Modificação de carbonato de cálcio natural com sílica para aplicações em papel

Palavras-chave: Metodologia sol-gel,Fabrico de papel,Modificação de particulas de carbonato de cálcio

Esta dissertação de mestrado teve como objectivo modicar partículas de carbonato de cálcio natural (GCC) com sílica, in situ, seguindo a metodologia sol-gel, de modo a melhorar a resistência mecânica da folha de papel. Foram utilizadas três gamas de GCC, testando diferentes tamanhos e brancuras, para efectuar o revestimento de sílica, seguindo a metodologia que Gamelas et al. (2011) aplicou ao carbonato de cálcio precipitado. A reacção sol-gel decorreu em meio alcalino durante 24 horas a uma temperatura de 21°C, utilizando TEOS como percursor. Com o intuito de caracterizar as partículas de carbonato de cálcio, original e modificado, foram utilizadas diversas técnicas analíticas para analisar: a morfologia (microscopia electrónica de varrimento), o tamanho (espectroscopia de difracção laser), a composição química (espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier), a quantidade de sílica presente no GCC (termogravimetria), a brancura (espectrofotometria) e a carga da partícula (medição de potencial zeta). Concluiu-se que houve deposição de sílica nas partículas de GCC, tal como era expectável. Tal como com o PCC modificado, documentado em Lourenço et al. (2013), conseguiu-se obter melhorias nas propriedades mecânicas da folha quando o filler de GCC modificado foi aplicado para um alvo de 20 %(w/w) na folha, independentemente da gama utilizada, concretizando-se um dos objectivos propostos. Esta melhoria deve-se à presença de grupos hidroxilo da sílica, que permitem estabelecer pontes de hidrogénio com as fibras de celulose. O aumento na resistência da folha ocorreu em maior grau no GCC com menor tamanho de partícula, indicativo que a deposição de sílica depende do tamanho das partículas de GCC. Relativamente às propriedades ópticas das folhas, estas foram ligeiramente prejudicadas com a aplicação dos GCC's modificados, sugerindo que a folha está "fechada"devido a uma ligação filler-fibra mais forte, sendo que perdeu-se menos opacidade no GCC com menor tamanho de partícula. Assim, constatou-se que é preferível modificar este carbonato de cálcio. Nos GCC's que se diferenciavam pelo nível de brancura, não houve diferenças a registar entre as folhas formadas por estas duas cargas minerais.  Compararam-se os resultados obtidos com GCC modificado com os de PCC, conseguidos por Lourenço et al. (2013), constatando-se que é mais positivo modificar PCC do que GCC. Além da tendência natural que o PCC possui para repercutir boas propriedades ópticas na folha de papel, o revestimento com sílica induziu uma melhoria nas propriedades mecânicas da folha numa magnitude superior às obtidas com GCC, ultrapassando a capacidade intrínseca que este filler contém neste âmbito. Este resultado foi semelhante ao obtido pela aplicação de GCC modificado correspondente a 30 %(w/w) da folha. Também se produziram folhas de papel com uma mistura de cargas minerais, 20%(w/w) GCC modificado e 10 %(w/w) de carbonato de cálcio precipitado, com o objectivo de reduzir a quantidade de carga modificada e para melhorar as propriedades ópticas. Os resultados indicam que é preferível usar esta carga mineral a apenas GCC modificado, se tivermos em conta os custos associados à modificação. Ao utilizar cargas modicadas, comprovou-se que é possível aumentar o conteúdo em cerca de 10 % da carga mineral sem prejudicar as propriedades mecânicas das folhas de papel. Este facto foi confirmado tanto na aplicação de GCC modificado, como na de mistura de cargas, sendo esta mais vantajosa devido à componente económica. Como os objectivos deste estudo estão intimamente ligados a um factor económico, deverão estimar-se os custos económicos da modificação de carbonato de cálcio afim de avaliar devidamente os resultados obtidos. Apesar dos resultados não serem totalmente positivos na aplicação a papéis de impressão e escrita, isto é, em relação ao carbonato de cálcio precipitado, poderão ser úteis em papéis com outro tipo de utilização, onde as propriedades ópticas não são fundamentais.

Área científica: Ciências da Engenharia e Tecnologias