Alexandre Magno Ferreira Gomes

INFLUÊNCIA DA REFINAÇÃO SOBRE AS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DO PAPEL TISSUE

Monografia apresentada à Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação Lato Sensu em Tecnologia de Celulose e Papel, para obtenção do título de Especialista.

VIÇOSAMINAS GERAIS – BRASIL

2010

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA

Centro de Ciências AgráriasDepartamento de Engenharia Florestal

Laboratório de Celulose e Papel

Alexandre Magno Ferreira Gomes

INFLUÊNCIA DA REFINAÇÃO SOBRE AS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DO PAPEL TISSUE

Monografia apresentada à Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação Lato Sensu em Tecnologia de Celulose e Papel, para obtenção do título de Especialista.

Aprovada:

Prof. Jorge Luiz Colodette(Conselheiro)

Profa. Ana Márcia M. L. Carvalho(Conselheira)

Prof. Rubens Chaves de Oliveira(Orientador)

Aos meus familiares, mestres, colegas de curso, colaboradores...

iii

AGRADECIMENTOS

A Deus, por minha vida e saúde, aos meus familiares e em especial

minha esposa Rosemeire e filho Junior pela compreensão nos momentos em

que a distância se fez necessária e ainda assim não se desanimaram quando

as adversidades surgiram durante esta fase. Aos meus pais, por terem sonhado

com minha formação um dia. Aos amigos de curso, pela imensa satisfação de

tê-los ao meu lado nos momentos de dúvida ou em que estive muito perto de

desistir, valeu por toda a ajuda dada.

iv

CONTEÚDO

Página

LISTA DE QUADROS..........................................................................................vi

LISTA DE FIGURAS............................................................................................vii

1. ABSTRACT.......................................................................................................1

2. INTRODUÇÃO..................................................................................................2

2.1. OBJETIVO......................................................................................................5

3. Revisão bibliográfica.........................................................................................6

3.1 ESTRUTURA DA FIBRA E AÇÃO DO REFINO..............................................7

4. PROPRIEDADES DO PAPEL.........................................................................12

4.1 - RESISTÊNCIA A TRAÇÃO.........................................................................12

4.2 – VOLUME APARENTE (BULK)...................................................................16

4.3 - MACIEZ.......................................................................................................17

4.3.1 – CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E MORFOLÓGICAS DAS FIBRAS........19

4.4 - ALONGAMENTO........................................................................................23

5. CONCLUSÃO..................................................................................................25

6. SUGESTÃO.....................................................................................................27

7. REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO.................................................................28

v

LISTA DE QUADROS

Página

Tabela 1 - Efeito da refinação nas fibras................................................................10

Tabela 2 – ºSR em função do tempo de uso dos discos dos refinadores e corrente

consumida..............................................................................................................15

Tabela 3 – Efeito das propriedades da madeira nas propriedades do papel

produzido com polpa de fibra curta........................................................................17

Tabela 4 – Características Dimensionais das fibras..............................................20

Tabela 5 – Propriedades das Fibras......................................................................22

vi

LISTA DE FIGURAS

Página

Figura 1 - Microfotografia para a pasta refinada a 1500 rev (a) sem tratamento

enzimático, (b) com 4 UI de celulases – (GIL, 2010)...............................................7

Figura 2 - Fibra de celulose com corte em camadas – Carlos(2005).....................11

Figura 3 - Efeitos da refinação na fibra de celulose – Fonte: Celulose e Papel 2ª.

Edição Vol. II..........................................................................................................11

Figura 4 - Evolução da resistência à tração – (GIL, 2010).....................................12

Figura 5 – Efeito do ângulo de raspa na amplitude do crepe – (Huss Harmon,

1977)......................................................................................................................19

vii

RESUMO

GOMES, Alexandre Magno Ferreira, Especialização em Tecnologia de Celulose e Papel., Universidade Federal de Viçosa, Julho de 2010. Influência da refinação sobre as características físicas do papel tissue. Orientador: Rubens Chaves de Oliveira. Conselheiros: Jorge Luiz Colodette e Ana Márcia M. L. Carvalho

O avanço tecnológico na produção de papel tem motivado as pesquisas

no sentido de melhorias nas propriedades do papel abrindo espaço para

discussões e debates acalorados por defensores de idéias e conceitos que vão

desde os primórdios da fabricação até os dias atuais. No presente trabalho,

busca-se evidenciar possíveis alterações nas principais propriedades do papel

tissue, com foco voltado para bulk, maciez superficial, alongamento e

resistências longitudinal e transversal, buscando correlacionar a literatura

disponível com as realidades de campo.

viii

1. ABSTRACT

Technological advances in paper production has motivated research to

improvements in paper properties opening up space for discussions and heated

debates by advocates of ideas and concepts ranging from the beginnings of

manufacturing to the present day. In this paper, we seek to show potential changes

in key properties of tissue paper with a focus toward bulk, surface smoothness,

stretching and longitudinal and transverse resistances, trying to correlate the

available literature with the realities of the field.

1

2. INTRODUÇÃO

O papel foi oficialmente fabricado pela primeira vez na China, no ano de

105, por Ts'Ai Lun que fragmentou em uma tina com água, cascas de amoreira,

pedaços de bambu, rami, redes de pescar, roupas usadas e cal para ajudar no

desfibramento. Ts’Ai submergiu uma forma de madeira revestida por um fino

tecido de seda e esta forma coberta de pasta era retirada da tina e com a água

escorrendo, deixava sobre a tela uma fina folha que era removida e estendida

sobre uma mesa. Esta operação era repetida e as novas folhas eram colocadas

sobre as anteriores, separadas por algum material; as folhas então eram

prensadas para perder mais água e posteriormente colocadas uma a uma, em

muros aquecidos para a secagem.

Esse processo desenvolvido por Ts'Ai Lun, constituía da desintegração da

fibras por fracionamento, formação da folha por meio de forma manual, deságüe e

posterior aquecimento para secagem, continua válido até os dias de hoje na forma

de modernas máquinas mais eficientes e com capacidades produtivas.

As fibras naturais não são encontradas na natureza na forma ideal para

utilização direta num processo de fabricação, pois em sua constituição são

encontrados elementos que necessitam ser removidos para conferir as

características adequadas ao uso. Nesse intento, a madeira, principal meio

fornecedor de fibras celulósicas, necessita de tratamento termoquímico e

mecânico para enfim apresentar-se pronta ao uso.

Depois de gerada, a fibra será classificada em dois grandes grupos, fibras

curtas, atualmente compostas em grande parte por celulose vinda de eucalipto e

fibras longas, as quais são provenientes de várias outras fontes tais como

pinheiros, sisal, algodão, etc.

OLIVEIRA (2005) diz que um papel do tipo sanitário difere daquele

produzido na escrita por vários fatores, dentre os quais, peso específico, maciez,

resistência à tração e ao rasgo, alongamento, bulk, entre outros. Sabemos que

num processo de fabricação para este tipo de papel, a etapa correspondente ao

2

refino da matéria prima influencia diretamente as características do produto final

de tal maneira que, se não realizada com critério, pode torná-lo inadequado ao

projeto, inviabilizando sua comercialização posterior.

O papel para higiene pessoal ou sanitário tem sido aperfeiçoado ao longo

de sua existência comercial numa busca diária e incessante de agregar-lhe

propriedades especiais ou aperfeiçoar as já existentes, tornando-o um produto

ainda mais aceitável por seus consumidores atingindo as diversas camadas

sociais.

Entre as diversas variáveis onde podemos encontrar alterações nas

características físicas e mecânicas do papel absorvente aquelas onde o

consumidor final mais sentirá estão relacionadas à sensibilidade humana, das

quais podemos destacar a resistência à tração, aspereza superficial, coloração,

odores e liberação de poeira. Evidentemente outras propriedades poderão

interessar ao usuário final do produto, no entanto restringiremos o escopo deste

trabalho a apenas resistência longitudinal, alongamento, Bulk e maciez.

Joseph C. Gavetty lançou nos idos de 1857 o primeiro papel sanitário de

que se tem notícia e segundo alardeava à época, “um produto completamente

puro para sua higiene” o qual vinha em folhas de papel manilha sem branquear e

com a marca d’água de seu criador, mas devido à falta de investimentos no

marketing do produto, o mesmo não conseguiu sucesso comercial. Na Inglaterra

Walter Alcock também tentou lançar sua própria marca de papel higiênico em

1879, porém ao invés da folha solta, optou por produzir o papel em rolos cujas

folhas eram separadas por uma linha transversal de perfurações e arrancadas

para serem utilizadas, mas devido a falta de investimentos e ao puritanismo dos

ingleses, o projeto fracassou. Os irmãos Edward e Clarence Scott conseguiram

êxito nesse intento apresentado com uma campanha agressiva e eficaz,

colocando sua marca no mercado, marca que ainda hoje é muito comercializada

na América do Norte.

Desde então a indústria do papel tissue ou sanitários, tem pesquisado

matérias primas, alterações de processos e equipamentos que permitam a criação

3

de produtos cada vez mais adequados às necessidades dos usuários, em especial

a suavidade ao toque (maciez), resistências ao rasgo, tração e umidade, tais

características estão muito diretamente relacionadas à matéria prima utilizada

(fibras virgens longa, fibras curtas de folhosas, fibras recicladas, pasta de alto

rendimento) em função da característica desejada no produto final.

Fator determinante para a caracterização do produto final, a área de

preparação da massa (polpa de celulose) ou aproach flow é o local onde as fibras

são desfibradas através da utilização de refinadores que realizam esta tarefa pelo

despastilhamento dos pequenos flocos que constituem a massa. Após o envio

para a etapa de depuração a polpa tem sua consistência reduzida e enviada para

a caixa de entrada passando pelas áreas de formação, secagem e

embobinamento, de onde se obtém o produto final.

O presente trabalho tem o objetivo de apresentar as influências exercidas

pelo processo de refinação sobre algumas das principais características físicas do

papel tissue, tendo o seu foco principal voltado para o bulk, maciez superficial,

alongamento e resistências longitudinal e transversal, buscando correlacionar a

literatura disponível com as realidades de campo.

4

2.1. OBJETIVO

Este trabalho tem o objetivo de investigar o relacionamento existente entre

o processo de refino e algumas das propriedades físicas e mecânicas do papel

tissue ao longo de sua realização, com foco principal em resistência a tração

longitudinal, maciez superficial, alongamento e Bulk.

5

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Dos dados conhecidos sobre a ação do refino nas propriedades das fibras é

corrente que as fibras longas favorecem a resistência à tração e que as fibras

consideradas curtas melhoram a maciez e favorecem essa resistência, desde que

tais não sejam submetidas ao excesso de refinação, ocasião em que diminuem

essa contribuição e aumentam a presença de finos, sendo esta característica

pouco desejável na fabricação de papéis sanitários, além de tornar-se contra

producente.

A etapa de refinação em uma planta de produção tem uma relevância

significativa nos resultados finais do processo produtivo e isso ocorre por que a

matéria prima, ao passar por esse tratamento, tem algumas de suas

características alteradas em virtude do emprego de esforço mecânico exercido

pelos refinadores sobre a celulose.

GILBERT (1974) diz que a evolução do processo de refinação ao longo dos

anos sofreu pouca alteração conceitual, sendo que as principais mudanças nessa

etapa da fabricação de papel deram-se principalmente no âmbito da forma dos

equipamentos empregados no processo que passou do cilindro para o cone e do

cone para os atuais discos.

Fatores como tamanho e espessura das lâminas empregadas nos

desenhos de corte, simetria e ângulo dos canais entre outros pontos têm sido

amplamente estudados com o objetivo de maximizar resultados e reduzir o

consumo da energia consumida nesta etapa do processo. Em contrapartida, a

indústria química vem a passos largos, caminhando no sentido de desenvolver a

tecnologia do “refino químico” e, por esta razão já se encontram disponíveis no

mercado algumas enzimas capazes de realizar quimicamente a fibrilação externa

da celulose, sendo esta uma importante evolução no processo, pois, o tratamento

pré-refino das fibras favorece a higroscopia, como sugerem GIL (2008) et al.

6

Figura 1 - Microfotografia para a pasta refinada a 1500 rev (a) sem tratamento enzimático, (b) com 4 UI de celulases – (GIL, 2010)

3.1 ESTRUTURA DA FIBRA E A AÇÃO DO REFINO

Com o objetivo entender um pouco melhor de como o processo de

refinação atua nas fibras, primeiramente torna-se necessário conhecê-la. A fibra é

considerada um tipo de cilindro oco, podendo variar em suas dimensões

dependendo do tipo de madeira, tal variação ocorre também nas propriedades

físicas da fibra, a saber: largura, diâmetro, resistência e flexibilidade. Fatores do

processo de fabricação podem também influir em propriedades tais como:

resistência ao tratamento mecânico e rigidez.

ALMEIDA (2006) et. al., diz que é no processo de refino onde as mudanças

físicas e estruturais acontecem, sobretudo nas fibras de eucalipto. Sob o ponto de

vista de produção de papéis sanitários, a refinação é um dos itens mais complexos

no processo de produção do papel e também a etapa que mais influenciará nas

características finais do produto.

De acordo com a literatura existente, a refinação nas fibras e na polpa está

dividida em:

a) Efeitos primários;

7

b) Efeitos secundários.

Os efeitos primários basicamente diferenciam uma fibra refinada de outra

que não passou por esse processo, e isto somente poderá ser observado através

de microscópio.

Os efeitos secundários ocasionam mudanças estruturais na fibra, sendo

conseqüência dos efeitos primários eles estão relacionados diretamente com as

propriedades físicas do papel. A literatura existente diz que os efeitos primários

são os mais importantes, por compreenderem as alterações na fibra.

Uma das alterações relevantes para o processo de fabricação de papel é a

fibrilação interna da pasta de celulose e seu efeito mais evidente se dá

basicamente nas camadas S2 e S3 da fibra que são arrancadas pela ação das

lâminas do disco refinador.

Conforme D’ALMEIDA (1988) et. al., pode-se dizer que praticamente todos

os grupos hidroxilas da celulose e das hemiceluloses estão ligados por pontes de

hidrogênio. Quando a pasta é refinada, as pontes de hidrogênio existentes são

rompidas e os grupos hidroxilas libertados se unem de novo, só que agora com as

moléculas de água, que entram na fibra devido a fibrilação externa.

Estes efeitos produzem um arrancamento total ou parcial das camadas

mais externas da fibra (Vissel Picking), facilitando assim a entrada da água. A fibra

sofre um inchamento cuja extensão aumenta quanto maior for a quantidade de

água associada à fibra. Em suma, supõe-se que a fibrilação interna produza uma

ruptura das ligações por ponte de hidrogênio existentes inicialmente no interior das

fibras, entre as moléculas de celulose e hemiceluloses, e as transformem em

novas pontes de hidrogênio, só que agora entre os grupos hidroxilas das cadeias

de celulose e hemiceluloses, e as moléculas da água que produziram o

inchamento da fibra.

Esta reorganização das ligações se realiza na fração amorfa das celuloses

e hemiceluloses.

8

A ação da fibrilação externa constitui uma retirada das camadas externas

da fibra, sobretudo se o refino ocorrer em baixa consistência ocasião em que irá

formar uma camada de “penugem” em torno da sua superfície e esse efeito gerará

os finos em virtude da trituração das camadas (Pr) e (S1), especialmente se o

refino é feito com baixa consistência. Na Tabela 1 são apresentados os efeitos da

refinação na fibra, onde:

M = os efeitos têm uma relação direta e importante

P = a relação entre eles é pequena

(-) = não há necessariamente relação entre dois efeitos que pode

ser insignificante.

A Tabela 1 também relaciona os efeitos da refinação com as propriedades

do papel. Conforme GONÇALVES (1988), algumas propriedades morfológicas

merecem uma maior atenção sob o ponto de vista da utilização no processo de

papéis sanitários: Coarseness e Curl. O Coarseness é um parâmetro muito usado

e é definido como a massa correspondente a uma unidade de comprimento da

fibra expressa em miligramas por 100 m (decigrex). O termo em ingles FCI (Fiber

Coarseness Index) é muito utilizado nas fábricas e este parâmetro serve para

classificar a qualidade dos diferentes tipos de fibras para a fabricação dos papeis.

Ainda conforme GONÇALVES (1988), quando este índice é baixo existe

uma melhor formação e o papel fica mais liso, mais macio e geralmente melhora

em absorção. Outra característica morfológica da fibra não menos importante é o

Curl. Este é um parâmetro que pode ser definido como sendo a porcentagem do

comprimento verdadeiro da fibra (L) pelo comprimento projetado (Lp). Este índice

nos dá a idéia de como as fibras vão se entrelaçar após o refino para a formação

do papel a suas propriedades físicas como rasgo, ruptura, etc

9

Tabela 1 - Efeito da refinação nas fibras – D’ALMEIDA (1988)

SecundáriosPrimários

Fibrilação Interna

Fibrilação Externa

Produção de Finos

Corte das Fibras

Volume Específico M P - -

Flexibilidade M P - P

Superfície Específica P M M -

Comprimento da Fibra - - P M

Absorção de Água - P P P

Porosidade P P M -

Tensões durante secagem

P P P -

Superfícies unidas por pontes de hidrogênio

M P P -

Densidade M - P -

Energia de Rupture P P P P

Lisura P P - -

Índice de rasgo P M P P

Alongamento P P P P

Dobras Duplas P P M P

10

Figura 2 - Fibra de celulose com corte em camadas – Carlos(2005)

Figura 3 - Efeitos da refinação na fibra de celulose – (D’ALMEIDA, 1988)

11

4. PROPRIEDADES DO PAPEL

4.1 - RESISTÊNCIA A TRAÇÃO

No estudo apresentado por GIL (2008) et al., é diagnosticada uma melhora

na propriedade resistência à tração ao fazer-se o tratamento químico no pré-refino

da fibra, um resultado perfeitamente aceitável, já que essa característica é

bastante influenciada por fatores ligados às camadas externas da fibra, foco

principal da ação da enzima e um dos principais fatores para contribuição dessa

propriedade.

Figura 4 - Evolução da resistência à tração – (GIL, 2010)

Quando observados outros fatores, tais como finos e espessura, a

operação da etapa de refinação merece especial atenção por tratar-se de

características importantes sob o ponto de vista da fabricação tissue.

De acordo com Roveri (1997), uma operação em baixa consistência na

caixa de entrada associada à ação do refino na polpa, são as condições ideais

para a correta dispersão das fibras sobre a tela, gerando uma boa formação da

folha, ainda segundo o autor, a alta consistência é um fator a ser considerado e

12

nesse caso, pode-se observar a presença, muitas vezes indesejada de “grumos”,

conferindo à folha um aspecto superficial irregular.

A fibra curta de madeira de folhosa vem ganhando há algum tempo

notoriedade e mercado com grande evidência no segmento tissue, onde sua

principal aplicação tem sido o preenchimento (formação) e a maciez e conforme

GIERTZ (1989) preconiza em seu estudo sobre a influência da moagem sobre as

fibras individuais e seus efeitos sobre as propriedades do papel “o resultado mais

importante da moagem é que a rigidez de tensão do papel aumenta e,

conseqüentemente, também a carga de ruptura”. Ainda segundo o autor, a

fibrilação interna resulta numa fibra mais flexível e a externa na formação de finos

e neste caso há aumento das forças de Campbell.

Segundo RATNIEKS (1994), a adequação do processo de refino através da

utilização de discos apropriados, o controle do pH pré-refino e baixas

consistências na entrada da refinação permitem ganhos na resistência à tração de

maneira tal que há uma redução substancial no consumo de energia,

considerando-se que a polpa em evidência provém de madeira de eucalipto em

seu estudo. De acordo com BAKER (1995), a consistência ideal para refino de

fibras curtas encontra-se na faixa entre 5 a 6 % dessa forma reduzindo o

fenômeno do arrancamento de vasos (“vissel picking”).

De acordo com a afirmação de RATNIEKS (1996) em seu estudo sobre

polpas de eucalipto para papel tissue, as características predominantemente

tissue podem ter seus valores interferidos em conseqüência da escolha,

armazenamento e condições de aplicação da fibra de eucalipto, sendo estas fibras

as grandes responsáveis pela obtenção de certas propriedades do papel tissue

tais como maciez e volume (Bulk).

ALVES e NEITZEL (2003), disseram que o processo de refinação da polpa

celulósica para a fabricação de papel é considerado um dos mais, ou talvez, o

mais importante componente do processo de fabricação de papel. Desde o início

do século, quando um fabricante de papel escreveu “não existe em fábrica de

papel nenhuma operação que requeira mais atenção e cuidado que a refinação,

13

pela qual o papel adquire suas características finais” vários autores têm estudado

esta parte do processo com mais dedicação. Segundo WANG et al. (1997), a

refinação é a etapa chave da fabricação de papel.

De acordo com PAULAPURO (2000), a refinação de polpas é o tratamento

mecânico de modificação de fibras para que elas formem um papel de

propriedades desejadas. Esta é uma das mais importantes operações unitárias

quando se preparam as fibras para a fabricação de papel de alta qualidade.

CARLOS (2005) cita que “CLARK et. al (1978), e MANFREDI, Vilela & Silva

Jr. (1986), definem o refino como o tratamento mecânico dado às fibras em

suspensão com intuito de modificar a estrutura das fibras, melhorando, assim, as

características da polpa para a produção de papel. Sendo que estas modificações

são irreversíveis e produzidas a partir de impactos nas fibras. O objetivo principal

da refinação é melhorar a capacidade de união das fibras tanto para que elas

formem uma folha de papel forte e lisa como apresente boas propriedades de

impressão. Algumas vezes o propósito é diminuir as fibras longas para uma boa

formação da folha ou para desenvolver outras propriedades semelhantes como

absorbância, porosidade, ou propriedades ópticas específicas para dar um papel

de boa qualidade”.

CLARK (1978) e LIDBRANT & MOHLIN (1980) descrevem os principais

efeitos do refino sobre as fibras sendo o corte das fibras, as fibrilações internas e

externas e a formação de finos, sendo o corte responsável pelo aparecimento de

finos e as fibrilações (internas e externas) responsáveis pelo aumento de

superfície das fibras e também pelo aparecimento de finos. Um fator importante é

o grau de refino da polpa (celulose) utilizada na fabricação do papel.

O grau de refino pode ser medido de várias formas, sendo as medidas mais

comumente usadas, apesar de serem indiretas, ou seja, indicam o grau de refino

através de uma medida da drenabilidade da polpa, são o Canadian Standard

Freness (CSF) e o Schopper-Riegler (oSR). Os ensaios laboratoriais para

determinação do grau de drenabilidade da polpa são denominados com o próprio

nome das medidas citadas, ou seja, Shopper-Riegler ou CSF. Os estudos

14

destinados ao conhecimento mais profundo do processo de refinação sofreram e

têm sofrido um grande crescimento devido ao reconhecimento da importância

desta etapa dentro do processo de fabricação do papel e da sua grande influência

sobre as características finais do papel. Por isso a atual ausência de modelos bem

desenvolvidos, que representem satisfatoriamente a refinação, impulsionam o

desenvolvimento e a utilização de modelos híbridos, que necessitem de pequena

quantidade de informações.

OLIVEIRA (2005), apresenta algumas considerações sobre resistências do

ponto de vista da operacional, sobre a interferência não apenas da mistura de

polpas no processo de fabricação de papel tissue, como também do tempo de

utilização dos discos refinadores, tomando por base a unidade °SR, mantendo-se

constante a energia aplicada ao processo conforme pode ser visto na tabela a

seguir

Tabela 2 – ºSR em função do tempo de uso dos discos dos refinadores e corrente consumida – (OLIVEIRA, 2005)

Linha Dias de uso ºSR Corrente (A)

I (fibra curta) 198 24 290

II (fibra longa) 186 24 290

I (fibra curta) (90+10)*

200 23 290

II (fibra longa) 188 24 290

I (fibra curta) 222 24 290

II (fibra longa) (90/10)*

200 22 290

* polpa com adição de pasta termoquímica de alto rendimento (CTMP)

Apesar da ausência de informações como comprimento e altura das

lâminas, distância de trabalho entre estator e disco móvel, entre outras, é possível

concluir que a polpa mista tende a ser mais sensível à operação com discos mais

“velhos” quando submetida ao emprego da CTMP na formulação.

15

4.2 – VOLUME APARENTE (BULK)

Conforme cita CARLOS (2005), “a superfície da fibra é extremamente

reativa, formando pontes de hidrogênio que une uma fibra à outra. Esta reação é

totalmente dependente da água que está “combinada” com a fibra. O mecanismo

utilizado pela “química de debonding” é a substituição da água na fibra

bloqueando uma fibra de unir-se a outra. Dessa forma a “química de debonding”

acaba interferindo no “bulk”, por diminuir a resistência do papel em ambos os

sentidos, através da quebra das ligações interfibrilares conferindo à fibra uma

baixa rigidez e aumentando a presença de fibras soltas na superfície da folha de

papel (maciez superficial)”.

Em um raciocínio lógico, pode-se inferir que a “química de debonding”

opere no sentido contrário ao da refinação à baixa consistência, por propiciar

exatamente o desligamento das fibras criado pela etapa de refinação. De acordo

com SANTOS (2005), as propriedades da madeira podem interferir em algumas

propriedades do produto final e conforme citado em seu trabalho, PAAVILAINEN

(1998) publicou um resumo sobre as relações de dependência existentes entre a

madeira e o papel interligados com as propriedades das fibras que compõem a

folha de papel, o qual está expresso na Tabela 3.

16

Tabela 3 – Efeito das propriedades da madeira nas propriedades do papel produzido com polpa de fibra curta – (SANTOS, 2005)

Propriedades da Madeira

Propriedades da Fibra

Propriedades do Papel

Diâmetro da fibra

Espessura da paredeRigidez

Bulk

Rigidez

Comprimento da Fibra

N° de Fibras/Grama

Dispersão de luz, Opacidade, Formação, Porosidade

“Coraseness”

Teor de Hemiceluloses

N° de Fibras/Grama

-

Dispersão de Luz, Opacidade

Estabilidade Dimensional

4.3 - MACIEZ

Segundo HOFFMAN (2010), “produtos fabricados utilizando papel tissue,

especialmente lenços e papéis higiênicos foram desenvolvidos com o objetivo de

substituir artigos de tecido, que eram suaves e absorventes”. Não por acaso, uma

que o nível de absorção tenha sido atingido,o consumidor teve sua preferência

fortemente influenciada pela maciez do tissue.

De acordo com CARLOS (2005), a maciez tornou-se um fator importante e

determinante na preferência do consumidor e não obstante à sua preferência na

hora da compra, ela basicamente é composta pela combinação de:

a) maciez de superfície;

b) maciez de flexibilidade;

c) maciez de compressibilidade (amortecimento dos efeitos dinâmicos).

17

Por ser a maciez uma propriedade subjetiva ligada exclusivamente às

sensações do tato, sua definição não é tão simples. Porém, já existem algumas

definições que são aceitáveis para essa propriedade, conforme podemos ver a

seguir:

A maciez superficial pode ser definida como a sensação tátil percebida com

o toque dos dedos na superfície dos papéis. Essa propriedade está relacionada

principalmente com a superfície das fibras (aspereza ou lisura).

A maciez estrutural pode ser definida como a sensação tátil quando a folha

é comprimida entre os dedos com a mão. Esse tipo de maciez está diretamente

relacionado com a estrutura das fibras (rigidez/“bulk”). Conforme abordada

anteriormente, maciez pode ser considerada como uma das mais importantes

propriedades do papel tissue.

Na verdade, trata-se de uma propriedade que pode influenciar o

consumidor na sua preferência de compra e por esta razão ela é tão almejada no

mercado tissue. Por esta razão, tão importante quanto medir o nível de maciez é

saber como consegui-la ou melhorá-la.

Dentre os fatores que podem oferecer o processo de crepagem possui uma

grande interferência na propriedade de maciez do papel. Conforme HARMON

(1977), é essencial que compreendamos o efeito da geometria da raspa na

amplitude do crepe, que por sua vez definirá se um produto terá maior ou menor

maciez superficial (lisura). Conforme Figura 5, a amplitude do crepe, de acordo

com Harmon, é definida por:

2 A = Projeção da face da raspa na superfície do secador; ou

2 A = (cos) (largura da raspa); ou

2 A = amplitude = A = 0,5 (cos) (largura).

18

Figura 5 – Efeito do ângulo de raspa na amplitude do crepe – (Huss Harmon, 1977)

4.3.1 – CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E MORFOLÓGICAS DAS FIBRAS

Conforme HOFFMAN (2010), “quando todas as outras etapas se

mantiverem constantes, a maciez dependerá da qualidade da matéria-prima.

Quanto melhor a qualidade da fibra, maior a suavidade”.

A qualidade da fibra é notoriamente difícil de definir devido à variedade de

características e propriedades individuais de cada produtor, inclua-se neste caso,

viscosidade, CAR, Coarseness entre outras, porém geralmente fibras com melhor

qualidade são também mais caras. Fibras celulósicas com características mais

robustas (espessura maior de parede) produzem papel com maior maciez. A

obtenção das propriedades da polpa com sucesso vem através do estudo da

19

90º

Para o eixo do secador

Largura

combinação das propriedades morfológicas gerais das fibras relacionadas à

suavidade tais como: comprimento de fibra, coarseness e densidade da parede

celular. As fibras vegetais mais utilizadas na fabricação de papéis tissue, são

geralmente classificadas em fibras longas e fibras curtas.

É de literariamente conhecido e amplamente divulgado que as fibras longas

variam de um comprimento médio de 2 a 5 mm, enquanto que as curtas variam,

em média, de 0,5 a 1,5 mm. A fibra curta mais utilizada no Brasil para produção de

papel tissue é a de “eucalyptus” e isso se deve principalmente a versatilidade

operacional que a mesma propicia oferecendo inúmeras vantagens em relação a

outras folhosas.

A Tabela 4 apresenta as características dimensionais de fibras longas e

curtas mais utilizadas no Brasil para a produção de celulose.

Tabela 4 – Características Dimensionais das fibras – (UFV,2003)

Características Dimensionais Médias das Principais Fibras de Madeiras utilizadas no Brasil para a Produção de Celulose

Dimensões (mm)

Pinnus elliotti Pinnus caríbea Eucalyptus grandis

Acacia negra

Comprimento 3.3 4.3 1.0 1.0

Largura 46.7 49.6 18.2 18.2

Diâmetro lúmem

31.0 28.8 9.1 9.2

Espessura parede

7.8 10.4 4.5 4.5

As propriedades das folhas de papel, dependem muito da morfologia das

fibras e do tipo e extensão de transformação pela qual passam durante a

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elaboração da pasta de celulose, especialmente durante o refino e antes de sua

moldagem em folhas propriamente ditas, conforme Segundo NOE e DEMUNER

(2010), cada espécie de árvore possui fibras com diferentes características

morfológicas. Os autores dizem tratar-se de uma fibra curta, na verdade a fibra de

eucalipto está entre as mais curtas das espécies de hardwood no mundo, sendo

sua granulação uma das mais baixas dentre as fibras comumente encontradas no

mercado de celulose.

O coeficiente de granulação é dado pelo peso da fibra dividido por seu

comprimento e as fibras mais delgadas têm menor granulação. Na fibra de folhosa

o número de fibras por grama é alto e isso se deve ao fato de sua baixa

granulação. Os valores comumente encontrados para a espécie eucalipto ficam na

faixa de 20 milhões.

Conforme CARLOS (2005), a título de exemplo, o pinheiro do sul dos

Estados Unidos está no extremo oposto, sua arquitetura interna é diferente: os

componentes básicos da parede da fibra chamados também de microfibrilas

mostram pequena angulação em torno do eixo da fibra em comparação com

outras madeiras de folhosa. Conseqüentemente a fibra do eucalipto é rígida,

proporcionando uma estrutura de papel volumosa, com alta opacidade.

Essas diferentes características microscópicas da fibra se traduzem em

propriedades macroscópicas da folha de papel, como resistência, volume ou

maciez, por exemplo.

Com base na literatura, podemos então resumir quais as propriedades das

fibras influenciam na maciez e em outras propriedades do papel tissue (Tabela 5).

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Tabela 5 – Propriedades das Fibras - (Carla R. dos Santos – 2002)

Propriedade da fibra Propriedade do papel

Maior espessura da parede da fibra

Menor colapsabilidade

Redes fibrosas mais fracas (menor resistência)

“Bulk” (maior volume) e maior porosidade

Maior densidade básica da madeira

Menor grau de colapsamento

Menor resistência à tração

Maior porosidade (absorção)

Maior volume específico (“bulk”/maciez)

População fibrosa na polpa (menor número de fibras/g)

Menor superfície específica para ligações interfibras

Menor grau de consolidação da folha

Folha menos resistente

Superfície mais áspera

Menor “bulk” e porosidade

Teor de hemiceluloses na polpa (menor teor)

Menor capacidade de absorção de água pela fibra

Fibra menos flexível (menor colapsabilidade)

Menor área de contato e número de ligações fibra-fibra

Menor resistência mecânica e maior volume específico

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Outras características que devem ser citadas e que estão relacionadas com

as propriedades finais do papel tissue e que também influenciam diretamente a

maciez são: “coarseness” e índice de “curl”.

4.4 - ALONGAMENTO

Conforme citado por BITENCOURT (2004), “O alongamento é determinado

simultaneamente com a resistência a tração, através de um acessório do

dinamômetro. É expresso em porcentagem e indica quanto o papel deforma antes

de sua ruptura (IPT, 1982)”

O alongamento do papel tissue pode ser definido, de maneira simplificada,

como a capacidade que o papel possui de sofrer esticamento sem que haja a sua

ruptura. De acordo com a opinião de alguns fabricantes de máquinas de

conversão, essa propriedade possui grande interferência no runnability desse tipo

de equipamento, observando-se do ponto de vista prático.

Essa propriedade ocorre e tende a aumentar ou diminuir de acordo com

alguns fatores, dentre os quais e principalmente, a ação do processo de refinação.

Outro fator de interferência muito importante em relação ao alongamento,

sendo co-responsável por alterações nessa propriedade é a relação de crepe, que

conforme já citado, corresponde à razão entre a velocidade da enroladeira e a

velocidade do cilindro yankee. Ligada a relação de crepe, temos também que citar

a lâmina de raspa, cuja função numa máquina de produção de papéis tissue é

destacar a folha do cilindro yankee. Também podem interferir nos resultados do

crepe gerado os seguintes fatores:

Coating;

Ângulo da Lâmina de Raspa;

Tempo de utilização da lâmina;

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Ângulo do suporte;

Pressão aplicada à lâmina;

Flexibilidade da lâmina;

Altura da lâmina.

De acordo com CARLOS (2005), o uso contínuo de uma mesma lâmina de

raspa tende a reduzir a amplitude do crepe à medida que a mesma se desgasta e,

por conseguinte, poderá haver uma redução nos índices de alongamento, tendo

em vista que o ângulo do crepe estará mais aberto, exigindo do conjunto um maior

esforço para se obter a mesma eficiência de crepagem.

De acordo com BITTENCOURT (2004), o alongamento também sofre uma

influência da idade da polpa utilizada, ou seja, uma polpa constituída por celulose

oriunda de madeira mais velha tende a reduzir a capacidade de alongamento da

folha resultante, embora o autor tenha explicitado que os valores são

estatisticamente irrelevantes para indivíduos entre 14 a 16 anos de idade.

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5. CONCLUSÃO

A etapa de refinação em uma planta de fabricação de papel tissue possui

altíssima relevância no processo, tendo em vista as enormes possibilidades de

melhoria tanto do processo em si, quanto dos produtos resultantes desse

processo. Uma operação adequada e controlada dessa etapa pode resultar na

obtenção de resultados consistentes e razoavelmente previsíveis, além de permitir

a obtenção de ajustes flexíveis sob o ponto de vista fabril.

O item custo, ainda que não tenha sido diretamente abordado no presente

trabalho, influenciará a tendência operacional na etapa de refinação, e conforme

observado, já há no mercado alguns produtos químicos à base de enzimas que

são capazes de melhorar significativamente os resultados de propriedades tais

como resistência a tração longitudinal e transversal, atuando como uma etapa de

pré-refinação, o que torna a idéia interessante nos tempos atuais devido ao alto

envolvimento das empresas nas questões ambientais, pois, a economia de

energia elétrica e a redução do impacto ambiental podem justificar com ampla

vantagem o investimento na tecnologia do pré-refino químico da polpa de celulose.

Uma das constatações relevantes sob o ponto de vista da influência

exercida pela refinação nas propriedades do papel é que, boa parte da otimização

do processo e melhoria dos resultados está associada à matéria prima, aos

equipamentos e principalmente ao método de trabalho empregados na planta,

vinculando dessa maneira a evolução do processo de refinação com a evolução

das espécies de madeira empregadas, com a pesquisa por melhorias nos

equipamentos atuais e finalmente, com a forma pela qual a etapa de refinação é, e

será manuseada.

A propriedade Bulk do papel está diretamente associada à rigidez da fibra

utilizada na constituição da folha e, embora seja considerada importante, sob o

ponto de vista operacional de uma planta de fabricação tissue, essa propriedade

poderá ser manuseada através da correta seleção da matéria prima a ser

utilizada, já que, madeiras de lenho tardio possuem características físicas e

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mecânicas que favorecem a obtenção, manutenção ou incremento dessa

propriedade ao produto final.

A maciez superficial está diretamente relacionada ao emprego de fibras

curtas de madeira de folhosa, com grande ênfase na celulose de eucalipto, por ser

esta uma fibra com características que favorecem o surgimento de finos, os quais

por outro lado, agregam ao papel uma sensação tátil aveludada, no entanto, o

excesso de refino pode acentuar a degradação das paredes da fibra, fazendo que

a mesma perca suas ligações hidrogênio, gerando um aumento considerável dos

finos e reduzindo as resistências.

É corrente no meio operacional que, o acréscimo de fibra curta depois de

certa proporção da polpa, tende a reduzir consideravelmente a resistência a tração

longitudinal, no entanto, essa afirmativa pode estar equivocada, pois o fator pH da

polpa pode estar envolvido, pois conforme visto, a refinação à baixa consistência

tende a favorecer a propriedade de alongamento, devido principalmente à menor

energia empregada na operação dos refinadores em decorrência do maior volume

assumido pela fibra antes da passagem pelos mesmos.

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6. SUGESTÃO

A fabricação de papel tissue possui ainda muitas áreas a serem

pesquisadas. As condições ambientais demandam o desenvolvimento de novas

tecnologias capazes de manter a produção sem que haja necessidade de

aumento de consumo de reservas naturais. Sob esse ponto de vista, os próximos

passos de pesquisa podem ser o estudo do impacto ambiental ocasionado pelo

efluente gerado pelo processo de refino químico, as implicações do refino químico

nas superfícies do sistema de alimentação de água fresca em um circuito fechado,

entre outros.

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7. REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO

01ALMEIDA,Dorival Martins de; Et Al... Tratamento mecânico de fibra curta de eucalipto com utilização de discos de

28

refino com maior comprimento efetivo de corte. O Papel, Junho 2006. p. 80-87

02 ALVES, S. e NEITZEL, I., Análise Virtual de um Sensor para Refinação da Máquina de Papel 07 da Klabin, Revista Controle e Instrumentação, Ed. 85 (outubro, 2003)

03 BITTENCOURT, Eduardo, Parâmetros de Otimização no Processo de Fabricação de Celulose e Papel. 2004. 73 f. Dissertação (Mestre em Engenharia Florestal do Curso de Pós-graduação em Engenharia Florestal). Universidade Federal do Paraná, Paraná. 2004

04 CARLOS, Sandra Regina Amaral. Fundamentos Técnicos da Maciez Superficial e Estrutural do Papel Tissue. 2005. 75 f. Monografia (Pós-Graduação Lato-Sensu). Universidade Federal de Viçosa. Viçosa. MG. 2005

05 D’ALMEIDA. Celulose e Papel, Tecnologia de Fabricação do Papel, vol. I e II, 2ª. Ed., (1988).

06 Demuner, B.J.; Vianna, Doria E. L.; JR,Claudio da Silva; Manfredi ,V. As Propriedades do Papel e as Características das Fibras de Eucalipto. In:

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24° Congresso Anual de Celulose e Papel. 1991. São Paulo. São Paulo. ABTCP, 1991. p. 621-641

07 GIERTZ, Hans W. A influência da moagem sobre as fibras individuais e seus efeitos sobre as propriedades do papel. O Papel, Jan/1989: p.62-66.

08 GIL, Nuno; Et. Al... Biorefinação – Uso de enzimas no melhoramento da refinação de uma pasta kraft branqueada de eucalyptus globulus. disponível em: http://tecnicelpa.com/files/biorefinacao.pdf. Acesso em 15 jan 2010

09 GILBERT, H.S. .Refinador de discos - é a resposta. In: Convenção Anual ABCP, 7, 1974, São Paulo. Convenção Anual ABTCP, 1974, p. 41-44

10 GONÇALVES, Cesar. Materias primas para a fabricaçao de papeis tissue e suas influencias nas propriedades do produto final. Voith Paper. Apostila de Treinamento

11 HARMON, H., Visita ao Brasil, (1977).

12 HOFFMAN, P., Softness via Components , (www.paulhoffman.com), (Jan 2010).

13 HOFFMAN, P., Tissue Softness, (www.paulhoffman.com), (Mai 2010).

14 NOE, P. e DEMUNER, B. Fibra de Eucalipto. Aracruz Celulose. Disponível em:

http://www.aracruz.com.br/show_prd.do?act=stcNews&menu=true&lastRoot=16&id=124&lang=1. Acesso em: 15 Jan 2010

15 OLIVEIRA, Alfeu Eduardo de. Influência da Carga de Polpa Mista de Celulose na Preparação de Massa Sobre as Características do Papel Tissue. 46 F. 2005. Monografia (Lato-Sensu). Univ. Federal de Viçosa, Viçosa, MG, 2005

16 RATNIEKS, Edvins; DEMLER, Christopher. O refino da polpa de eucalipto. O Papel: p.22-25

17 RATNIEKS, Edvins; FOELKEL, Celso. Uma discussão teórico-prática sobre polpas de eucalipto para a fabricação de papel tissue. In: 29º Congresso anual de celulose e papel, São Paulo, 1996. Anais p.717 – 734

18 RATNIEKS, Edvins; MORA, Ervin; MARTINS, Marco Aurélio Luiz. Propriedades papeleiras de misturas de polpas – fibras de eucalipto, aparas destintadas e fibras longas. In: 27º Congresso anual de celulose e papel, São Paulo – SP, 1994. Anais p.451 – 462

19 ROVERI, Marcos. Curso Fabricação de Papeis Tissue. 1997. Voith Sulzer. São Paulo SP Brasil. 09 - 10 de Out de 1997

20 SANTOS, Sheila Rodrigues dos. Influência da Qualidade da Madeira de Hibridos de Eucalyptos Grandis e Eucalyptus Urophilla do

30

Processo Kraft de Polpação na Qualidade da Polpa Branqueada. 2005. 178 f. (Dissertação) para Mestrado em recursos florestais - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz. Piracicaba. 2005

21 WEISE, U. and PAULAPURO, H., Effect of Drying and Rewetting Cycles on Fibre Swelling, Journal of Pulp And Paper Science: vol. 25 (1999).

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