AVALIAÇÃO DE PROCESSO DE DESTINTAGEM DE PAPEL DE ESCRITÓRIO

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1 AVALIAÇÃO DE PROCESSO DE DESTINTAGEM DE PAPEL DE ESCRITÓRIO Barros,A. M. 1, Oliveira, S. F. F. 2, Vieira M. G. A. 3, Silva, M.G.C. 4 1 Bolsista de iniciação Científica PIBIC/CNPQ/Unicamp, discente do curso de Engenharia Química 2 Aluno de Doutorado FEQ/UNICAMP 3 Aluno de Pós-Doutorado FEQ/UNICAMP 4 Professor da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp/SP 1, 2, 3 Faculdade de Engenharia Química da Universidade Estadual de Campinas. Av. Albert Einstein, Cidade Universitária "Zeferino Vaz" - Caixa Postal CEP: CEP Campinas SP meuris@feq.unicamp.br RESUMO - Este trabalho tem como objetivo a análise da viabilidade de um processo de descoloração de papel tingido a toner para reaproveitamento na produção de papel reciclado. Para isso, combinam-se operações como trituração, lavagem, flotação e secagem utilizando reagentes de fácil acesso (etanol e peróxido de hidrogênio). Para a análise da eficiência da descoloração foram analisadas as cores do papel descolorido em relação ao papel branco (não usado) e a influência de variáveis do processo como velocidade de agitação na flotação, massa de polpa de papel por batelada e concentração de surfactante. Palavras-Chave: Reaproveitamento de papel, flotação, destintagem de papel. INTRODUÇÃO O reuso de papel proveniente de atividades de escritórios é de grande importância, uma vez que o mesmo pode ser utilizado como matéria-prima na produção de papel reciclado (100%) ou virgem (5%) contribuindo com menor utilização de recursos naturais (água, madeira) e redução de energia no processamento. No processo de reciclagem, uma das etapas é a descoloração do papel tingido. Atualmente existem várias técnicas de destintagem como a de papel tingido à toner. Entretanto, estas ainda não são ambiental e economicamente viáveis (Vieira, 2006). Com o objetivo de contribuir na otimização dos processos de reutilização de papel de escritório, este trabalho visa avaliar a viabilidade de um processo de destintagem simples, que utiliza reagentes de baixo custo como etanol (agente descolorante) e peróxido de hidrogênio (agente branqueador), conforme Qian e Goodell, Thompson (1998) citado em Counsel e Allwood (2005) sugerem tecnologias de descoloração em função do diâmetro da partícula de tinta. Para papel tingido a toner com dp na faixa de 0,05-0,15mm, o método proposto é o de descoloração através de uma combinação de operações, no caso, trituração, flotação, lavagem e secagem. MATERIAIS E MÉTODOS Para a composição da polpa de papel foi utilizado papel A4 sulfite extra branco, com massa específica 75g/m 2 tingido a toner (fotocopiadoras e impressoras a laser). Fragmentação O papel foi inserido na fragmentadora da marca Aurora (modelo R.AS618SB-1) no sentido das fibras de celulose, conforme descrito em Vieira (2006) Foi obtido fragmentos de papel com 0,6 cm de largura e 29,7 cm de altura. Homogeneização Os fragmentos de papel foram colocados em um tambor de 100L, para mistura manual. Assim, pode-se considerar que a matéria-prima de todos os ensaios experimentais seja a mesma e, portanto, apresente a mesma quantidade de massa média de toner. Amolecimento Para o amolecimento do papel, a massa de fragmentos homogêneos de papel referente a cada ensaio experimental foi colocada em recipiente com adição de 450

2 ml de água destilada durante o período de 24 horas. Trituração Triturou-se o papel após seu amolecimento em um liquidificador industrial da marca Siemsen (modelo LS-04) com a adição de 450 ml de água destilada por dois períodos: 4 minutos contínuos; pausa para rearranjo manual de fragmentos intactos no interior do liquidificador e mais 2 minutos. Flotação A pasta proveniente da trituração foi submetida ao processo de flotação. Após a adição de 2,1L de água destilada, iniciouse o aquecimento e uma pequena agitação do sistema, para homogeneização térmica até se atingir a temperatura de 39 C, que se manteve constante durante todo o processo de flotação. Ao se atingir o equilíbrio térmico, iniciou-se a flotação, que foi composta de duas etapas: a primeira ocorreu apenas com água (num total de 4,5L) durante 15 min; na segunda adicionou-se 0,5L de solução de álcool, em concentração determinada por planejamento experimental, durante 30min. A formação das bolhas ocorreu por imersão de duas mangueiras conectadas por um lado a pedras porosas e no outro por um compressor da marca Hao Mai (modelo D- 3000). Os pellets eram agregados pelas bolhas que explodiam na superfície da solução de flotação. Em decorrência do movimento circular da haste do agitador, muitos desses pellets se movimentavam para as paredes do flotador, devido à força centrífuga., o que proporcionava uma aglomeração das partículas facilitando sua remoção por meio de pequenas espátulas. O esquema de flotação está esquematizado na Figura 1. Decantação e lavagem Figura 1 Esquema da célula de flotação 1 Agitador e eixo de agitação; 2 Injeção de ar, através de um soprador; 3 Célula de flotação. Secagem A polpa lavada foi inserida em telas e submetida à secagem em estufa por 24h a 105 C. Não foram realizados estudos cinéticos desta secagem, pois o objetivo era a análise apenas da cor final do papel. Análise da cor O método de obtenção da cor do papel foi baseado na norma NBR 14999:2003 que determina que a cor de um objeto só pode ser caracterizada por meio de um trio de coordenadas de cor. Os valores tristímulos (X,, Z) são quantidades necessárias dos estímulos das três cores de referência, para corresponder ao estímulo considerado, em dado sistema tricromático. Estas coordenadas são relacionadas com L*, a* e b* pelas Equações 1, 2 e 3: L* = 116 n 16 (1) Para facilitar a segregação de pellets de toner que ainda existiam na superfície da solução em suspensão, após a flotação deixou-se a solução decantar por 40 minutos. Decorrido este tempo, retirou-se os pellets residuais da superfície da solução e lavou-se a polpa flotada com 1L de água destilada. a* = 500 b* = 200 X X n n 1/ 3 n Z n Z (2) (3)

3 A eficiência da destintagem do papel foi calculada baseado na proposta Mutjé et al. (1997) apud Munhoz, Park & Area (2008) dado pela Equação 4: W W F D E= W U W D (4) Onde: W F Alvura do papel flotado; W U - Alvura do papel usado, apenas triturado; W D Alvura do branco, não usado. flotação (500 a 1000 rpm), massa de papel a ser descolorida em cada batelada (0,6 a 1,2%) e concentração do agente descolorante (3 a 9%) usado durante a flotação na eficiência da destintagem do papel. Portanto, foram realizados 12 ensaios experimentais, sendo 4 destes replicatas na condição central do planejamento fatorial. Tabela 1 Variáveis do processo Fatores Níveis (- 1) 0 (+ 1) A determinação da alvura foi obtida no colorímetro Huntherlab (modelo ColorQuest II), baseada no cálculo de a*, b* e L*, pelo método de tristímulos, em função de x, y e z, pelas equações de 1 a 3. PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL (2 2 ) X1 X2 Velocidade de agitação [rpm] Concentração da Pasta [%] ,6 (30g) 0,9 (45g) 1,2 (60g) Utilizou-se um planejamento experimental de 2 níveis e 3 variáveis do tipo 2 3, além de quatro ensaios realizados no ponto central. A Tabela 1 apresenta as variáveis codificadas analisadas durante o processo de flotação Foram analisados os efeitos das variáveis: velocidade de agitação durante a X3 Concentração de Surfactante [%] 3 (1,8mL) 6 (3,6mL) RESULTADOS E DISCUSSÃO 9 (5,4mL) X3 7, X2-3,10745 X1X2-1,4849 X1X3 -,0923 X2X3, X1 -, p=,1 Estimativa dos Efeitos padronizados (Valores Absolutos) Figura 2: Diagrama de Pareto: estimativa dos efeitos padronizados em valores absolutos Figura 3 Superfície de Resposta para a eficiência de destintagem

4 Tabela 2 - Matriz de Experimentos para a Eficiência em Destintagem Corrida/ Variáveis Originais Variáveis Codificadas Resposta Ordem VA [rpm] CP [%] FS [%] X 1 X 2 X 3 Eficiência , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,21 A análise estatística dos resultados foi realizada pelo software STATISTICA versão 7.0, com intervalo de confiança de 90% e α = 0,10. A partir da Análise de Variância apresentada na Tabela 2 e pelo diagrama de Pareto, é possível verificar que as variáveis individuais X2 e X3 apresentam influência sobre a eficiência de destintagem, e obteve-se um coeficiente de correlação de 91,66%. A Equação (5) apresenta o modelo de ajuste dos fatores que mais influenciaram a resposta Eficiência de Destintagem, como mostrado no Diagrama de Pareto (Figura 2). Eficiência = 86,22 0,84* X2+ 1,96* X3± 0,27 (5) Conforme resultados da tabela 3, o modelo linear proposto apresenta falta de ajuste para os dois critérios avaliados: Probabilidade igual a 0,54 >> 0,05; e teste F, onde F calculado << F tabelado, 0,05 para α=0,10. Tabela 3 Teste F Teste F F calculado 0,549 F tabelado, 0,10 6,94 Portanto, apesar da relação linear com a eficiência de destintagem apresentada pelas variáveis concentração de surfactante e concentração de papel (em massa), não foi obtido um modelo empírico para representação dos resultados obtidos. A Figura 3 mostra as regiões de eficiência de destintagem com destaque para a região de maior eficiência que corresponde a maiores valores de X3 CONCLUSÕES O processo de destintagem mostrou boa reprodutibilidade de experimentos apresentando valores próximos para a eficiência de destintagem, com valor médio de 86%. A resposta eficiência de destintagem é influenciada pelas variáveis individuais: X2 (concentração de papel em massa) e X3 (concentração de surfactante) e apresentou um efeito linear sobre a eficiência para confiabilidade de 95% e α = 0,05. As condições de melhor eficiência de destintagem para o sistema estudado são obtidas utilizando-se menor composição de papel na solução de flotação e maior concentração de surfactante.

5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS COUNSELL, T. A. M.; ALLWOOD, J. M. Desktop paper recycling: A survey of novel technologies that might recycle office paper within the office. Journal Materials Processing Technology. N 173, p , QIAN,.; GOODELL, B. Deinking of laser printed copy paper with a mediated free radical system. Bioresource Technology, nº 96, p , VIEIRA, M. G. A. Análise de secagem de polpa de celulose para obtenção de papel tipo cartão. Tese de doutorado. Campinas: Faculdade de Engenharia Química. UNICAMP, MUNHOZ,P. M.; PARK, S. W.; AREA, M. C. ; Um retrospecto de recuperação de fibras através de destintagem por flotação Escola Politécnica USP, AGRADECIMENTOS Agradecimentos dos autores à PIBIC/Unicamp/CNPq pelo apoio financeiro a este trabalho.