ESTUDO COMPARATIVO DA FLOCULAÇÃO ENTRE AMIDO CATIÔNICO E AMIDO INTERLIGADO CATIÔNICO

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1 XXX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Maturidade e desafios da Engenharia de Produção: competitividade das empresas, condições de trabalho, meio ambiente. São Carlos, SP, Brasil, 12 a15 de outubro de ESTUDO COMPARATIVO DA FLOCULAÇÃO ENTRE AMIDO CATIÔNICO E AMIDO INTERLIGADO CATIÔNICO Tânia Maria Coelho (FECILCAM) coelho.tania@ymail.com Thairo Paraguaio (FECILCAM) thairoparaguaio@yahoo.com.br João Batista Sarmento dos Santos Neto (FECILCAM) neto.joaobss@hotmail.com Nabi Assad Filho (FECILCAM) nabiassad@uol.com.br Dieter Randolf Ludewig (FECILAM) dludewig@fecilcam.br As indústrias em geral nunca pararam com a busca por métodos e materiais que viessem a melhorar cada vez mais os processos produtivos de suas empresas, para isso, as mesmas muitas vezes adotam mudanças tecnológicas e organizacionais tentanddo alcançar excelência e obter maior competitividade no setor. As modificações de amido surgiram com a necessidade de adaptar as propriedades dos amidos a aplicações mais específicas. Neste trabalho serão apresentados os resultados obtidos a partir dos estudos realizados com o amido interligado catiônico, o qual possui radicais com cargas positivas e ligações entre as moléculas que fazem com que aumente o peso molecular do amido, visando sua aplicação na indústria de papel. Como conseqüência da modificação através da estática o amido adere às fibras de celulose causando a floculação e conseqüentemente a decantação do sistema, aumentando a qualidade do papel. Os testes e a modificação do amido foram realizados em laboratório, podendo se comprovar a maior eficiência do amido interligado catiônico, quando comparado com o amido catiônico, pelo fato do mesmo apresentar maior velocidade na reação de decantação do papel a partir da floculação. Palavras-chaves: Modificação, Interligado catiônico, Floculação

2 1. Introdução Os amidos são substâncias amiláceas comestíveis, extraídas de plantas variadas. Após sua extração ele recebe o nome de amido nativo, e ao sofrer alguma mudança estrutural (podendo ser física, química, enzimática ou a combinação destas) ele passa a ser chamado de amido modificado. O objetivo dessas modificações é a produção de novos aditivos com características reformuladas, para que possam atender as necessidades dos mais variados setores industriais. O amido nativo possui carga aniônica (carga negativa), a qual impossibilita sua aderência na molécula de celulose, pois ambas possuem a mesma carga, ocasionando a não floculação do sistema. Por esse motivo modifica-se o amido. No caso dos amidos catiônicos e interligados catiônicos, a modificação se dá alterando a carga e a estrutura das moléculas de amido, visando aqui atingir maior eficiência na floculação das soluções, nos setores de estações de tratamento da água e da indústria papeleira. Os autores Di Bernardo e Di Bernardo (2000), trazem os propósitos das modificações dos amidos e as vantagens diretas e indiretas da utilização de polímeros como auxiliares de floculação. Enfatizando entre os propósitos a importância de mudar o caráter do grânulo seco, em modificar a integridade do grânulo e em alterar as características químicas. Di Bernardo e Di Bernardo (2000) ainda citam como as principais vantagens diretas e indiretas da utilização de polímeros, como auxiliares de floculação em estações de tratamento de água, a melhoria da qualidade da água decantada e filtrada, a redução no consumo de coagulante primário, a redução dos gastos totais com produtos químicos, a redução do volume de lodo no decantador, o aumento do período médio entre lavagens consecutivas dos filtros, o aumento da eficiência da desinfecção, a redução da concentração de sólidos suspensos na água filtrada, a diminuição da ocorrência de deposição de lodo na rede e nos reservatórios do sistema de distribuição e o uso como solução de emergência quando alguma unidade de decantação, floculação ou filtração tiver de ser retirada de operação. Este trabalho tem por objetivo acompanhar a floculação dos amidos catiônico e interligado catiônico, relacionando quantidade de material decantado em um intervalo de tempo, e também observar a turbidez da água após a decantação. 2. Amido Catiônico e Amido Interligado Catiônico Por ser uma matéria prima que abrange diversas utilidades, o amido vem sendo estudado, e fazendo com que seu mercado venha crescendo e se aperfeiçoando nos últimos anos, levando à busca de produtos com características específicas que atendam às exigências da indústria. Segundo BeMiller (1997) as razões pelas quais os amidos são modificados são as seguintes: aumentar as transparências de pastas e géis, reduzir a tendência de gelificação das pastas, diminuir a retrogradação, melhorar as texturas das pastas e géis relacionados às suas propriedades coloidais e modificar as características de cozimento. Os amidos catiônicos são produzidos por uma reação química entre o amido e reagentes contendo grupos amino, imino, amônio, sulfato e fosfato, sendo o grupo amino mais utilizado (FRANCÇÃO, 1987). O amido catiônico tem capacidade para atrair fibras celulósicas, que possuem negativamente cargas negativas, ocorrendo atrações elétricas que favorecem o processo de fabricação no papel, pois permitem uma melhor organização da fibra, aumento na 2

3 resistência, diminuição de perdas de celulose, redução de cargas de DBO residuária, e outras mais (WURZBURG apud HORIMOITO, 1986). A diferença entre o amido catiônico e o interligado catiônico, é que o interligado catiônico foi modificado de maneira a possuir ligações entre as moléculas de amido, no qual as mesmas possibilitam o aumento de peso molecular, proporcionando uma molécula com peso maior e com carga positiva (cátions). Sua utilização também encaixa na indústria papeleira, na qual as fibras de celulose apresentam carga negativa (aniônicas), que por efeito estático, o amido interligado catiônico se adere às fibras, causando a floculação do sistema. O aproveitamento do amido é total. Ele retira do sistema microfibras e as partículas coloidais, produzindo um papel de melhor qualidade, com baixa porosidade e com menor carga orgânica nos efluentes. Fardim (2002) cita algumas vantagens da utilização de polímeros como auxiliares de floculação, também denominados de agente de retenção durante a produção de papel. Ele diz que o amido empregado na preparação da massa contribui para a retenção, alem de proporcionar maior resistência a seco. Drenagem e retenção são importantes parâmetros de processo produtivo, pois não basta que seja formado um floco resistente, mas é preciso que o floco possibilite a extração da água de sua estrutura. (FARDIM, 2002) 3. Material e Métodos Inicialmente foi realizado um estudo bibliográfico para obtenção de informações gerais relacionadas à modificação do amido. Estudo este baseado em livros técnicos, artigos e textos da área. Foi também empregado pesquisas com bases experimentais, sendo realizados testes para verificar a floculação e decantação do amido. 3.1 Modificação do amido Na modificação do amido de mandioca, a matéria-prima utilizada foi adquirida da Fecularia Loanda localizado no oeste do estado do Paraná. Os reagentes utilizados na modificação do amido nativo em amido catiônico e amido interligado catiônico, foram o sulfato de sódio (Na 2 SO 4 ), hidróxido de sódio (NaOH), o reagente 1-Cloro-2,3-epóxipropano (Epicloridina), o cloreto de 3-cloro-2-hidroxipropil-trimetilamônio (Quab 188) e o ácido Clorídrico (HCl). Foi misturada uma medida de amido com água em uma proporção de 1:1, partindo de um processo químico via úmido. Essa solução se manteve em um recipiente mergulhado em banho-maria e com o auxílio de um misturador mecânico, pode-se fornecer uma temperatura e agitação constante ao material. Para a modificação do amido nativo em amido catiônico foi adicionado à solução o sulfato de sódio, hidróxido de sódio, o cloreto de 3-cloro-2- hidroxipropil-trimetilamônio e o ácido clorídrico. E para a modificação em interligado catiônico foi realizado o mesmo procedimento, diferenciando apenas pela a adição de 1- Cloro-2,3-epóxipropano para que ocorresse a interligação. Após 24 horas os dois amidos foram, encaminhados para filtro a vácuo, e em seguida para secagem em estufa, com temperatura regulada em 50 C. As variáveis de ph e temperatura foram observadas e controladas sempre com muita cautela, uma vez que o aumento de temperatura ocasionaria a gelatinização do amido, e o ph não adequado interferiria diretamente na reação dos reagentes. 3.2 Metodologia utilizada para teste de floculação Para testar a ocorrência da floculação dos amidos modificados, foi preparada uma solução utilizando 15 gramas do amido como soluto e 500 mililitros de água como solvente, e aquecido gradativamente até atingir o ponto de gel. O amido catiônico atingiu o ponto de gel a uma temperatura de 67 C, enquanto que o amido interligado catiônico necessitou atingir uma temperatura de 76 C para gelificar. Outra solução foi preparada utilizando uma mistura de 3

4 água e papelão, triturados num liquidificador comercial, e logo em seguida realizado o peneiramento em uma peneira de 10 mesh, separando o líquido do sólido. O produto líquido obtido do processo de peneiração foi dividido em duas porções que foram acondicionadas em becheres de vidro, sendo que a um deles foi adicionado 10 ml da solução de amido catiônico preparado na forma de gel, e no outro misturado 10 ml do amido interligado catiônico também gelatinizado. Essas misturas foram homogeneizadas a fim de compararmos o grau de floculação e a velocidade de decantação da solução. O resultado pode ser acompanhado nas figuras 1 e 2. Utilizamos métodos de abordagem indutiva, pois as informações coletadas em literaturas e resultados obtidos em laboratório nos levam a determinada conclusão. 4. Resultados e discussões Após a modificação do amido nativo em catiônico e amido interligado catiônico e o preparo das soluções conforme descrito na metodologia, pode-se acompanhar nas figuras 1 e 2 a evolução de floculação e decantação de cada produto em função do tempo. Figura 1: Floculação do amido catiônico em função do tempo. Figura 2: Floculação do amido interligado catiônico em função do tempo. A figura 1 mostra os resultados dos testes feitos na mistura preparada com o amido catiônico, onde os processos de floculação e decantação ocorrem simultaneamente, nota-se que no final de 5 minutos a solução decantou cerca de 30% do valor total adicionado, enquanto que na solução testada com amido interligado catiônico (figura 2) no mesmo intervalo de tempo o produto decantou aproximadamente 80% do total. E também, apresentando melhores resultados em termos de remoção de turbidez quando comparadas. Após esse tempo não foi observada nenhuma variação significativa na solução. Isso se explica devido o amido interligado catiônico ser um produto que possui radicais com cargas positivas e ligações entre as moléculas que fazem com que o peso molecular aumente consideravelmente elevando a velocidade de decantação do papel. Como a indústria visa sempre o aperfeiçoamento de suas técnicas melhorando os processos e diminuindo o tempo de fabricação, o melhor amido neste aspecto para as indústrias de papel seria o interligado catiônico, pois a partir do seu peso molecular elevado faz com que a decantação da massa se torne mais rápida. 4

5 5. Conclusão Conclui-se com base nos testes feitos a partir das amostras que o amido interligado catiônico apresenta eficiência inicial maior do que o amido catiônico por apresentar menor tempo de floculação. Podemos atribuir este fato devido o amido interligado catiônico possuir maior peso molecular em comparação com o amido catiônico, proporcionando assim a aceleração da reação de decantação, garantindo economia de tempo para as indústrias de papel e estações de tratamento da água. Além da maior rapidez na separação do papel-água ou no caso do tratamento da água, sujeira-água. O amido interligado catiônico conserva ainda todos os benefícios do amido catiônico, como a menor carga orgânica nos efluentes, resultando em maior qualidade do produto para a indústria e menos agressão ao meio ambiente. 6. Bibliografia BEMILLER, J.N. Starch modification: challenges and prospects. Starch/Starke, v.49, n.4, p , DI BERNARDO, A. S. ; DI BERNARDO, L.. Uso de Amido de Mandioca Catiônico como Auxiliar de Floculação. In: XXVII CONGRESO INTERAMERICANO DE INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL, 2000, Porto Alegre - RS. Anais Eletrônicos. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental, CEREDA, M. P. Agricultura: Tuberosas Amiláceas Latino Americanas. São Paulo: Fundação Cargill, 2002, 2ª Edição. FARDIM, P. Papel e Química de Superfície Parte I A superfície da fibra e a química da parte úmida. Disponível em: Acesso em: 27 de abril de 2010 FRANCÇÃO, P. J. Amido de milho na fabricação de papéis a partir de aparas. O papel, n. 10, p , ano HORIMOTO, L. K. e CABELLO, C. Parâmetros para a produção de amidos catiônicos de fécula de mandioca e de batata doce. Revista Raízes. V. 1, P , ano