CARTÕES MULTIFOLHADOS: EFEITO DA INTERAÇÃO DE FIBRAS VIRGENS E RECICLADAS

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1 CARTÕES MULTIFOLHADOS: EFEITO DA INTERAÇÃO DE FIBRAS VIRGENS E RECICLADAS Fernando Luiz Neves 1, José Mangolini Neves 2 1 Brasil, Tetra Pak e Mestre pela Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz USP / Área de Ciência e Tecnologia da Madeira. 2 Brasil, Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo IPT, DPF- Agrupamento de Celulose e Papel. EPUSP-Depto. Engenharia Química. Universidade Presbiteriana Mackenzie- Engenharia de Materiais. Escolas Osvaldo Cruz-Engenharia Química. Resumo: Este trabalho avalia as alterações nas características mecânicas ocorridas em cartões multifolhados fabricados a partir de celulose kraft branqueada na capa representando 37,5 % do cartão e no verso, fibras longas de pinus (processo kraft) provenientes da reciclagem de embalagens longa vida correspondendo a 62,5% do cartão no primeiro reciclo. A cada novo reciclo, todo o cartão é utilizado no verso aumentando em cada ciclo a quantidade de fibras curtas. São avaliados os índices de tração, arrebentamento e alongamento e comparados a valores praticados no mercado brasileiro de cartões para embalagens. Palavras chaves : cartão multifolhado reciclagem - propriedade Introdução A utilização de fibras secundária para fabricação de cartões para embalagens não é novidade no Brasil, entretanto o seu uso durante muito tempo foi explorado em função de ser esta uma matéria-prima de baixo custo. A crescente preocupação ambiental tem provocado maiores interesses na utilização deste tipo de matéria-prima para fabricação dos diversos tipos de papéis e cartões. Há uma tendência de utilização de fibras secundárias para fabricação de papéis e cartões com maiores valores agregados, o que faz que seja necessário o conhecimento das variáveis envolvidas no processo de reciclagem e seus efeitos nas características finais do produto. Uma tendência que se observa é o aumento crescente do uso de embalagens cartonadas principalmente no mercado de bebidas pasteurizadas e ultrapasteurizadas (longa vida), que são fabricadas com polpas virgens, o que é um ponto interessante já que as aparas provenientes destas embalagens praticamente não variam suas características que irão refletir nas características finais do papel ou cartão e as empresas que se adaptarem para a utilização deste material poderão ter vantagens competitivas de mercado. Cartões Multifolhados O cartão multifolhado é um tipo de compósito, pois é composto por várias folhas aderidas formando uma folha mais espessa e é classificado de acordo com o tipo de matéria-prima utilizada em cada camada. De maneira geral, recebem a denominação de cartão ou cartolina 1

2 conforme o valor de sua gramatura, ou seja, gramas por metro quadrado de papel (ou cartão). Os cartões são compostos de duas ou mais camadas. A parte externa da embalagem é denominada de forro ou capa, enquanto a camada interna da embalagem é denominada verso. Quando há outras camadas, estas são denominadas de miolo, suporte ou o enchimento. Propriedades mecânicas de cartões para embalagens Uma embalagem adequada a seu uso deve proteger seu conteúdo da ação tanto de agentes externos como de internos. No caso de embalagens de papel, estas devem ainda possuir mais algumas características que serão apresentadas e discutidas a seguir, entretanto, deve-se sempre procurar um balanço entre elas, já que muitas vezes para se conseguir um incremento em uma delas, tem-se como conseqüência a redução de outras propriedades. Dentre as diversas propriedades mecânicas usualmente requeridas para embalagens serão destacadas o alongamento, o índice de tração, e o índice de arrebentamento. Alongamento refere-se à capacidade do papel de ser alongado sem se romper. De forma geral, o alongamento é reduzido durante o reciclo ( 1 ). Resistência à tração é a resistência do cartão à forças paralelas aplicadas em sentido contrário ao plano de medição sob condições específicas de cargas. A escolha do tipo de fibras e o seu grau de refino afetam esta característica do cartão. De forma geral, é aceito que a resistência à tração diminui com a reciclagem. Resistência ao arrebentamento é a resistência à pressão aplicada até a ruptura do cartão. Uma embalagem feita de papel cartão deve ter uma alta resistência ao arrebetamento para resistir às pressões internas exercidas pelo conteúdo (por exemplo, em caso de queda). De forma geral, a resistência ao arrebentamento também diminui com a reciclagem. Materiais e métodos Materiais O material utilizado constitui-se de: celulose de eucalipto kraft branqueada virgem e embalagens cartonadas do tipo longa vida obtidas da coleta seletiva da cidade de Campinas. O cartão usado na fabricação das embalagens é fabricado com celulose kraft de pinus no verso do cartão duplex e mistura de aproximadamente 70% celulose kraft branqueada de pinus e 30% de celulose kraft branqueada de eucalipto na forro. Métodos Desagregação A desagregação das embalagens cartonadas tipo longa vida foi feita em hidrapulper industrial em uma fábrica de papel em consistência de 7 a 8 %, sem adição de produtos químicos e sem aquecimento. A pasta obtida após 30 minutos de desagregação foi manualmente desaguada em sacos de nylon e acondicionadas para seguirem ao laboratório onde foi desagregada em desagregador tipo D-3000 fabricado pela Regmed, refinada em refinador Valley e então utilizada na confecção do verso dos cartões duplex. A celulose branqueada seca ao ar foi desagregada em laboratório, refinada em refinador Valley até 30 SR, sendo então utilizada na fabricação da capa dos cartões duplex. 2

3 Fabricação dos cartões duplex Uma vez desagregadas e refinadas, formaram-se folhas de 250 g seca/m 2 em formador de folhas tipo Rapid Koethen, modelo F/SS-2, fabricado pela Regmed, sendo que 37,5% do cartão composto de polpa branqueada ficou na capa e 62,5% de polpa não branqueada, no verso. As camadas do forro e verso foram formadas individualmente no formador de folhas e antes da secagem foram unidas e manualmente sobrepostas. A secagem foi feita no secador do formador de folhas. Não houve prensagem a úmido das folhas. Após a operação de secagem, as folhas foram acondicionadas de acordo com a norma ABTCP/IPT P Para cada reciclo foram realizadas três repetições. CARTÕES DO MERCADO BRASILEIRO Foram tomadas amostras dos principais fabricantes de cartão no Brasil e analisadas suas caracteríticas mecânicas, com a intenção de compará-las aos dados obtidos no experimento. ENSAIOS FÍSICOS Após a confecção dos cartões em laboratório foram feitas as medições das características físicas para cada repetição. As características ensaiadas foram : Gramatura de acordo com o método ABTCP - P6-1996, resistência à tração pelo método ABTCP P7-1994, resistência ao arrebentamento pelo método ABTCP P e alongamento pelo método ABTCP P RESULTADOS E DISCUSSÃO GRAMATURA SECA g/m 2 NÚMERO DE RECICLOS A B C MÉDIA Reciclo 1 250,43 250,34 247,43 Reciclo 2 251,95 245,41 252,84 Reciclo 3 245,46 252,64 249,90 Reciclo 4 249,80 248,06 247,43 Reciclo 5 249,44 252,84 249,54 TABELA 1 - Gramatura seca de cartões para cada reciclo ÍNDICE DE TRAÇÃO Nm/g NÚMERO DE RECICLOS A B C MÉDIA Reciclo 1 57,02 58,34 56,94 57,43 Reciclo 2 52,83 56,16 54,33 54,44 Reciclo 3 55,88 55,04 55,57 55,50 Reciclo 4 57,50 63,07 63,97 61,51 Reciclo 5 53,13 56,99 53,71 54,61 TABELA 2 - Índice de tração em função do número de reciclos 3

4 Nos três primeiros reciclos, não houve variação significativa para o índice de tração, porém, a partir do quarto reciclo, houve um aumento deste valor, voltando aos valores iniciais no quinto reciclo como mostra a Figura 1. Comparando-se estes resultados com os trabalhos de BUGAJER ( 2 ) que trabalhou com papel kraft industrial e fibras recicladas na proporção de 85 % de coníferas e 15 % de folhosas e o de FERGUNSON ( 3 ) que traballhou com polpas kraft e de alto rendimento, verifica-se que a mesma tendência ocorreu. No trabalho de FERGUNSON, foi verificado um aumento inicial na resistência à tração para um papel contendo pasta kraft e de alto rendimento, mas em uma proporção não conhecida, voltando aos valores iniciais após o quinto reciclo, havendo um novo aumento entre o quinto e o décimo ciclo. ÍNDICE DE TRAÇÃO Nm/g 62,00 60,00 58,00 56,00 54, Reciclos Figura 1 - Índice de Tração versus número de reciclos O valor mínimo encontrado para o índice de tração é superior aos valores de cartões do mercado como mostra a Figura 2. Este favorecimento é devido às fibras de embalagens longa vida com média geométricas (long. e transv.) de 52,93 e 49,27 respectivamente. Os cartões A e B representam cartões usados na fabricação destas embalagens. ALONGAMENTO % NÚMERO DE RECICLOS A B C MÉDIA Reciclo 1 2,55 2,65 2,85 2,68 Reciclo 2 2,55 2,55 2,45 2,52 Reciclo 3 2,70 2,85 2,80 2,78 Reciclo 4 2,65 2,90 2,65 2,73 Reciclo 5 2,10 2,40 2,40 2,30 TABELA 3 - Alongamento em função do número de reciclos 4

5 Índice de Tração de Cartões do Mercado (Nm /g) F E 28,25 33,77 61,99 66,52 D 22,42 57,57 Transv. C 32,38 57,74 Long. B A 34,78 41,83 Índice de Tração 69,79 66,98 Figura 2 - Índice de Tração de Cartões do mercado brasileiro O alongamento só começa a ter uma perda significativa a partir do quarto reciclo ( Figura 3). HOWARD ( 1 ) e Mc Kee citado por BUGAJER ( 2 ) dizem que esta propriedade tende a diminuir com o reciclo. A quantidade de polpa de pinus favorece o alongamento. SACON, MENOCHELLI & RATNIEKS ( 4 ) trabalhando com misturas de polpas refinadas em moinho Jookro entre 25 e 40 SR, observaram que para polpas de eucalipto os valores de alongamento eram menores que para as de pinus e para misturas destas polpas observou-se valores intermediários entre os observados para as de pinus e de eucalipto. Este experimento explica a relação entre o alongamento e o tipo de fibra presente, por outro lado, não se pode afirmar que a relação é simplesmente devido ao comprimento dos traqueídeos ou das fibras por duas razões : a primeira, é que o refino em moinho Jookro corta muito mais o material fibroso que o refino no Valley e a segunda, é que neste mesmo experimento, provavelmente devido ao corte no moinho Jookro, não houve ganho na resistência ao rasgo com a mistura de polpa de pinus o que era esperado, já que a resistência ao rasgo é favorecida quando se tem a presença de fibras mais longas. Logo, se as fibras estão cortadas, o aumento no alongamento pode estar relacionado a outros fatores como, por exemplo, a ligação entre fibras. A queda a partir do quarto reciclo segue a mesma tendência dos índices de tração e arrebentamento. 5

6 ALONGAMENTO % 2,90 2,70 2,50 2,30 2,10 1,90 1,70 1, Reciclos Figura 3 - Alongamento versus número de reciclos Os valores de alongamento obtidos são inferiores aos praticados no mercado como mostra a Figura 4. Enquanto o menor valor de mercado para a medição na longitudinal é de 2,80 %, os valores do experimento situam-se entre 2,30 e 2,90 %. Alongam ento de Cartões do Mercado F E D C B A 3,40 3,50 2,80 3,60 3,40 3,20 6,00 9,10 8,00 7,40 8,70 7,20 Transv. Long. Alongamento ( % ) Figura 4 Alongamento de Cartões do mercado brasileiro 6

7 ÍNDICE DE ARREBENTAMENTO kpa m 2 /g NÚMERO DE RECICLOS A B C MÉDIA Reciclo 1 3,63 3,64 3,63 3,63 Reciclo 2 3,26 3,19 3,30 3,25 Reciclo 3 3,19 3,08 3,15 3,14 Reciclo 4 3,34 3,42 3,39 3,39 Reciclo 5 3,08 3,10 3,04 3,07 TABELA 4 - Índice de arrebentamento em função do número de reciclos Este fenômeno de aumento de resistência após o quarto reciclo volta ocorrer com o índice de arrebentamento. FERGUNSON ( 3 ) acredita que para ambos os casos a explicação está relacionada com o aumento da pressão osmótica na parede celular devido ao meio alcalino durante o processo de polpação com ph em torno de 10,2, permitindo que a fibra absorvesse mais água tornando-se mais flexível. O índice de arrebentamento teve uma queda brusca significativa do primeiro para o segundo reciclo, mantendo este valor durante o terceiro reciclo já que foi uma variação não significativa de acordo com o teste de Tukey e aumentando significativamente no quarto reciclo com posterior queda significativa no quinto. ÍNDICE DE ARREBENTAMENTO kpam 2 /g 3,80 3,60 3,40 3,20 3, Reciclos Figura 5 - Índice de Arrebentamento versus número de reciclos FERGUNSON ( 3 ) concluiu que pastas kraft perdem resistência ao estouro enquanto pastas de alto rendimento tendem a ganhar. No experimento de FERGUNSON, misturas de pastas Kraft com CTMP tiveram queda até o terceiro reciclo, recuperando a propriedade a partir daí. No experimento de BUGAJER ( 1 ), o papel refinado em moinho Valley mostrou aumento inicial na resistência à tração com queda a partir do terceiro reciclo. 7

8 SACON, MENOCHELLI & RATNIEKS ( 4 ) trabalharam com misturas de polpas e concluiram que a polpa de pinus misturada à de eucalipto favorece o índice de arrebentamento e não provoca alteração no índice de tração. No experimento, a queda brusca do índice de arrebentamento nos primeiros reciclos, que não ocorre com o índice de tração, deve-se ao fato de que nos primeiros reciclos há mais traqueídeos que nos últimos, o que nos permite notar uma maior queda no índice de arrebentamento que é mais influenciado pelo comprimento e quantidade dos traqueídeos. No caso da resistência à tração e arrebentamento, os resultados mantém as mesmas tendências dos papéis reciclados sem inserção de fibras virgens na receita. O fenômeno da resistência cíclica merece um estudo mais aprofundado. Os valores de índice de arrebentamento praticados no mercado para cartões são iguais ou inferiores aos valores encontrados no experimento como mostra a Figura 6. Este incremento no índice de arrebentamento é devido à inserção de fibras de pinus provenientes de embalagens cartonadas longa vida, apresentando a mesma tendência ocorrida ao índice de tração. Índice de Arrebentamento de Cartões do Mercado (kpam /g) F E D C 2,01 2,01 2,63 2,33 1,89 1,99 2,15 2,14 do verso p/ forro. do forro p/ verso. B 3,10 3,58 A 2,67 3,13 Índice de Arrebentamento Figura 6 - Índice de Arrebentamento de Cartões do mercado brasileiro Conclusão Os índices de tração e arrebentamento apresentam comportamentos cíclicos, sendo os valores obtidos no experimento superiores aos praticados no mercado brasileiro de cartões. Este incremento é devido à inserção de fibras longas de pinus provenientes das embalagens cartonadas longa vida. O índice de arrebentamento é mais influenciado pela presença dos traqueídeos do que o índice de tração. O alongamento apresentou queda suave durante os reciclos e se comparados aos valores de alongamento praticados no mercado de cartões brasileiro, nota-se que os valores são inferiores. 8

9 Bibliografia 1. HOWARD, R.C. (1990) The effects of recycling on paper quality. Journal of Pulp and Paper Science, v.16, n.05, p.j143-j BUGAJER,S.(1976) O efeito da Reciclagem de Fibras Secundárias Sobre as Propriedades do Papel Kraft. O Papel, São Paulo, n. 12 p FERGUSON, L.D. (1992) Effects of recycling on strenght properties. Paper Tecnology, n.10. p: SACON,V.; MENOCHELLI, S. & RATNIEKS, E. (1995) Misturas de polpas brasileiras com eucalipto. O Papel, São Paulo, v. 57 n.6, p.49-54,