Colagem alcalina de papéis produzidos com polpas EFC e TCF de eucalipto

Abstract

O objetivo deste estudo foi avaliar o comportamento da colagem alcalina nas polpas ECF e TCF, bem como desenvolver a técnica de colagem alcalina em laboratório e uma metodologia para a quantificação do agente de colagem AKD retido no papel. Os estudos realizados na avaliação do comportamento da colagem alcalina foram: variação na consistência de preparo da massa (0,2%, 0,3% e 0,4%); variação na consistência de formação do papel (0,016%, 0,033%, 0,066% e 0,3%); variação no nível de dosagem do agente de colagem AKD (0,15%, 0,30%, 0,45%, 0,60% e 0,75% base polpa); envelhecimento fotoquímico dos papéis; atividade de água dos papéis e proteção dos grupos funcionais das polpas celulósicas. As polpas apresentaram características morfológicas de largura, φ do lúmen e espessura de parede da fibra celulósica, com diferenças significativas, enquanto o comprimento da fibra celulósica não apresentou. As características físicas como comprimento médio do material fibroso, número de fibras por grama e teor de finos não mostraram diferenças significativas entre as polpas. Já as características físicas “coarseness” e o índice de retenção de água (WRV) apresentaram-se diferenciados. As duas polpas, estatisticamente, não diferiram entre si para as características químicas α, β e γ - celulose. A polpa TCF apresentou maiores teores de grupos carboxílicos. A metodologia ajustada para a quantificação do agente de colagem AKD retido no papel via cromatografia gasosa demonstrou ser eficaz e gerou resultados confiantes. A consistência de preparo de massa 0,4% apresentou efeitos negativos na retenção da carga mineral e no desenvolvimento de colagem (teste de cobb60). A retenção da carga mineral é reduzida à medida que a consistência de formação é elevada, mas com tendências à estabilização, enquanto o desenvolvimento da colagem é afetado significativamente em consistências inferiores a 0,1%. Em nível de laboratório, a retenção do agente de colagem AKD (retenção química + retenção física) não ultrapassou 36% e os papéis produzidos a partir da polpa TCF apresentaram retenção superior. As análises estatísticas, porém, demonstraram que os papéis das polpas ECF e TCF, dentro de um mesmo nível de dosagem do agente AKD, apresentaram o mesmo ganho de desenvolvimento de hidrofobicidade à fibra celulósica. Em laboratório, as polpas ECF e TCF não apresentaram desenvolvimento de colagem em dosagens abaixo de 0,3% base polpa. Os papéis ECF e TCF com colagem interna não sofreram influência do tempo exposto à luz ultravioleta. Dentre os papéis com colagem interna, os da polpa ECF apresentaram atividade de água superior, tanto os envelhecidos quanto os não- envelhecidos. Entretanto, nos papéis sem colagem interna, o TCF apresentou maior atividade de água. Dentre os modelos matemáticos testados, o que melhor se ajustou aos dados observados experimentalmente foi o modelo G.A.B (Guggenheim- Anderson-de Boer). O efeito de proteção dos grupos hidroxílicos nas polpas foi menos expressivo na retenção química do agente AKD que os grupos carboxílicos. O efeito de proteção dos grupos carboxílicos na polpa TCF provocou forte decréscimo da retenção da carga mineral.

The objective of this study was to evaluate the behavior of alkaline size of ECF and TCF pulps, as well as develop a procedure for alkaline size in laboratory and the development o a methodology for the quantification of AKD alkaline size agent which is retained in the paper. The studies carried out in the evaluation of the behavior of the alkaline size were: variation in the furnish consistency (0,2%, 0,3% and 0,4%), variation in the paper formation consistency (0,016%, 0,033%, 0,066% and 0,3%), variation in the dosage of the AKD agent (0,15%, 0,30%, 0,45%, 0,60% and 0,75% based on pulp), photochemical aging of papers, water activity on papers and protection of pulp functional groups. The pulps showed significant differences in morphological characteristics, such as lumen diameter (φ) and fiber wall thickness, while no difference in fiber length were noticed. The physical characteristic, such as average length of the fibrous material, number of fibers per gram and fines content did not show significant differences among the pulps studied. On the other hand, characteristics such as coarseness and water retention value (WRV) showed significant differences. Both pulps (ECF and TCF) do not differ significantly as far as the chemical characteristics of α, β e γ - cellulose is concerned. The TCF pulp showed higher content of carboxylic groups. The methodology adjusted for the quantification of the AKD coating agent retained in the paper through gas chromatography, showed to be efficient with good results. Then consistency of furnish preparation of 0,4 % showed negative effects in the retention of mineral charge of mineral fillers and in the alkaline size development (Cobb test). The retention of mineral fillers is reduced as the formation consistency is increased but with tendency to stabilize, while the alkaline size development is significantly affected at furnishes consistencies below 0,1%. At laboratory level, the retention of the AKD alkaline size agent (retention chemical plus physical) did not surpass 36% and papers produced with TCF pulp presenting higher retention. On the other hand, statistical analysis demonstrated those papers from ECF and TCF pulps, within the same dosage level of AKD agent, showed the same development gain of hydrophobicity to the cellulose fiber. Also, at laboratory level, the ECF and TCF pulps did not show alkaline size development with dosages below 0,3% (based on pulp). ECF and TCF papers with internal sizing did not suffer influence by the length of exposure to UV-light. Among the papers with internal sizing, those of ECF pulp showed water activity, both for aged and non-aged papers. However, in the papers without internal sizing, the TCF paper showed higher water activity. Among the mathematical models, which were tested, the one that was adjusted to the experimentally observed data was the so-called G.A.B (Guggenheim-Anderson de Boer). The effect of hydroxyl groups in the pulp was less impressive in the retention of the AKD agent than the carboxylic groups. The effect of protection of carboxylic groups the TCF pulp showed a strong reduction in the retention of mineral charge.