��o � o dinam�metro, e os valores obtidos s�o reportados em kN.m-1, isto �, divide a carga de ruptura pela largura do corpo de prova.

33. Resist�ncia � tra��o A resist�ncia � tra��o tamb�m pode ser expressa pelo chamado comprimento de auto-ruptura (CAR), definido como o comprimento de uma tira de papel que, quando suspensa, se rompe sob seu pr�prio peso.

34. Resist�ncia � tra��o O comprimento de auto-ruptura � expresso em metros, calculado da seguinte maneira: � CAR = R x 1 000 000 (m) G x L onde: R = carga de ruptura em kgf (valor da leitura no dinam�metro); G = gramatura da amostra em g.m-2; L = largura do corpo de prova em mm.

35. Resist�ncia � tra��o A resist�ncia � tra��o � relacionada com a durabilidade e utilidade de um papel, como, por exemplo, para embalagem e outros usos tamb�m sujeitos a for�as de tens�o direta. No caso de pap�is de impress�o, a resist�ncia � tra��o indica a probabilidade de ruptura quando s�o sujeitos � tens�o exercida durante o processo de impress�o.

36. Resist�ncia � tra��o A resist�ncia � tra��o � controlada por fatores como: comprimento m�dio das fibras; espessura da parede celular das fibras; forma��o e estrutura da folha. resist�ncia individual das fibras;

37. Resist�ncia � tra��o influ�ncia de outras vari�veis foram verificadas, como por exemplo: �ndice de Enfeltramento, rela��o entre o comprimento e o di�metro da fibra, a massa espec�fica da madeira, do Coeficiente de Flexibilidade da Fibra, rela��o entre o di�metro do lume e a largura da fibra.

38. Resist�ncia ao arrebentamento (estouro) O ensaio de resist�ncia ao arrebentamento ou estouro � um dos mais antigos; por ser simples, ainda � usado nas f�bricas, no controle de rotina e para caracteriza��o do papel.

39. estouro A resist�ncia ao estouro � definida como a press�o necess�ria para produzir o arrebentamento do material, ao se aplicar uma press�o uniformemente crescente, transmitida por um diafragma el�stico, de �rea circular. O corpo de prova, submetido ao ensaio, � preso rigidamente entre dois an�is conc�ntricos.

40. estouro A medi��o da resist�ncia independe da dire��o de fabrica��o do material, pois a for�a transmitida pelo diafragma � perpendicular � superf�cie do corpo de prova. O esfor�o ao qual o material est� submetido simula o emprego pr�tico do papel, em forma de sacos, papel de embrulho e outros. Todavia, � dif�cil, na pr�tica, se estabelecer uma correla��o simples entre o valor da resist�ncia ao arrebentamento e o desempenho dos pap�is.

41. estouro A press�o limite no momento da ruptura, chamada de resist�ncia ao arrebentamento, � expressa em kPa. Para sua determina��o utiliza-se o aparelho Mullen.

42. estouro MULLEN TESTER PARA PAPEL

43. estouro A resist�ncia ao arrebentamento � controlada por diversos fatores: a. A resist�ncia ao arrebentamento aumenta com crescente refina��o, para decrescer com excesso desta. A baixa resist�ncia ao arrebentamento pode ser atribu�da, em parte, ao corte das fibras;

44. estouro b. As varia��es na gramatura e na espessura causam comumente varia��o na resist�ncia ao arrebentamento; c. O uso de aditivos e colas afeta consideravelmente o comportamento do papel e o resultado do ensaio.

45. estouro A flexibilidade das fibras, que pode ser verificada atrav�s do Coeficiente de Flexibilidade, e do �ndice de Enfeltramento, apresentam influ�ncia na resist�ncia ao estouro, bem como a massa espec�fica que como na tra��o se correlaciona de forma negativa com a resist�ncia ao estouro.

46. Resist�ncia ao rasgo A resist�ncia ao rasgo mede o trabalho necess�rio para rasgar o papel, a uma dist�ncia determinada, depois do rasgo ter sido iniciado por meio de uma faca adaptada ao aparelho.

47. rasgo A resist�ncia � medida em um aparelho tipo p�ndulo Elmendorf, no qual os corpos de prova de dimens�es especificadas s�o presos entre duas garras. O p�ndulo � solto de forma a completar o rasgo iniciado, sendo o trabalho despendido nesta opera��o marcado em uma escala graduada de 0 a 100 gf, fixada no pr�prio aparelho.

48. rasgo ELMENDORF ANAL�GICO E DIGITAL

49. rasgo A for�a m�dia necess�ria para rasgar uma s� folha com a dist�ncia fixada � expressa em mN e � calculada da seguinte maneira: R = 16 x L n � onde: R = resist�ncia ao rasgo em mN; L = m�dia das leituras feitas; n = n�mero de folhas ensaiadas em conjunto.

50. rasgo Vari�veis que afetam a resist�ncia ao rasgo de forma positiva s�o a rela��o entre a espessura da parede celular e o di�metro do traque�ide, seguido pelo comprimento do traque�ide.

51. Outras propriedades Dobras duplas � a capacidade do papel suportar multiplas dobras antes de romper. � definido como o n�mero de dobras duplas que uma tira de 15 mm de largura por 100 mm de comprimento pode suportar sob uma carga espec�fica antes de romper-se. Tem sido �til na determina��o da degrada��o com o envelhecimento do papel. � importante na classifica��o de pap�is que ser�o submetidos a dobramentos m�ltiplos como papel moeda, mapas, livros, panfletos, etc. Papel moeda tem a maior resist�ncia (>2000). Fibras longas e flex�veis prov�em alta resist�ncia a dobras duplas.

52. Dobras duplas

53. Outras propriedades Perme�ncia ao ar (porosidade) Opacidade Alvura Lisura Absor��o de �gua, etc.

54. Pr�tica - I. RENDIMENTO DA CELULOSE 1� Passo - Determinar a consist�ncia da polpa (%AS) � Exemplo: � - Peso do recipiente vazio = 100 g - Peso da massa celul�sica �mida = 71,68 g - Peso total = 171,68 g - Leva-se a estufa a 105 + 3�C, obtendo-se o peso seco da massa: - Peso da massa seca + recipiente = 114,71 g - Diminuir o peso do recipiente. ( - 100 g ) - Peso seco da celulose = 14,71 g

55. Pr�tica - I. RENDIMENTO DA CELULOSE - C�lculo da % AS : %AS = (Ps/Pu) x 100 %AS = (14,71/71,68) x 100 %AS = 20,52 %

56. Pr�tica - I. RENDIMENTO DA CELULOSE 2� Passo - C�lculo do Rendimento Bruto � Exemplo: � - Peso total da celulose bruta = 1.157 g (descontar o peso do saco pl�stico) - Peso seco da madeira utilizada = 500 g - Peso seco da celulose bruta : %AS = (Ps/Pu) x 100 Ps = (%AS x Pu)/ 100 Ps = (20,52 x 1.157) / 100 Ps = 237,42 g - Rendimento Bruto = (Ps da celulose bruta / Ps da madeira usada) x 100 RB = (237,42 / 500) x 100 RB = 47,48 %

57. Pr�tica - I. RENDIMENTO DA CELULOSE 3� Passo - C�lculo do Teor de Rejeitos : � - Ap�s determina��o do Rendimento Bruto, procede-se a depura��o, que � o peneiramento da celulose, visando a separa��o dos rejeitos, isto �, partes dos cavacos que n�o foram suficientemente deslignificados. Seca-se os rejeitos em estufa a 105 + 3�C, e calcula-se a sua porcentagem: % Rejeitos = (Ps rejeitos / Ps madeira) x 100 � - Exemplo : peso seco dos rejeitos = 8,6 g % Rejeitos = (8,6 / 500) x 100 % Rejeitos = 1,72 % 4� Passo - C�lculo do Rendimento Depurado : � RD = Rendimento Bruto - % de Rejeitos RD = 47,48 - 1,72 RD = 45,76 % �

58. II . REFINO DA MASSA CELUL�SICA� 1.�� - Faz-se o refino da massa no moinho Jokro, sendo que a massa � colocada em panelas a consist�ncia de 6%, onde a massa � refinada por tempos pr�-determinados. 2.�� - As panelas s�o dimensionadas para 16 g absolutamente secas de polpa celul�sica. 3.�� - � preciso determinar a consist�ncia inicial da polpa, isto � sua % AS. � Exemplo : � 1. Peso seco por panela = 16 g AS. 2. %AS da polpa = 20,52%, � necess�rio acrescentar �gua. 3. Peso �mido da polpa equivalente a 16 g AS. � Pu = (Ps x 100) / %AS Pu = (16 x 100) / 20,52 Pu = 77,97 g ~ 78 g

59. II . REFINO DA MASSA CELUL�SICA� 1.�� - Faz-se o refino da massa no moinho Jokro, sendo que a massa � colocada em panelas a consist�ncia de 6%, onde a massa � refinada por tempos pr�-determinados. 2.�� - As panelas s�o dimensionadas para 16 g absolutamente secas de polpa celul�sica. 3.�� - � preciso determinar a consist�ncia inicial da polpa, isto � sua % AS. �

60. II . REFINO DA MASSA CELUL�SICA� Exemplo : � 1. Peso seco por panela = 16 g AS. 2. %AS da polpa = 20,52%, � necess�rio acrescentar �gua. 3. Peso �mido da polpa equivalente a 16 g AS. � Pu = (Ps x 100) / %AS Pu = (16 x 100) / 20,52 Pu = 77,97 g ~ 78 g

61. II . REFINO DA MASSA CELUL�SICA� 4. Consist�ncia para o refino = 6% (estipulado por norma t�cnica, e pelo fabricante do equipamento) , vai-se acrescentar �gua, pois a consist�ncia da polpa � de 20,52%. � a. Peso �mido total por panela Put = (16 / 6) x 100 Put = 267 g ( polpa + �gua ) � b. Volume de �gua a adicionar por panela V�gua = Put - Pu V�gua = 267 - 78 = 189 ml � Assim : - pesa-se 78 g da polpa, coloca-se na panela e acrescenta-se 189 ml de �gua, o que d� um total de 267 g, representando 6 % de consist�ncia.

62. II . REFINO DA MASSA CELUL�SICA� 5. Tempos de refino - normalmente 10,20,30, 40,50 e 60 minutos, o tempo de refino vai influir nas propriedades do papel a ser produzido.

63. III. FORMA��O DE FOLHAS� - O equipamento existente no Laborat�rio est� dimensionado para a confec��o de 8 folhas, das quais ser�o confeccionados os corpos de prova, para realizar os testes f�sicos-mec�nicos. � ������ - peso seco de polpa por panela de refina��o = 16 g ������ - 0,2 % de consist�ncia no aparelho distribuidor ( que tem por fun��o homogeneizar a suspens�o de fibras para se ter a quantidade necess�ria para a forma��o da folha). ������ - PUT no distribuidor = (16 / 0,2) x 100 = 8.000 ml = 8 litros ������ - peso seco de polpa por folha = 2 g ������ - vai-se ter 2 g de polpa por litro de suspens�o.

64. � - As folhas ser�o formadas na formadora Koethen-Rapid, para cada folha ser� tomado do distribuidor 1000 ml da suspens�o de fibras, contendo cerca de 2 g de fibras. A solu��o ser� colocada na coluna de forma��o, e forma-se a folha �mida sobre tela, que ser� seca e acondicionada na cam�ra climatizada at� realiza��o dos ensaios mec�nicos. � - Com 1000 ml da suspens�o de fibras, faz-se o teste de drenabilidade das fibras, Teste Schopper Riegler (�SR), que determina o grau de refina��o das fibras celul�sicas. Ap�s o teste as fibras s�o secas em estufa para corre��o do �SR, se o peso for diferente de 2 g.

65. 1. Peso da Folhas � Put ==> de 5 folhas, em balan�a anal�tica. Exemplo: 10,6965 g � 2. Espessura ==> 5 folhas ==> 5 medidas, em micrometro � 3. Confec��o dos corpos de prova: � � � �

67. Processo KRAFT� VARI�VEIS DO PROCESSO Existe um grande n�mero de fatores influenciando o rendimento e a qualidade final da celulose pelo processo Kraft. As principais s�o: ������ Mat�ria-prima vegetal ������ Licor de cozimento ������ Rela��o licor:madeira ������ Tempo de cozimento ������ Temperatura de cozimento ������ Tipo de digestor, etc.

68. MAT�RIA-PRIMA VEGETAL: a. Esp�cie e tipo de fibra: � Das mat�rias-primas fibrosas empregadas no processo Kraft, a madeira � a mais importante. N�o obstante qualquer outro tipo de vegetal fibroso � pass�vel de ser tecnicamente empregado no processo. Fibras Longas � CON�FERAS Fibras Curtas � FOLHOSAS A celulose proveniente de con�feras mostra uma maior resist�ncia ao rasgo e aquela proveniente de folhosas uma alta resist�ncia � tra��o e ao estouro e um maior rendimento em celulose

69. MAT�RIA-PRIMA VEGETAL b. Massa espec�fica b�sica: Sua principal influ�ncia se faz sentir no rendimento volum�trico do processo, penetra��o do licor de cozimento, tempo de cozimento e qualidade da celulose. Geralmente as folhosas s�o mais densas que as con�feras. Com o aumento da massa espec�fica, dentro de uma mesma esp�cie vegetal, normalmente aumenta a espessura da parede celular, diminuem as resist�ncias � tra��o e ao estouro e aumenta a resist�ncia ao rasgo.

70. �MAT�RIA-PRIMA VEGETAL c. Composi��o qu�mica : Geralmente as folhosas contem maior porcentagem de celulose e hemiceluloses, enquanto que as con�feras possuem maior teor de lignina. Como consequ�ncia as folhosas fornecem maior rendimento em celulose, enquanto que as con�feras requerem condi��es mais dr�sticas de cozimento para se obter uma polpa com determinado grau de deslignifica��o. Quanto aos extrativos e minerais, dentro dos teores normais de ocorr�ncia, n�o chegam a causar problemas graves dentro do processo Kraft, pelo fato da maioria deles serem sol�veis no licor de cozimento. Teores elevados s�o prejudiciais pelo fato de consumirem parte dos reagentes utilizados na deslignifica��o da madeira e podem dificultar a depura��o e branqueamento da polpa.

71. MAT�RIA-PRIMA VEGETAL d. Casca : A madeira pode ser processada com ou sem casca. Normalmente a casca da madeira � removida, tendo em vista que: Diminui o rendimento obtido por carga de digestor, embora o rendimento em mat�ria seca produzida seja aumentado. Diminui a alvura da celulose. Diminui as resist�ncias f�sico-mec�nicas da celulose. Dificulta a purifica��o ou depura��o da celulose. Causa problemas durante o branqueamento da celulose.

72. MAT�RIA-PRIMA VEGETAL e. Umidade : A influ�ncia do teor de umidade da madeira empregada no processo Kraft tem mostrado ser insignificante. � f. Tempo e condi��o de armazenamento : A madeira ap�s a derrubada e corte da �rvore, pode ser armazenada na forma de toras ou cavacos. Existem v�rios estudos procurando determinar a influ�ncia do tempo e condi��es de armazenamento sobre a celulose resultante e a grande maioria das conclus�es s�o contradit�rias, dado o grande n�mero de vari�veis envolvidas. De uma maneira geral, a madeira rec�m cortada tem-se mostrado de melhor qualidade para a produ��o de celulose.

73. �MAT�RIA-PRIMA VEGETAL g. Tamanho dos cavacos : Para facilitar a penetra��o do licor de cozimento a madeira � reduzida a cavacos. O licor penetra nos cavacos em todas as dire��es, pelo fato das paredes celulares serem perme�veis a solu��es alcalinas. O tamanho dos cavacos n�o � t�o importante como sua uniformidade. Cavacos muito grandes s�o mais dif�ceis de serem digeridos pelo licor, e como resultado ficam sub-cozidos, o que aumenta o teor de rejeitos e a lignina residual na celulose. Cavacos muito pequenos, misturados com cavacos normais s�o super-cozidos, o que leva a uma diminui��o do rendimento e das resist�ncias f�sico-mec�nicas da celulose.

74. �MAT�RIA-PRIMA VEGETAL Efeito da dimens�o dos cavaco Redu��o na espessura do cavaco permite uma certa taxa de polpa��o mais r�pida e reduz acentuadamente a quantidade de rejeitos. Uma redu��o no uso do �lcali e ligeira melhoria na reten��o de carbohidratos � poss�vel quando usa cavacos desintegrados (shredded). Entretanto a desintegra��o de cavacos tem sido pouco usado comercialmente, e parece que os benef�cios n�o justificam os requerimentos adicionais de manuseio e de energia. Geralmente, fragmentos de madeira de certo comprimento (farpas, cavacos, finos e serragem ) produzem polpas fracas e com rendimento baixo. Uma alta porcentagem de material fino no fornecimento de cavacos causar� uma circula��o baixa ou fraca do licor tanto nos digestores cont�nuos como nos digestores descont�nuos (de batelada), sendo aconselh�vel o cozimento deste material separadamente em reatores propriamente projetados.