Efeito da viscosidade nas propriedades fisico mecanicas de polpasbranqueadas

MFN 2516N CHAMADA

TITULO Efeito da viscosidade nas propriedadesfisico rnecanicas de polpas branqueadasAUTOR ES CARNEIRO C J G WEHR T R MANFREDI V

EDICAO

IDIOMA

ASSUNTO

TIPO

portugues02 2 Cozirnento

Congressoda Celulose

EVENTO Congresso Anual de Celulose e Papel 28PROMOTOR ABTCP

CIDADE Sao Paulo

DATA 06 11 11 1995IMPRENTA Sao Paulo 1995 ABTCP

PAG VOLUME p 227 234FONTE Congresso Anual de Celulose e Papel 28 1995 Sao

Paulo p 227 234AUTOR ENTIDADE

DESCRITOR viscosidade propriedades fisico rnecanicas

RESUMO Este estudo foi conduzido visando caracterizar 0 s efeito s da viscosidade

da celulose branqueada de eucalipto sobre suas propriedades principalmente quanto as

caracteristicas de resistencia Foram consideradas amostras industriais com

viscosidades variando de 302 a 756 dm3 kg E importante salientar que as diferentes

amostras foram tomadas em uma mesma linha de produyao durante operayao rotineira de

repartida da unidade apos periodo de manutenyao geral Forma identificados efeitos

semelhantes a ayao de urn leve refino com aparente favorecimento da hidratayao das

fibras com a reduyao da viscosidade Este efeito ficou bem caracterizado para a polpacom viscosidade de 302 dm3 kg e tornou se menos evidente para as polpas com

viscosidades superiores a 466 dm3 kg

EFEiTO DA VISCOSIDADE NAS PROPRIEDADES

EisJcoMECANICAS DE POLPAS BRANQUEADAS

Claudio Jose Goncalves CarneiroTim Rudolf WehrVail Manfredi

Bahia Sui Celulose SA Mucuri Brasil

Resumo

Este estudo foi conduzido visando caracterizar o s efeito s da viscosidade da

celulose branqueada de eucalipto sobre suas propriedades principalmente quanto as

caracteristicas de resistencia Foram consideradas amostras industriais com

viscosidades variando de 302 a 756 dm3 kg E importante salientar que as diferentes

amostras foram tomadas em uma mesma linha de produgao durante operagao rotineira

de repartida da unidade ap6s periodo de manutengao geraL

Foram identificados efeitos semelhantes a agao de um leve refino com aparentefavorecimento da hidratagao das fibras com a redugao da viscosidade Este efelto flcou

bem caracterlzado para a polpa com visCosidadede 302 dm3fkg e tornou se menos

evidente para as pol pas com viscosidades superiores a 466 dm3 kg

1 Introdulao

A viscosidade e uma das propriedades mais discutidas como referencia da

qualidade de pol pas Os metodos de determinagao da viscosidade sao

tradicionalmente adotados como referencia para 0 grau de degradagao qulmica da

celulose causada pelos processos de cozimento e de branqueamento Entretanto existe

muita controversia quanta a valldade deste parametro como um Indicadcr das

propriedades ffslco mecanlcas das polpas 3 7 10 12 17J

As correlag6es entre viscosidade e resistencias sac incertas e dependem dos

processos de cozimento branqueamento eiT1pregados segundo discussao

apresentada por 8anslgolo 2J baseado em informag6es de IIteratura

Odesenvolv imento de novosprocessos de polpagao e debranqueamentobaseados em modifiCagoEis os prqceSSos CPnvencionais ou no usode novos

reagentes tem despertadoaaten9aO pariJ 0 rEi lacionaiT1entP entre a viscosiqadedapolpa esuas propriedades qeresistenci lnfo rmag6esdivergellteqastradicionaistemsido obtidas Ei deum modo geral indicanqoqueo villor da viscosidade isoladamenteeum raco indicativo da resistencia da polpa

Dlversos trabalhos indicam que as modificag6es de processos de cozimiantoolJnovas sequencias de branqueamento muitas vezes conduzem a viscosidades menores

porem em multos casos as propriedades de resistencia foram preervadas ou ate

Trabalho apresentado no 280 Congressorealizado em Sao Paulo SP Brasil de 06

melhoradas 5 8 11 14 16 Essa tendencia foi observada em especial quando se comparamsequencias de branqueamentos TCF com outras sequencias tradicionais 3 12 13 15J

A pr6pria metodologia envolvida na determinacao da viscosidade tem sido alvode discussao Os metodos de medicao de viscosidade sac influenciados por algumascaracteristicas quimicas da celulose Segundo Milanez et alii 7 os resultados devem ser

observados em conjunto com a analise do teor de hemicelulose Outro importanteinterferente citado por Sacon e Yang 4J e a presenca grupos carbonila na polpa Estessac muito reativos em combinacao com a solugao de cuproetilenodiamina usada na

analise da viscosidade

A definicao de limites para viscosidade continua sendo alvo de fabricantes de

papeis na busca de melhorias de qualidade e desempenho de maquinas No entanto

os nlveis de variagao aceitaveis deste parametro continuam mal definidos como

referencia de qualidade da polpa

Com 0 objetivo de obter infonnac6es sobre 0 efeito pratico da viscosidade nas

propriedades ffsico mecanicas da polpa kraft branqueada de eucalipto foi exploradauma oportunidade durante 0 retorno da produgao ap6s perlodo de parada geral paramanutengao em que foram produzidas polpas com uma ampla variacao deviscosidade Oeste modo garante se a avaliagao de resultados obtidos por um mesmo

processo basico

2 Experimental

Foram coletadas seis amostras de celulose ap6s a maquina de secagem com

diferentes nlveis de viscosidade 302 466 549 597 635 e 756 dm3 kg

Para a avaliagao das propriedades das pol pas foram utilizadas curvas de

moagem em moinho PFI com formacao de folhas condicionamento e testes fisico

mecanicos segundo normas SCAN ou TAPPI pertinentes 0 teor de pentosanas foideterminado pelo metodo de brometo bromatode acordo com a metodologiaapresentada por Browning 119

3 Resultados IE Discussoes

3 1 Comparacoes das palpas sem refina

Os resultados obtidos evidenciam tendencias interessantes em especial para a

polpa com viscosidade 302 dm3 kg Esta apresenta maiores valores de graus SchopperRiegler densidade aparente indices de tracao e de estouro elongamento e

espalhamento de luz alem de menores valores para rugosidade e capilaridadeTabela 1 A polpa com viscosidade 302 dm3 kg em relacao as demais polpasviscosidades apresentou efeito similar a um leve tratamento de relino moagem Osefeitos do refino sac tradicionalmente descritos como decorrentes da hidratagao da

parede celular causada pela agao mecanica imposta pelos elementos refinadores

moagem

228

Tabela 1 Caracteristicas das Polpas sem Moagem

Viscosidade das Amostras dm3 kgPropriedades Consideradas

302 466 549 597 635 756

Graus Schopper Riegler oSR 25 22 21 21 21 21Densidade Aparente kg m3 492 476 477 476 469 467Indice de Tragao Nm g 22 3 1S 3 1S 9 19 7 1S 1 20 2

Elongamento 1 7 1 5 1 6 1 6 14 1 6Resistencia ao Ar Gurley s 100ml 1 4 0 9 0 9 O S O S 1 0Coef Espalhamento de Luz m2 kg 4S 1 46 7 45 S 45 S 46 9 45 SIndice de Rasgo Nm2 kg 3 S 34 34 34 3 8 37Indice de Estouro kPam2 g 1 0 0 8 O S 0 8 0 7 O S

Rugosidade Bendtsen mllmin 339 427 420 452 455 437

Capilaridade Klemm mm 10min 95 106 114 114 116 111

Teor de Pentosanas 15 5 154 15 9 15 4 15 2 157

Oeste modo a similaridade entre os eteitos obtldos com a redugao da viscosidade

para 302 dm3 kg com os efeitos de um leve refino moagern sugerem que os fatores de

processo que atuaram reduzindo a viscosidade a esse nivel atuaram causando a

hidratagao das fibras criando uma fibrilagao quimica das paredes cellllares Tal

fibrilacao por ocorrer internamente a parede celular causaria seu enfraquecimentoallmentando seus colapsamento e flexibilidade al8m de possibilltar a formagao de finos

o maior colapsamento das flbras associado a um malar teor de finos resultariaem aumento da densidade aparente graus Schopper Riegler e resistencia ao ar alemde reduzir os valores de rugosidade e a capilaridade dapolpa medida nas folhas deteste Com fibras 111ais flexiveis as polpas apresentariam tendencia de aumento dosindices de tragao e de estouro enqllanto que a maior fibrilacao aumento da superffcieespecifica das fibras poderia explicar os maiores val ores de elongamento e de

espalhamento de luz obtidos para a polpa corn viscosidade 302 dm3 kg

Nos casos de redllCao da viscosidade de 756 dm3 kg para valores de ate 466dm3 kg os efeitos descritos acima tambem estariam presentes porem em intensidadesmenos acentuadas e deste modo pouco ou nac perceptiveis pelos metodos utilizadosnesta avaliaCao

o resultado pralico desse estudo e portanto a constatagao de que paraviscosidades iguais ou superiores a 466 dm3 kg nao sac identificadas diferengassignificativas na qualidade da celulose sem refino moagem em relaao aos valores

tipicos das celuloses de mercado

3 2 Comparac6es a um mesme nfvei dE meagem reline

Quando comparamos a evoiucao das propriedades das pol pas com a moagemobserva se que as propriedades dependentes do teor de tlnos graus Schopper Rieglerfigura 1 e resistencia ao ar figura 2 assim comO as que dependem do colapsamentodas fibras densidade parente figura e rugosidade tigura 4 sao favorecidas na

polpa com menor visco idade indicando rnenor COnSlinlQ de energia de refino para se

atingir urn valor pr8 determinado para Gada llmade sa propriedades no produto finalPara as polpas com viscOSidadesvariando de 466 a 756 dmVkgossa tendencia tambem8 observada embora as diferengi3s nao sejam tao acentuadas

229

SHOPPER RIEGLER SR

c

S

R

1000 3000 4000

NUMERQ DE REVOLUCOES PFI

5000 6000

756 dm lkg549 dmJ kg

tIII 635dm i lg466 dm3kg

597 drn31kg302 dmJ kg

Figura 1 Evolugao do Grau Shopper Riegler das Polpas com a Moagem

LOG RESISTENCIA 11 0 AR sll OOml

2 5

2 0 rF

I

1

o

o

1 5 0

ccllE11 0 i C

I

l s

o 1000 2000 3000 40Q 5QOONUMERO DEREVO lUCOES PFI

756 dm kg 635 ljmHkg S9Tdm3 kg549 dm ikg 466dm 1 9 a 302dm3 kg

i1

III

I

60 00 i

IL

Figura 2 Evolugao da Resistencia ao Ar das Polpas com a Moagem

DENSIDADE APARENTE kg i113

k

9I

m

0 756 dmJ kg549 dm3 kg

a Moagem

230

RUGOSIDADE BENDTSEN ml min

200

oo 5000

NUMERO DE REVOLUGOES PFl

iIt 756 dm3 kg549 dm kg

1 635dm lJkg486 dm3 kg

4 587 dmoJkg302 dmJ kg

Figura 4 Evolugao da Rugosidade Bendtsen das Po pas com a Moagem

No caso das propriedades que dependem da consolidacao da estrutura do papelfolhas de teste nao foram detectadas diferengas significativas exceto no caso de

moagens mais intensas maiores numeros de revolu9oes PFI onde a polpa com

viscosidade 302 dm3 kg apresenta menores valores para as propriedades consideradas

indice de tra9ao figura 5 indice de estouro figura 6 e elongamento figura 7 Estes

resultados foram semelhantes aos repOrtados por D Almeida 6 que apenas verificou a

influencia para niveis baixos de viscosidade aprox 7 5 cP 570 dm3 kg

DE TRAfAO Nm g

N

m

9

1000 2000 3000

NUMERO DE REVOLUQOES PFI

756dflllkg Ii 635drn3 J g 597

549 dfTi3Jkg

6000

com a MoagemFigura 5

k

Figura 6

Evolugao

4 0

3 5

3 0

1 2 5

10o 2000 3000

NUMERO DE REVOLUCOES PFI

0 756 597x 549 302

5000 8000

Figura 7 Evolucao do Elongamento das Polpas com a Moagem

No caso especifico da resistencia ao rasgo Figura 8 as maiores resistencias

foram obtidas para as pol pas com maiores viscosidades Este resultado evidencia que a

reducao da viscosidade foi realmente acompanhada de redugao na resistencia

intrfnseca da parede celular que tradicionalmente e reportada como fator decisivo no

valor maxima absoluto para a resistencia ao rasgo No entanto estes resultadoscontradizem os observados por Kappel et alii 10 que verificaram uma ligeira redugaona resistencia ao rasgo apenas para viscosidade abaixo de 300 dm3 kg estudando

polpas branqueadas ECF ODEDD e TCF OZEopP

iNDlCE DE HASGO Nm2 kg11

N

m

if

k

9

NUMERO DE REVOLU90cS PFI

75 dm kg 11 635 dm lkg 597 dm kg7ii 549 dmJkg B 466 dm3jkg E 302 dm3 I g

Figura 6 Evolugao do Indice de Rasgo das Polpas com a Moagem

De maneira geral os resultados obtidos indicam que a viscosidade acima de 466

dm3 kg apresentou pouca influencia sobre as propriedades ffsico mecanicas da polpa A

explicagao para 0 fato e a degradagao e enfraquecimento excessive da estrutura da

fibra petos reagentes de cozimento e branqueamento Os resultados sac concordantes

com diversos trabalhos 1 3 6 9 18que citam a existencia de um limite a partir do qual a

viscosidade passa a influenciar as propriedades de resistencia da celulose No entanto

o valor apresentado para este limite tem side mais elevado aproximadamente 10cP ou

650 dm3 kg

4 Conclus6es

A influencia da viscosidade sobre as propriedades fisicocmecanicas da celuloseforam discutidas neste estudo As amostras analisadas foram geradas por condic6es

operacionais variadas obtendo se viscosidades na faixa de 302 a 756 dm3 kg a partirdas mesmas caracteristicas basicas de processo A influencia sobre as propriedadesfisico mecanicas mostrou se de pouca importancia pratica destacando se

A polpa sem moagem com viscosidade 302 dm3 kg apresentou maiores valores

de graus Schopper Riegler densidade aparente indices de tragao e de estouro

elongamento e espalhamento de luz alem de menores rugosidade e capilaridade

As condigiSes de processo que conduziram as variag6es de viscosidade referidas

neste estudo nao afetaram a composigao quimica da polpa de maneira significativa

Para a polpa com viscosidade de 302 dm3 kg foram obtidos efeitos similares aos

normalmente observados com um leve refino Isto evidencia a agao de hidratagao da

parede celular durante 0 processo de redugao de viscosidade 0 resultado final e 0

enfraquecimento da parede celular

Nos casos de redugao da viscosidade de 756 dm3 kg para valores de ate 466

dm3 kg os efeitos descritos acima tambem estariam presentes porem em intensidades

menos acentuadas e deste modo pouco ou nao perceptive is pel os metodos utilizados

nesta avaliagao

Para pol pas com viscoSidades superiores a 466 dm3 kg nao foram verificados

efeitos significativos desta caracteristica da celulose na evolugao das propriedades da

polpa com a moagem Elxceto para a resistencia ao rasgo que apresentou maiores

valores para as maio res viscosidades

5 Uteratura

1 Rydholm S A Pulping Process New York Interscience 1965 1269p

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Trabalho de Dissertagao apresentado a ESALQ para obtengao do Titulo de Mestrado

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233

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