Revestimento de cargas minerais para papéis finos de impressão e escrita

Palavras-chave: Papéis de impressão,Cargas minerais

Este trabalho de Dissertação teve como objetivo melhorar as ligações entre as cargas minerais e as fibras celulósicas que compõem o papel, para que, dessa forma, seja possível obter melhores propriedades no papel e, consequentemente, aumentar a quantidade de PCC atualmente inserida numa folha de papel de impressão e escrita, cerca de 20 a 25% w/w. A inserção de uma maior quantidade de cargas minerais no papel conduzirá sobretudo a uma redução dos custos económicos da matéria-prima, uma vez que se poderia substituir a fibra por um material mais barato. Para promover as ligações entre o PCC e as fibras celulósicas, as partículas de PCC foram revestidas com derivados de celulose por adsorção/precipitação destes na superfície do PCC. Os derivados de celulose utilizados foram o acetato de celulose, hidroxipropilmetilcelulose (HPMC), carboximetilcelulose (CMC), etilcelulose e acetatobutirato de celulose. Para além da metodologia referida, foi também utilizada o método de revestimento por polimerização por emulsão para revestir o PCC, tanto in-situ como exsitu, usando como monómeros o acrilato de butilo e o metacrilato de metilo. Os PCC modificados foram devidamente caracterizados, avaliando-se o sucesso do revestimento em causa através da visualização das suas imagens SEM, da determinação do seu tamanho de partículas (D50) e potencial zeta e da determinação da sua composição química (FTIR e Termogravimetria). Após a caracterização das partículas, aquelas que revelaram melhores resultados foram submetidas a testes de retenção de sólidos em pasta (DDA), utilizando dois agentes de retenção diferentes, e em folha (Formador) utilizando um único agente de retenção. Foram também avaliadas as principais propriedades estruturais, óticas e mecânicas das folhas produzidas contendo o PCC modificado. Aplicando o procedimento desenvolvido para os derivados de celulose, o revestimento do PCC com CMC e HPMC mostrou ser ineficiente, não se verificando qualquer diferença significativa entre estas amostras e o PCC original. Por outro lado, as amostras com acetato de celulose, etilcelulose e acetatobutirato de celulose, apresentaram um incremento no tamanho de partículas, a carga superficial destas alterou-se no sentido da carga superficial do polímero utilizado e a sua análise química revelou a presença dos constituintes adicionados, permanecendo nas amostras cerca de 90% do polímero adicionado. As partículas obtidas por polimerização por emulsão também revelaram uma boa adesão polimérica nas partículas. No entanto, algumas delas foram descartadas por conterem demasiado polímero ou por apresentarem uma cor demasiado amarela. As retenções em pasta dos PCC modificados com derivados de celulose foram também satisfatórias, verificando-se uma pequena diminuição na retenção de PCC (comparativamente com a retenção do PCC original) na maior parte dos ensaios. Com o PCC modificado com etilcelulose, utilizando o agente de retenção A, e com o PCC modificado com acetatobutirato de celulose, utilizando o agente de retenção B, obteve-se, por outro lado, valores de retenção semelhantes aos apresentados com o PCC original (~93%). A retenção da amostra revestida com o copolímero sintetizado não foi muito baixa mas comparativamente com as amostras com os derivados de celulose, esta amostra não demonstrou resultados promissores, não se tendo feito folhas laboratoriais com esta. Foram também realizados ensaios de retenção de PCC modificado utilizando amostras preparadas com o mesmo derivado de celulose mas com diferentes pesos moleculares. Os resultados desses ensaios foram contraditórios, uma vez que utilizando o PCC modificado com etilcelulose a retenção diminuiu com a diminuição do peso molecular do polímero utilizado, enquanto que a retenção do PCC modificado com acetatobutirato de celulose aumentou com a diminuição do peso molecular do polímero utilizado. A retenção das partículas diminuiu nas folhas laboratoriais como era expectável. Contudo, essa diminuição foi maior do que o esperado, principalmente com o PCC modificado com acetato de celulose (87% - DDA para 39% - Formador). Utilizando o agente de retenção A, as amostras contendo etilcelulose continuaram a ser aquelas que apresentaram melhores valores de retenção de PCC (~60%). Para avaliar as propriedades estruturais, óticas e mecânicas das folhas com os PCC modificados, foram também produzidas folhas contento apenas fibra, contento fibra mais aditivos e contento fibra mais aditivos mais PCC, tal como aconteceu no DDA. A maioria das propriedades das folhas avaliadas varia com a retenção de acordo com o esperado, ou seja, as propriedades finais das folhas variam significativamente com a quantidade de PCC retido. Dessa forma, o PCC modificado com etilcelulose (maiores retenções) é aquele que apresenta piores propriedades, nomeadamente mecânicas, enquanto que o PCC modificado com acetato de celulose (menores retenções) é aquele que apresenta melhores resultados. Apesar disso, é possível concluir que os resultados obtidos não dependem apenas da quantidade de PCC retido. As folhas com o PCC revestido com etilcelulose, por exemplo, apresentam diversas resistências mecânicas mais fracas do que as folhas com o PCC original, sendo dessa forma óbvio que a etilcelulose não melhora a ligação entre as cargas minerais e as fibras. Por outro lado, algumas propriedades mecânicas das folhas com o PCC modificado com acetato de celulose são melhores do que as obtidas com as folhas de fibra e aditivos, sendo por isso possível concluir que o acetato de celulose melhora as ligações entre as cargas minerais e as fibras celulósicas na presença dos aditivos utilizados. O acetatobutirato de celulose apresenta resultados intermédios entre o acetato de celulose e o etilcelulose. Contudo, comparativamente ao PCC com acetato de celulose, a retenção do acetatobutirato de celulose é superior e as propriedades mecânicas das suas folhas não são muito inferiores, pelo que consideramos os resultados do acetatobutirato de celulose também promissores. Concluindo, podemos afirmar que, muito provavelmente, o revestimento de PCC com acetato de celulose promoveu alguma melhoria das ligações entre as cargas minerais e as fibras celulósicas. No entanto, é necessário melhorar a retenção destas partículas para que seja possível aumentar a quantidade de PCC modificado a inserir nas folhas de papel de impressão e escrita.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias