ANTENA TECNOLÓGICA: TISSUE

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1 RELATÓRIO TÉCNICO ANTENA TECNOLÓGICA: TISSUE PAPER Augusto F. Milanez Érika Marra Rost 26/12/2005 RESUMO Tissue paper é o segmento produtor de papéis para fins sanitários. O termo tissue descreve produtos feitos de baixa gramatura, papéis secos com crepe e alguns sem crepe, tais como papéis higiênicos, toalhas de cozinha, lenços faciais, guardanapos e toalhas de mão. Produtos de tal tipo derivam predominantemente de fibras naturais, compostas das mais variadas fontes (fibras longas, fibras curtas, pastas mecânicas, pastas termomecanoquímicas, aparas e etc. Neste mercado de alta competitividade, as fibras curtas (hardwoods) vem travando intensa batalha nas últimas décadas, vencendo progressivamente nos mercados em que entra. Dentre as hardwoods, o eucalipto vem gradativamente se destacando pela sua alta competitividade econômica, além de propiciar a fabricação de papéis mais apropriados ao segmento tissue, principalmente em suas propriedades anatômicas e químicas. A obtenção de papéis tissue macios e volumosos é determinante para classificar esses papéis da linha higiênica como de elevada qualidade. A anatomia e morfologia dos componentes fibrosos e suas propriedades físico-mecânicas fazem a grande diferença na fabricação do papel, entretanto, a composição e a distribuição química dos componentes nas fibras contribuem fortemente nas propriedades de absorção, maciez e resistência do produto final. O uso de materiais reciclados nos processos de produção de celulose e papel tem mais que dobrado na última década. No começo da revolução GREEN, os efeitos visíveis e tangíveis dos reciclados nos produtos como pintas, textura do papel e rigidez, foram perfeitamente aceitáveis para muitos dos consumidores. Com o passar do tempo, os consumidores tem mantido o desejo de aumentar o consumo de produtos com reciclados, entretanto, cada vez mais exigem que estes mantenham a qualidade das fibras virgens. (44) Por outro lado, a tecnologia de novos equipamentos tem auxiliado em muito especificamente as fibras longas a ainda se manterem neste mercado, principalmente com a chegada da tecnologia TAD (Through Air Drying). Esta tecnologia permite melhorar os efeitos de bulk e maciez na folha formada, insuflando ar na folha, colocando as pontas das fibras para fora da trama fibrosa aumentando a capilaridade interna. Mesmo assim, as fibras curtas ainda apresentam competitividade neste mercado. Diante de tanta competitividade e exigências em matérias primas, cada um buscando posição ou propriedades benchmarking, parece ser uma meta pouco viável atingir objetivos de excelência na produção específica de polpa apropriada para tissue, principalmente por se deparar também com custos para buscar no produto a viabilidade econômica. Neste trabalho, tenta-se mostrar os conhecimentos adquiridos da literatura juntamente com os nossos conhecimentos, buscando a melhor orientação para a produção de papéis tissue, tendose a visão desde o cliente até a matéria prima utilizada em sua produção, enfatizando principalmente a qualidade das fibras.

2 Para a obtenção de melhores propriedades de maciez e volume específico, de forma geral os papéis tissue necessitam de fibras anatomicamente: - Rígidas; - De pouca flexibilidade; - Baixa habilidade de ligação; - Baixo poder de colapsamento. Estas características anatômicas das fibras se mantêm em íntima relação com as características da madeira nos eucaliptos, principalmente com a densidade básica, entendendo que a maior densidade básica, normalmente confere papéis com: - Menor grau de colapsamento; - Menor resistência à tração; - Maior porosidade; - Maior absorção de líquidos; - Maior volume específico; - Maior maciez. Quanto a população fibrosa, também se observam algumas propriedades desejadas aos papéis tissue : - menor número de fibras por grama; - menor superfície específica para ligações interfibras; - menor grau de consolidação da folha; - maior volume específico; A análise Coarseness tem sido muito utilizada para expressar o fenômeno de maciez do papel, sendo atribuído os melhores resultados de maciez para os menores valores de coarseness. Desta forma, as fibras longas perdem naturalmente em qualidade de maciez para as fibras curtas, por estas apresentarem menores valores de coarseness. Esta afirmação parece real quando se comparam as fibras longas ou em conjunto com as curtas, entretanto, não é valida para os papéis 100% de fibras curtas de eucalipto. Para a produção de papéis tissue 100% feito de fibras curtas o eucalipto não segue tal tendência, contrariando os efeitos produzidos pelo coarseness, ou seja, maior coarseness representa maior maciez. Esta hipótese se baseia no fato do comprimento médio das fibras de eucalipto se diferir muito pouco uma das outras, enquanto que a relação fração parede, onde se tem uma alta variação da largura da fibra e do diâmetro do lúmen influencia fortemente o valor de coarseness, uma vez que atua no número de fibras por grama. Em poucas palavras, aumenta a espessura da parede da fibra tornando a fibra menos flexível para um mesmo comprimento. Outros fatores também influenciam na qualidade do papel tissue como a concentração de hemiceluloses que atuam nas ligações fibra-fibra, principalmente por sua concentração na parede primária (52). Fibras curtas rígidas, com paredes espessas e alto coarseness, formam estruturas abertas, contudo o número e a área de ligação fibra-fibra é menor. Por outro lado, fibras curtas flexíveis, de paredes finas, com baixo coarseness, formam estruturas fechadas, o que decisivamente desenvolve habilidade de ligação fibra-fibra. A flexibilidade das fibras úmidas decresce quando o coarseness é aumentado. O índice de tração normalmente cai com o aumento do coarseness. (52) Somente as propriedades anatômicas não são suficientes para explicar todos os fenômenos relacionados aos desejos de maciez, bulk, absorção de líquidos do papel, há necessidade de se conhecer também outras propriedades como a química de superfície das fibras. Por outro lado, a química de superfície das fibras é totalmente dependente das cargas e aditivos colocados na fase de preparação de massa e formação. Normalmente, os papeleiros tipo tissue desejam polpas com menor teor de hemiceluloses, levando a formação com menor grau de hidratação e fibras com baixa capacidade de manter as ligações durante a compactação da folha. Esta característica é contrastante aos desejos dos fabricantes de celulose, onde a retenção de hemiceluloses significa aumento de rendimento Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 2

3 mássico, o que é extremamente salutar economicamente. Desta forma, os interesses antagônicos da área produção de celulose e da produção do papel dividem a estratégia das empresas que buscam direcionar a qualidade especificamente ao tipo de papel tissue. Não se conta ainda que estas propriedades são totalmente dependentes de estratégias de seleção de árvores no campo, o que deveria estar adaptada aos interesses do consumidor. Somente um programa com vínculo da madeira ao cliente papel poderia conseguir atender e/ou exceder os desejos e as necessidades dos clientes, mantendo sustentabilidade da empresa com aumento da lucratividade. Desta forma, a meta e os resultados da empresa também deve ser compartilhado por todas as áreas, buscando com persistência a redução de conflitos de interesse setorial, os quais dificilmente se alinham ao interesse do cliente final. Em um mercado competitivo, a qualidade dos produtos tissue é uma necessidade para obter uma posição mercadológica forte. Ao mesmo tempo, a eficiência de máquina e os custos de produção devem ser controlados. Máquinas tissue modernas podem atingir altas velocidades, o que significa que os papeleiros interessados em melhorar o desempenho de máquinas mais antigas confrontamse com altos custos na modernização de suas máquinas. Este aumento de produção é atingido pela instalação de uma nova caixa de entrada, prensa, capota, etc. Estas melhorias levam a um incremento de velocidade e consumo de energia. Uma alternativa ao investimento maciço é a alteração da especificação das matérias-primas. No entanto, a mudança da composição da receita fibrosa nem sempre condiciona mudanças no processo de produção. O ganho obtido por mudanças de receita é moderado em relação aos ganhos resultantes de investimentos em modernização tecnológica. Mesmo assim, deve ser entendido e respeitado que as variações positivas são de menor escala em relação a novas tecnologias de produção, entretanto, os erros de especificação de polpas facilmente anulam ganhos do uso destas tecnologias.[5] Portanto, pode ser de alto valor à empresa desenvolver atribuições específicas de madeiras voltadas às várias aplicações, tissue, impressão e escrita, cartão, onde as fibras concentram o maior custo da produção dos papéis. Florestas desenvolvidas com a supremacia em atender os requisitos de qualidade solicitados para diferentes papéis já não é uma visão de longo prazo, havendo vários estudos nesta linha, podendo ser a diferença futuramente nas competições mais acirradas por estes mercados. Devemos desenvolver e estarmos preparados para as novas solicitações de mercado, tendo especial cuidado em atender os desejos dos variados consumidores de celulose aos diversos tipos de papéis, mas, sem esquecer que ainda é possível desenvolver um produto celulósico com qualidade que atenda sem exceder a todos os consumidores. Palavras chave: tissue, química, anatomia de fibras, propriedades físico-mecânicas, maciez Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 3

4 INDICE 1. Introdução Usos do tissue Tissue de banheiro Toalhas de cozinha Toalhas de papel e industrial wipes Tissue facial e lenços Guardanapos Outros produtos de tissue Requisições de qualidade Gramatura Absorção Fatores que influenciam a absorção Maciez Espessura e volume específico Resistência à Tração Alvura e brancura Razão de crepe, elongamento Aparência Requisições de qualidade para a conversão Matérias-Primas para a Produção de Tissue Polpa de Fibras Virgens Tendências de mercado Variação em Relação ao Processo de Fabricação da Polpa Variação em Relação às Características da Madeira Utilizada Variação em Relação à Química da Fibra Hemiceluloses e Viscosidade Intrínseca Hemicelulose e Propriedades físico-mecânicas Variação em Relação à Morfologia da Fibra Comprimento de fibra Coarseness Índice de Tração e Viscosidade Intrínseca Energia de refino, resistência à tração e teor de hemicelulose Curl Kink Finos Diferentes polpas para a produção de tissue Polpa de Fibras Recicladas Mistura de Bagaço de Cana-de-Açúcar e Eucalipto para Tissue Influência da secagem das polpas Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 4

5 5.6. Espécies florestais usadas na fabricação de polpa Drastificação do cozimento kraft Aditivos Funcionais e de Processo Condições da Água em Uso Agentes para Controle de Espuma Agentes de Resistência a Seco e Úmido Polímeros de Retenção Suavizantes (Debonder) Agentes de Limpeza Processo Formação de folha e crepagem Envelhecimento Flexibilidade na Mistura da Pasta Melhoria das Características: Combinação de Eucalipto e Tecnologia de Secagem Contaminantes no Sistema Monitoramentos no Processo Controle da matéria-prima fibrosa Água Fresca Aditivos Variáveis de controle Gerenciamento da Parte Úmida da Fabricação Gerenciamento da Parte Seca da Fabricação Resultados obtidos na otimização de tissues Introdução Descrição geral do processo de fabricação e de máquinas Seção de Formação Configurações de telas formadoras Mesa Plana ou Fourdrinier Tela inclinada com rolo formador de sucção Duoformer (Dupla tela) Crescent Former Comparação entre as configurações de tela Caixa de Entrada Pré-requisitos de uma caixa de entrada Estratificação Configuração do Jato Relação de resistências Seção de Prensas Prensa de sapata (Shoe Press) - Tecnologia TissueFlex Funcionamento da prensa Perfil de prensagem da prensa de sapata Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 5

6 Rendimento da prensa de sapata Reumedecimento da folha Vantagens Econômicas da Prensa de sapata Seção de Secagem Cilindro Yankee Eficiência do cilindro Camisa do cilindro Yankee Capota Capota de Alta eficiência Motivação para o desenvolvimento das capotas de alta eficiência Influência das condições operacionais da capota na produtividade Coating Crepagem Fatores que influenciam o crepe Fator de crepe Seção de secagem e crepe Enroladeira Máquinas TAD Introdução Máquina TAD Consumo energético no processo TAD Qualidade do papel TAD Conclusões Bibliografia Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 6

7 1. Introdução Tissue paper é o segmento produtor de papéis para fins sanitários. O termo tissue descreve produtos feitos de baixa gramatura, papéis secos com crepe e alguns sem crepe, tais como papéis higiênicos, toalhas de cozinha, lenços faciais, guardanapos e toalhas de mão. Produtos de tal tipo derivam de um vinco semi terminado em uma base de papel assentada úmida, que é predominantemente composta de fibras naturais, estas fibras podem ser virgens ou recicladas. [4] As propriedades do papel base para tissue resultam em produtos tipicamente com altos índices de TEA, juntamente com boa contextura, como flexibilidade, suavidade de superfície, comparativamente baixa densidade e alta habilidade de absorverem líquidos. Não-tecidos não pertencem ao grupo de papéis tissue. [4] O papel tem sido usado para propósitos higiênicos há séculos, no caso dos papéis tissue este é ainda o mais importante uso na atualidade. Os papéis descartáveis têm sido considerados como substitutos de itens da indústria têxtil com usos similares mais duráveis; tissue faciais, papel toalha, guardanapos e lenços de papel são exemplos típicos. [4] Em um mercado competitivo a qualidade dos produtos tissue é uma necessidade para obter uma posição mercadológica forte. Ao mesmo tempo, a eficiência de máquina e os custos de produção devem ser controlados. Máquinas tissue modernas podem atingir altas velocidades, o que significa que os papeleiros interessados em melhorar o desempenho de máquinas mais antigas confrontam-se com altos custos na modernização de suas máquinas. Este aumento de produção é atingido pela instalação de uma nova caixa de entrada, prensa, capota, etc. Estas melhorias levam a um incremento de velocidade e consumo de energia. Uma alternativa ao investimento maciço é a alteração da especificação das matérias-primas. No entanto, a mudança da composição da receita fibrosa nem sempre condiciona mudanças no processo de produção. O ganho obtido por mudanças de receita é moderado em relação aos ganhos resultantes de investimentos em modernização tecnológica. Mesmo assim, deve ser entendido e respeitado que as variações positivas são de menor escala em relação a novas tecnologias de produção, entretanto os erros de especificação de polpas facilmente anulam ganhos do uso destas tecnologias.[5] 2. Usos do tissue O maior e mais importante uso do tissue são os produtos de higiene [4]: - Papéis higiênicos - Toalhas de cozinha - Toalhas de papel dobradas - Usos industriais - Lenços de papel - Guardanapos - tissue facial - Fraldas - Toaletes refrescantes No setor de higiene, o tissue intencionado a esfregar e secar compete com panos de limpeza, tecidos, chumaços de algodão e secadores de ar quente automáticos. [4] A categoria de papéis para fins sanitários compreende nove tipos de papéis abaixo definidos, na Tabela 1. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 7

8 Tabela 1: Quadro Informativo da Classificação de Papéis Tissue [2] HIGIÊNICO POPULAR: Papel fabricado com pasta mecânica e/ou aparas em folhas únicas, naturais ou em cores, com gramatura ao redor de 35g/m 2. FOLHA SIMPLES DE BOA QUALIDADE: Papel fabricado com celulose química e/ou PAR não branqueada e/ou pasta mecânica e/ou aparas de boa qualidade tratadas quimicamente, em folha única, semi-branco ou em cores, nas gramaturas de 25 a 30g/m 2. FOLHA SIMPLES DE ALTA QUALIDADE: Papel fabricado com celulose química branqueada e/ou PAR branqueada, aparas de boa qualidade e tratadas quimicamente; macio, em folha única, branco ou em cores, nas gramaturas de 25 a 28g/m 2. FOLHA DUPLA DE ALTA QUALIDADE: Papel fabricado com celulose química branqueada e/ou PAR branqueada, incluindo ou não aparas de boa qualidade tratadas quimicamente, macio, nas gramaturas de 16 a 18g/m 2, para uso em folha dupla; branco ou em cores. TOALHA DE MÃO TOALHA DE COZINHA GUARDANAPO LENÇO LENÇOL HOSPITALAR Papel fabricado, normalmente, para uso comercial, natural, colorido ou branco, nas gramaturas entre 25 e 50g/m 2. Usado em rolos ou folhas intercaladas. Papel fabricado, normalmente, para uso residencial, branco, nas gramaturas entre 44 e 50 g/m 2, em rolos de folhas simples ou duplas. Papel crepado ou não, fabricado com pasta química branqueada, incluindo ou não aparas de boa qualidade tratadas quimicamente, para fim específico, nas gramaturas de 18 a 25g/m 2, para uso em folha única ou dupla, branco ou em cores. Papel fabricado com pasta química branqueada, incluindo ou não aparas de boa qualidade tratadas quimicamente, nas gramaturas de 15 a 18g/m 2, para uso em folhas múltiplas na confecção de lenços faciais e de bolso, branco ou em cores. Papel fabricado com pasta química branqueada, incluindo ou não aparas de boa qualidade tratadas quimicamente, nas gramaturas de 15 a 30g/m 2, para uso específico Tissue de banheiro O tissue de banheiro é o maior produto distinto feito de tissue em ambos mercados, interno e externo. Na Europa ocidental, por exemplo, o tissue de banheiro responde por mais de 50% do consumo de tissue. Na América do norte, figura em mais 80%. A tissue base usado para papel higiênico tem uma gramatura de g/m2. O tissue é feito com uma, duas, três, ou quatro camadas. A largura do rolo (largura da folha) é de mm, e o comprimento da folha é de mm. Rolos destinados ao mercado interno (Suécia) contêm folhas. A composição do tissue de banheiro varia de 100% de fibras primárias (isto é, polpa química) a 100% de fibras recicladas. O papel base usado para fazer este tipo de tissue é desagregado no sistema de esgoto e, portanto, não é fortalecido pela adição de colas de resistência a úmido. Tissue de banheiro pode ser liso ou em alto relevo, sem estampa ou modelado, branco puro, fora do branco ou tingido. Há muitas variações na composição da matéria prima, coloração e estampagem, com a escolha dependendo muito do país e do mercado em questão. [4] Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 8

9 2.2. Toalhas de cozinha As toalhas de cozinha são o segundo maior produto do setor de consumo. O consumo varia grandemente de um país para outro, mas é bem abaixo do tissue de banheiro. Toalhas de cozinha geralmente têm uma gramatura de g/m2. As folhas apresentam largura de mm e comprimento de mm. O número de folhas no rolo está normalmente entre 54 e 100. A maioria das toalhas de cozinha apresenta duas camadas. Mais do que duas camadas são raras, mas algumas toalhas de uma camada são feitas. Como com o tissue de banheiro, o tissue base do qual as toalhas são feitas, pode, na teoria, variar de 100% de fibras de polpa química a 100% de fibras recicladas e incluir todas as frações intermediárias. No que se refere aos requisitos de resistência, a polpa da qual as toalhas são feitas normalmente contem no mínimo alguma fibra primária, isto é, polpa química. Resinas de resistência a úmido são adicionadas para promover uma melhoria na resistência do papel. Toalhas de cozinha podem também ser ou não estampadas. É importante, para as toalhas de cozinha, ter alta absorção, e por esta razão, elas geralmente apresentam alto relevo. [4] 2.3. Toalhas de papel e industrial wipes São primariamente destinados ao mercado externo. Eles têm uma enorme gama de diferentes aplicações, estendendo-se desde limpadores de graxa em oficinas de engenharia até curativos cirúrgicos na higiene pessoal em hospitais. [4] Como com o tissue de banheiro, a composição das fibras do papel toalha e de limpadores industriais pode variar de 100% pura polpa química a 100% de fibras recicladas. Para a maioria dos propósitos, resinas são adicionadas para melhorar a resistência a úmido. Toalhas de papel normalmente têm também uma ou duas camadas. O tissue para toalhas de uma camada apresenta uma gramatura de g/m2 e para o de duas camadas, g/m2. A superfície pode também ser lisa ou em alto relevo, estampada ou não. Toalhas de papel podem ser dobradas em diferentes maneiras, a mais comum sendo a dobra em C e entre-dobras. Toalhas de papel não dobradas também são produzidas. O tamanho da folha varia de acordo com o tipo de dobra. O correto suporte desempenha uma importante função no uso das toalhas de papel. O tipo de dobra afeta em várias necessidades do papel para uma folha simples, e, portanto, o preço do produto. Toalhas de papel dobradas em C, as quais são as mais comuns nos países Nórdicos, requerem mais tissue base do que toalhas de papel inter dobradas. A dobra também pode determinar qual o conveniente uso para a toalha de papel. Uma toalha inter dobrada, por exemplo, é mais conveniente do que uma na versão dobrada em C porque é aberta, quando é pega do suporte e traz a próxima folha da posição de baixo para a posição pronta. Toalhas dobradas em C, de outro modo, são raramente fixadas no suporte, de onde emergem sem abrir. Limpadores industriais são normalmente na forma de rolos. Eles consistem de uma, duas, ou quatro camadas e são feitos por g/m2 de tissue base. O papel pode ter uma superfície lisa ou em alto relevo. A largura do rolo varia entre 200 e 500 m. O rolo mais largo pode ter o diâmetro acima de um metro. Os rolos também podem ser distribuídos sem o miolo; os casos nos quais os lenços são puxados para fora do centro. [4] 2.4. Tissue facial e lenços. O tissue facial e os lenços são feitos da mais baixa gramatura (14-18 g/m 2 ). A superfície é freqüentemente confeccionada lisa por meio de uma calandragem suave. O tissue facial é geralmente de duas camadas, enquanto que os lenços consistem de duas a três camadas. Em virtude da alta requisição de qualidade, o tissue base para a maioria dos tissues faciais e lenços é feito também inteiramente de pura polpa química ou de uma mistura de pura polpa química e selecionadas fibras recicladas. O tissue facial é normalmente fornecido em caixas que também atuam como distribuidores. A caixa é tanto quadrada quanto retangular. A última pode também ser usada para tamanhos maiores (conhecidos como tamanhos para homens). Lenços de papel são dobrados também quadrados (modo tradicional) ou feitos em tamanho de bolso. Para os lenços quadrados, o tamanho da folha varia de 25 cm x 25 cm a 29 cm x 29 cm. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 9

10 Lenços de papel e tissues faciais são usados de diferentes modos em diferentes países. O consumo de lenços de papel é mais alto em países como a Alemanha e Finlândia, entretanto, tissues faciais tem um volume mais alto nos Estados Unidos e na Inglaterra. Tissue facial não é usado apenas pelos habituais consumidores, mas também em lugares como hotéis. [4] 2.5. Guardanapos Guardanapos são,produzidos com uma, duas, três ou quatro camadas. O tamanho e o tipo da dobra varia grandemente, de um pequeno guardanapo de uma xícara de café até um grande guardanapo de uma festa de jantar. Os guardanapos podem ser escolhidos como peças de decoração, e então vir de várias cores e estampas. O tissue destinado a guardanapos de mesa pode ser corado em nítidas cores para privilegiar feitios. [4] Como com outros produtos de tissue, a composição da matéria prima pode variar tremendamente. O guardanapo da mais alta qualidade tem um conteúdo de polpa química juntamente com alguma polpa selecionada de fibras recicladas. [4] 2.6. Outros produtos de tissue O tissue base é também usado para fazer filtros de papel para coar café, filtros de cigarros, e enchimento no acondicionamento de alimentos sólidos. O tissue pode também ser laminado com a falta de tecidos para confeccionar materiais para disposição em roupas usadas em cuidados com a saúde etc. [4] 3. Requisições de qualidade O tissue é usado para fabricar uma enorme gama de produtos, e as requisições de qualidade locadas no papel base e nos produtos convertidos varia de acordo com o propósito do produto e as expectativas do usuário. Em alguns produtos, maciez pode ser a propriedade chave, enquanto que em outros poderia ser a resistência. Em algumas situações, o produto poderia ter uma absorção à água, em outros talvez não. O tissue base também tem que encontrar certa demanda de qualidade para ser adequadamente convertido. [4] Os principais atributos necessários para papéis tissue de qualidade, os quais podem ser medidos no próprio tissue, são [4, 5]: Gramatura Absorção Maciez Volume específico Resistência à tração Alvura Elongamento Aparência Historicamente, na planta industrial, os esquemas típicos de avaliação das requisições de qualidade consistem de análise de espessura, gramatura e tração de bobinas e produtos finais. Avaliações subjetivas de maciez, ainda, são empregadas periodicamente. Estas avaliações baseiam-se na existência de correlação inversa entre maciez e resistência à tração e de correlação direta da maciez e do volume específico. [5] 3.1. Gramatura Dependendo do uso final para o produto, o tissue base pode ter uma gramatura de 12 a 50 g/m 2. Baixas gramaturas são usadas em produtos de multicamadas onde a maciez é importante (tissue facial, tissue de banheiro de alta qualidade). Limpadores industriais de única camada, os quais têm que ser fortes, são feitos de tissue com uma maior gramatura. Em vários produtos, o objetivo é alcançar a maior performance com um mínimo de material. [4] 3.2. Absorção Fatores que influenciam a absorção A porosidade e a geometria do papel, a composição química da polpa e as propriedades das fibras influenciam na absorção do papel. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 10

11 Uma característica do papel tissue que permite a absorção de líquidos é a sua porosidade. Os poros do papel interconectam-se de tal maneira que criam uma rede de transporte de líquidos em sua estrutura, transportando fluídos por capilaridade através dessa rede em todas as direções. Para melhores taxas de absorção, o papel não deve apresentar uma porosidade elevada, pois haveria poucos pontos de contato com o líquido e, portanto, menos absorção. No entanto, a porosidade também não pode ser baixa, pois haveria uma maior resistência ao transporte de fluidos por capilaridade, diminuindo a absorção.(58) Portanto, o papel deve apresentar o maior número de pontos de contato possível sem que a rede formada apresente uma resistência muito grande ao transporte de líquidos. Uma outra influência da geometria do papel na absorção é a densidade do papel, papéis com maiores valores de bulk, por exemplo, tendem a apresentar maiores valores de absorção, uma vez que haverá mais pontos de contato, canais mais largos na estrutura do papel e menor resistência ao fluxo. Além desses aspectos, fatores como a energia superficial das fases envolvidas, ou seja, da água, do papel e vapor d água, ângulo de contato e posição em que o papel está sendo utilizado, se é a favor ou contra a gravidade, influenciam na absorção do papel. A absorção é normalmente medida usando água. Entretanto, métodos de medição e pontos de vista variam com o país e o produto em questão. Em certos produtos, o líquido usado para as medições pode ser óleo. [4] As propriedades normalmente medidas são: capacidade de absorção e taxa de absorção, as quais são importantes em produtos semelhantes às toalhas e aos panos de limpeza ( wipes ). A capacidade de absorção reflete quanta água o tissue pode absorver (g d água/g papel). A taxa de absorção mede quão rapidamente o produto pode absorver água e a unidade é segundos por centímetro (s/cm). [4] Aparentemente, as propriedades de absorção de tissue sanitários são em grande extensão governadas pela química de superfície de suas fibras. Desse modo, para se obter a otimização da absorção do produto, o fabricante de tissue deve controlar/balancear os principais elementos que afetam esta qualidade, que são [3, 5]: Polpa fornecida; Química da água branca na máquina de papel; Aditivos. A absorção é também afetada pelo processo de fabricação, pela composição da matéria prima do papel e pelo volume específico do papel (Bulk). Um tissue de uma camada feito de fibras recicladas e gravado em alto relevo em condições normais tem uma capacidade de absorção de cerca de 4g/g; aquele limpador de cozinha de alta qualidade pode ter uma absorção tão alta quanto 18g/g. [4] Segundo HOLLMARK, 1983 [13], a absorção deve ser discutida sob a forma da velocidade de absorção, que é a propriedade mais importante. De acordo com seu estudo, uma toalha de cozinha deve ter alta velocidade de absorção, mantendo assim uma mínima capacidade de absorção a qual auxiliaria obter uma superfície seca ao final da tarefa. Desta forma, a seguir, discutiremos os aspectos ligados às matérias-primas fibrosas quanto à velocidade de absorção. Os fatores que controlam a velocidade de absorção de fibras têm duas origens topoquímicas e estruturais. Na fabricação de papéis tissue, estes fatores têm influência e devem ser controlados, como descrito a seguir [3, 5]: as fibras contribuem para a absorção do produto final por sua composição química, distribuição de componentes químicos, dimensões e propriedades mecânicas. Cada polpa tem comportamento característico frente ao ph, sendo o meio neutro, o de menor absorção de água e o meio alcalino fraco, o de melhor absorção. Componentes, tais como extrativos, podem tornar as fibras hidrofóbicas, especialmente por transformações termoplásticas. Carboidratos e ligninas modificadas, presentes de forma geral, têm caráter hidrofílico; quanto à dimensão de fibras, pode-se, intuitivamente, demonstrar que uma boa velocidade de absorção de água, associa-se a uma porosidade adequada para satisfazer a Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 11

12 força de coesão do líquido a ser absorvido, de forma que nem a gravidade seja capaz de removê-lo (que é o caso de alta porosidade), nem tenha a velocidade de penetração dificultada (no caso de baixa porosidade). Entenda-se que a porosidade de uma folha é determinada pelo tamanho dos espaços vazios na rede fibrosa, governados pelas dimensões das fibras presentes, pela sua estrutura de parede, grau de resistência ao colapsamento e de ligação interfibras. Portanto, apesar de existirem poucos estudos sobre a influência da geometria e propriedades mecânicas das fibras no potencial de absorção [19], pode-se dizer que, para altas taxas de absorção a porosidade do papel deveria ser nem muito alta nem muito baixa. Se a porosidade for muito alta haverá um aumento do efeito de gravidade e uma redução da força de penetração devido a insuficiente interface de fibra/líquido. Por outro lado, se a porosidade for muito baixa, a resistência do fluxo reduzirá a taxa de absorção (Gráfico 1) [20, 21]. Gráfico 1 - Influência do refino na taxa de absorção para polpa sulfito. A taxa de absorção é expressa como a taxa de variação do ângulo de contato (graus/seg.). [3] 3.3. Maciez A qualidade de papel tissue percebida através do sistema sensorial táctil é referenciada como maciez. Em estudos anteriores sobre tissue, o termo maciez era principalmente usado em um sentido mais amplo, descrevendo a impressão geral de maciez obtida quando se manuseava o material; esta impressão podia significar FLEXIBILIDADE, COMPRESSÃO, SENSIBILIDADE À SUAVIDADE, e assim sucessivamente. Mais recentemente, os termos de maciez estrutural e de maciez de superfície têm sido usados. [3] As definições das duas propriedades devem ser baseadas nos métodos da avaliação subjetiva. Assim, tenta-se definir a maciez estrutural (ou pelo volume) como a percepção da maciez obtida quando a amostra é pressionada pelas mãos, ou seja, é a percepção relacionada ao ato de amarrotar o papel entre os dedos; de modo que, a maciez de superfície (handfeel) é definida como a percepção da maciez obtida quando as pontas dos dedos são ligeiramente esfregadas sobre a superfície do material; é a sensação relacionada com a suave fricção dos dedos na superfície do papel [3,5]. Além do mais, existem alguns atributos visuais que completam as sensações subjetivas de maciez. Entre estes fatores subjetivos estão os detalhes de gofragem. Nesta área, existem reais possibilidades de ganhos visuais e de agradabilidade. [5] Julga-se que a FLEXIBILIDADE (inverso da rigidez de flexão) e SUAVIDADE sejam os principais componentes da maciez estrutural, enquanto que a maciez de superfície seja mais complexa, sendo pelo menos relacionada à COMPRESSÃO DA SUPERFÍCIE e a LISURA [3]. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 12

13 A maciez é uma das propriedades que mais agrada o consumidor de produtos tais como tissue de banheiro e faciais. Trata-se de uma propriedade muito subjetiva, da qual não há um método de medição generalizadamente aceito; cada fábrica tende a usar seu próprio método, os quais são baseados em comparações. [4] Um dos métodos é o HandFeel (HF), no qual a maciez é estimada numa escala de 2 a 6. O tissue de banheiro de alta qualidade tem um HF registrado em 6, enquanto que o tissue usual com um alto conteúdo de fibras recicladas tem uma marca de 2. O registro do HF basicamente mede a maciez de superfície, o qual é relatado como lisura. A sensação da maciez de um produto também depende de sua espessura (volume específico) e de sua flexibilidade. [4] Os trabalhos de HOLLMARK, 1983 [12], são críticos para o estabelecimento das bases para a percepção de maciez com fundamentação científica. Tecnicamente, a maciez ao tato (maciez de superfície) pode ser medida por meio de medições físicas bem definidas. [5] A medida direta desta propriedade é difícil, entretanto, a combinação de lisura e rigidez pode ser usada como indicação. [3] LIU (2004), comenta que a maciez é uma complexa função de várias interações físicas e psicológicas. A maior parte dos pesquisadores relatam o entendimento atual da maciez de superfície e maciez estrutural da forma como já abordado neste trabalho, contudo, neste trabalho há uma referência bibliográfica (PEARLMAN, 1962) em que o pesquisador menciona que a maciez (softness) seja uma percepção multidimensional, a qual inclui a habilidade de ver, escutar, e tocar. (50) Os autores deste trabalho investigaram também variações de qualidades físicas em comparação com a maciez do papel tissue tipo toalha facial. Foi desenvolvido um modelo para a maciez baseado em 3 parâmetros de comparação com as propriedades do papel na direção transversal e longitudinal: razão do índice de tração CD/MD; média aritmética da rogosidade de superfície; média do módulo de elasticidade. O modelo foi capaz de predizer a maciez do papel tissue facial fabricado pela tecnologia convencional de crepagem. y = 1164,4.x 0,387 com r2 = 0,996 Onde X = R/(Ra 1,220 Eavg 0,793 ) Variável dependente da razão do índice de tração CD/MD, a média da rugosidade e da elasticidade. Apesar do modelo servir ao processo convencional, o autor assegura não ter sido possível determinar correlações com os papéis fabricados pelo processo through-air-drying (TAD) Espessura e volume específico. Tanto a compactação de malhas de fibras, quanto à união entre fibras são indesejáveis na estrutura base do tissue. O objetivo é produzir uma folha com o mais alto volume específico possível, isto é, Bulk. Para um dado produto, a espessura da peça tecida (malha) é o mesmo que o volume específico (bulk), o qual é o termo usado na indústria para referir-se a espessura. A espessura é geralmente medida pela compressão de uma amostra que consiste de várias camadas sob uma pequena carga entre duas cabeceiras de medição. [4] Para converter produtos tissue, a meta do volume específico é geralmente estabelecida em termos do diâmetro do rolo desejado um certo número de folhas deveria dar um certo diâmetro no rolo. A meta do volume específico, que é estabelecida para a conversão de um produto tissue pode ser influenciada pela estampagem ou gravação em relevo. No caso de produtos sem estampa, o volume específico do papel base deve ser correto, se os objetivos forem diâmetro dos rolos e número de folhas a serem alcançados. [4] 3.5. Resistência à Tração A resistência à tração é medida em ambas direções da máquina, ou seja, nas direções longitudinal e transversal, tanto a úmido quanto a seco. Os limpadores industriais usados em lugares como oficinas de engenharia e oficinas de carros precisam ter alta resistência para suportar a severa tarefa de esfregar. Na tradicional máquina de tissue, as três propriedades, maciez, volume específico e resistência à tração nunca podem ser todas otimizadas. Enquanto a resistência à tração aumenta, a maciez e Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 13

14 o volume específico decrescem, e vice-versa. Isto significa que para um particular produto, as metas estabelecidas para estas propriedades estão sempre com algum compromisso, a prioridade dada a cada uma depende da intenção de uso do produto. [4] 3.6. Alvura e brancura. A alvura do tissue base varia de 50% a 88%, medida de acordo com o padrão ISO. Produtos feitos a partir de polpa química branqueada têm a mais alta alvura. No caso de 100% de fibras recicladas, a alvura é cerca de 50%. Freqüentemente, mais importante do que a alvura é a brancura do produto, a qual é uma medida de quão pálido e de qual tonalidade (shade) o papel é percebido pelo olho humano. Para melhorar o valor da brancura, corantes de descorar e alvejantes ópticos podem ser adicionados para prover a fabricação de papel. [4] 3.7. Razão de crepe, elongamento. A razão de crepe reflete quanto o papel encurta durante a crepagem. A cifra é, geralmente, entre 10% e 30%. A crepagem é usada para ajustar o elongamento e a espessura do papel, ambos os quais têm um marcado efeito sobre a maciez e absorção. O elongamento é também importante na determinação da adequabilidade do tissue base para conversão. [4] 3.8. Aparência A aparência, ou beleza do produto tissue convertido é uma outra característica visual importante. Esta envolve regularmente medição e monitoramento de fatores tais como o número de folhas, diâmetro do rolo, corte das bordas do rolo, perfuração, estampagem, coloração, e o modelo de impressão no papel. A aparência e qualidade do empacotamento são outra parte da imagem de qualidade. [4] 4. Requisições de qualidade para a conversão À parte da requisição de qualidade discutida acima, o tissue base deve satisfazer certas outras requisições de qualidade se ele for eficientemente convertido. Em muitos casos, estas são similares às requisições impostas pelos usos do produto. [4] Para começar, todas as medidas básicas tais como gramatura, e volume específico devem ser corretas se o produto final quiser atender às demandas de qualidade estabelecidas para ele. Deficiências podem ser sobrepujadas durante o processo de conversão, mas isto torna a conversão menos eficiente. [4] O papel sempre tem que ser suficientemente forte, e a formação, isto é a trama, deve ser livre de furos para que ele corra uniformemente na máquina de conversão. Em máquinas de rolos para conversão, o crepe deve ser acima da área correta para que o papel seja cortado adequadamente para produtos tais como toalhas de papel. O menor número de quebras estão no papel base em rolo, e mais eficiente é o processo de conversão. Outros fatores importantes incluem: certo conteúdo de umidade e baixo linting (pó da formação). [4] A tabela 2, que foi adaptada de GREENFIELD, 1994 [5,14], contém um conjunto de medidas que podem determinar as propriedades para o desenvolvimento de um novo produto. Resume os atributos medidos em tissue e os métodos disponíveis. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 14

15 Tabela 2 - Atributos e métodos para o desenvolvimento de um produto tissue. ATRIBUTO MÉTODO DE MEDIÇÃO SENSITIVO SUFICIÊNCIA Formação Corpo Maciez superficial Maciez pelo volume Resistência Absorção de água Testador de formação (ótico ou de massa) Espessura ou volume específico Teste de maciez superficial (testes STFI ou Kato Teck KES-FB4) Teste de maciez por volume (testes STFI ou Kato Tech KES-FB1, - FB2, -FB3) Resistências à tração e ao estouro Tempo de absorção de gota (TAPPI T-432) Em alguns casos, estas propriedades são opostas entre si, ou seja, um ganho em absorção e suavidade pode significar uma perda em resistência e, com isto, teremos dificuldade em redução de quebras e dificuldades em manutenção da elasticidade do papel e conseqüentemente o controle do diâmetro do rolo [1]. A importância e os requerimentos de várias propriedades para os produtos de tissue podem variar de produto para produto. Parte deste fato se relaciona aos critérios e condições de operações relativamente bem definidas de qualidade requerida que tem como base o critério de maquinabilidade do processo de produção, o qual se torna do ponto de vista do consumidor o critério mais importante. [1] A seguir, demonstra-se, segundo a ordem de importância, os requerimentos de alguns produtos tissue: Papel Facial e Higiênico: Suavidade; Absorção; Aparência; Resistência. Papel Toalha ou Guardanapo: Absorção; Resistência; Aparência; Suavidade. Após entendermos esta sistemática, temos que conhecer como as variáveis do processo podem ajudar a atingir os objetivos e as propriedades desejadas pelos fabricantes de papel tissue. Por exemplo, a obtenção da qualidade final do papel tem relação direta com o coating no yankee. Qualquer variação no processo, em matérias primas (tipos de fibras), ação mecânica, ação térmica ou por químicos em uso no processo, pode alterar a qualidade do coating. 5. Matérias-Primas para a Produção de Tissue Como na produção de outros tipos de papel, o tissue é feito de material no qual fibras são misturadas em água. As polpas usadas na produção de tissue são elaboradas tanto por fibras primárias quanto por recicladas. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 15

16 As características do papel estão diretamente correlacionadas com o tipo de fibra utilizada em sua fabricação. Como cada tipo de fibra (curta, longa, reciclada, pasta mecânica) possui uma morfologia e uma composição química diferente, contribuirá para uma determinada característica do papel. Desta forma, os atributos do papel podem ser obtidos ou aprimorados através da seleção de fibras. [6, 9] Em uma polpa celulósica, as características químicas das fibras são modeladas pelas condições de polpação, enquanto as características físicas são essencialmente determinadas pela morfologia das fibras. Portanto, para uma melhor seleção de fibras é necessário ter um conhecimento da química da fibra (teor de lignina, hemiceluloses, extrativos), de sua morfologia (comprimento, coarseness, curl e kink), de suas propriedades físicas e mecânicas (comprimento de auto-ruptura, rigidez, grau de polimerização, etc) e de como cada uma dessas propriedades influencia o papel. [6] Pela tabela 3, abaixo, verificamos que as fibras obtidas por polpação química (fibras curta e longa) são as que trazem maiores benefícios ao papel, porém, são as que possuem o custo mais elevado. O reciclado, apesar do baixo custo, não possui a mesma qualidade da fibra obtida por processos químicos. Tabela 3 - Relação entre o tipo de fibra com os seus atributos e aspectos negativos. [6, 9, 10, 11] Fibra Atributo Contra Curta Maciez, Boa formação, Bulk, Opacidade, Alvura Custo Longa Resistência, Porosidade, Alvura Custo, Baixo Bulk Pastas de alto rendimento Absorção de líquido, Bulk Reversão de alvura Reciclada Custo Alvura, Qualidade A obtenção de papéis tissue macios e volumosos é determinante para classificar esses papéis da linha higiênica para banheiro e facial, como de elevada qualidade. Dentre os tipos de pastas utilizadas na fabricação do tissue, como de coníferas (softwood), de folhosas (hardwood), termomecanoquímica (CTMP), destintada (DIP) etc. A que melhor tem contribuído para obter tais padrões elevados de maciez e volume tem sido a pasta de hardwood, especialmente a pasta de eucalipto. [3,5,7] Agentes que melhoram as características do papel podem ser adicionados a este material; dentre os mais comuns estão colas de resistência a úmido, que conferem ao papel maior resistência quando úmido, pigmentos para dar ao papel uma certa coloração, corantes e alvejantes ópticos para dar a desejada matiz, agentes anti-espumantes e químicos para controle de ph, cuja adição faz o papel correr mais facilmente na máquina de papel. [1,4] Sabemos que a reciclagem de papéis e o constante aumento do uso de fibra reciclada registram crescimento. Por outro lado, a constante busca por melhoria de qualidade em resistência a seco e úmido, resistência a químicos e intempéries, resistência a óleos e graxas, vem trazendo dificuldades na reciclagem de papéis. O desenvolvimento de novos produtos a base de químicos eficazes na desagregação eficiente para posterior uso das fibras sem perda de qualidade, vem crescendo ao longo do tempo [1]. Todos os agentes empregados na produção de tissue são aprovados para uso em conjunto com alimentos. PAAVILAINEN (1988) relata que as propriedades mais importantes das fibras de uma forma geral são: comprimento; espessura da parede; largura; ângulo fibrilar da camada S2; índice de cristalização; pontos fracos de ligações na parede; e a composição química. Destas propriedades, separa as mais importantes em: comprimento das fibras e suas dimensões transversais, como a espessura da parede e a largura da fibra, as quais podem ser caracterizadas com a ajuda da análise coarseness. (51) As polpas químicas são de forma generalizadas influenciadas pelo processo e drasticidade do cozimento, modificando as características de flexibilidade das fibras. Por outro lado o refino pode influenciar ainda mais estas características levando para fibrilações internas e externas. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 16

17 As fibrilações internas provocam maior flexibilidade, enquanto que a fibrilação externa torna a superfície da fibra mais adesiva. O grau de refino é dependente das dimensões transversais das fibras, especialmente a espessura da parede. Fibra de eucalipto espessa e D Fibra de eucalipto delgada e D Fotos 1 e 2 Microfotografias eletrônicas de fibras espessas e delgadas de eucalipto Fibras de eucalipto com paredes mais espessas aumentam os valores de coarseness, sendo mais rígidas, formando estruturas mais abertas, contudo o número e a área de ligação fibra-fibra é menor, por reduzir a compactação do papel. Por outro lado, fibras flexíveis, de paredes finas, com baixo coarseness, formam estruturas fechadas, o que decisivamente desenvolve habilidade de ligação fibra-fibra. A flexibilidade das fibras úmidas decresce quando o coarseness é aumentado. O índice de tração cai com o aumento do coarseness. (52) 5.1. Polpa de Fibras Virgens Tendências de mercado As desvantagens notórias das fibras produzidas no hemisfério norte levam estes países a repensarem suas estratégias de mercado e produção de fibras virgens, tanto em fibras curtas quanto em fibras longas. A exploração de terras para o uso florestal está voltada seguramente para o hemisfério sul, tendo-se claras evidências através dos investimentos que estão aparecendo nos últimos anos principalmente na América do Sul. (52) A evolução da demanda por fibras curtas tem sido exponencial nos últimos anos, onde já ocupa cerca de 50% do mercado das fibras virgens no mundo. Dentre as fibras curtas, o eucalipto já distribui 50% deste mercado, havendo forte tendência de incremento desta proporção nos próximos anos, com recuo das outras fibras de hardwoods. A alta competitividade da madeira de eucalipto tem sido o grande diferencial nestes anos. A alta vocação para a produção de madeiras no hemisfério sul compete fortemente impedindo novas instalações no hemisfério norte, ou mesmo dificultando atualizações das capacidades já instaladas, as quais tendem a obsolescência, podendo ser engolidas pelos maiores produtores internacionais ou mesmo desativadas por inviabilidade técnico / econômica. Ao nosso ver as fibras longas do hemisfério norte serão mantidas no cenário futuro, entretanto, visando estrategicamente o futuro do mercado interno destes países, pois, não terão como competir no mercado internacional. Por outro lado, as fibras longas do hemisfério sul também possuem excelente vocação florestal, com potencial para se transformar em forte pólo competidor na produção e exportação de celulose. O que pensam os principais países produtores de celulose do Hemisfério Norte em relação ao Hemisfério Sul, principalmente a América do Sul? Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 17

18 Tabela 4 - Evolução da demanda por tipo de fibra no mundo Fonte: Hawkins Wright Há uma forte intenção da península Scandinavia voltar-se em pesquisas e empreendimentos na América do Sul, criando oportunidades futuras para manter a subsistência do negócio celulose e papel Scandinavo, com parcerias de forma globalizada. O Brasil possui nesta situação as características idéias de desejo Scandinavo, mesmo com as incertezas políticas do país em relação aos novos governos. A associação das empresas Stora Enso com empresas brasileiras foi uma das portas de entrada ao mercado brasileiro, tendo ultimamente também a percepção em P&D, onde as instituições de pesquisa Suecas e Finlandesas (mantidas pelas empresas Scandinavas) buscam parcerias com instituições da América do Sul, principalmente no Brasil. Enquanto os Scandinavos já entraram no país via associação com as empresas, os Canadenses (fortes concorrentes dos Scandinavos) também procuram um ponto seguro para colocar o seu alicerce, entretanto, iniciaram pela pesquisa. A PAPRICAN está buscando parceria de pesquisas com Instituições no Brasil, o que poderá resultar futuramente na vinda de empresas canadenses ao nosso país. Por outro lado, a International Paper (fortíssimo produtor Americano) já tem empresas instaladas no país, além de já possuir larga extensão de terras com grande parte já plantadas com eucalipto no Mato Grosso do Sul, e forte intenção de instalação de uma grande fábrica naquele estado. (52) KENNY 2004, estudou minuciosamente os acontecimentos na fábrica Tofte na Noruega. Explica que tiveram dramáticas mudanças nos últimos anos, quando aprenderam a trabalhar melhor com otimizações de processo, desenvolver fibras longas úteis para a fabricação de tissue, e misturar madeiras. Basicamente no caso da Södra, eles tentam desenvolver a fibra ideal para o tissue, dizendo haver diferentes maneiras de fazer isso: selecionando madeira, refinando, e utilizando químicos. Para níveis mais elevados de maciez, estão utilizando polpa softwood de fácil refino. Neste caso, eles recomendam o Spruce com 20 a 25 anos de idade combinado a polpa CTMP, obtendo as melhores propriedades de absorção para o papel toalha de cozinha. No caso de Tofte na Noruega, as fábricas estão se concentrando no uso da polpa química de eucalipto. Segundo o autor, essas fibras desenvolvem maciez no papel, devido as fibras curtas terem propriedades de elevar maciez de superfície. A combinação com polpa CTMP de eucalipto aumenta a maciez estrutural do papel, resultando em maior competitividade deste produto. Por outro lado, fazem questão de mostrar que trabalham em ambiente fechado com os fornecedores de químicos e construtores de máquinas, na busca da excelência da qualidade (43). Questões atuais que os Scandinavos (Suécia / Finlândia) estão buscando respostas: Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 18

19 Maciez e absorção as fibras curtas auxiliam produzir papéis macios, mas, o que fazer com a contribuição das fibras longas? CTMP oferece alto Bulk como isso afeta a absorção? CTMP como ela age frente aos químicos da máquina? Tecnologia TAD há necessidade de desenvolver a melhor característica de fibras para esse mercado. Química do Papel quanto importante são os fatores hemiceluloses e carga no papel? Refino ainda há o que desenvolver em plantas pilotos e realmente instalar na fábrica de papel? Claramente há um descontentamento dos Scandinavos frente as fibras longas do Canadá. As fibras longas canadenses são mais longas e pouco espessas, o que confere facilidade de refino e boa resistência inicial ao tissue, especificamente para o processo TAD. Outro ponto interessante é que os Scandinavos se sentem em desvantagens por não poder estreitar relacionamentos de pesquisa com os Canadenses. Tabela 5 - Projeção de Crescimento da Demanda da China Fonte: Hawkins Wright A economia chinesa tem sido a grande vedete no cenário mundial atual, com crescimento exponencial, gerando alta demanda de fibras longas e curtas. O potencial de produção chinesa é elevado, apontando um cenário de crescimento significativo nos próximos anos. Entretanto, visto pelos analistas de mercado como insuficiente para atender a demanda interna, o que deverá gerar um déficit de fibras aumentando a sua importação. Vistos como excelentes negociadores, os chineses poderão influenciar preços no mercado quando estiverem com mais alta demanda, possivelmente atuando como controladores parciais de preços. De certa forma o que se percebe é que enquanto se aceleram as atividades de produção no hemisfério sul também se aceleram as desativações dos menores exportadores do hemisfério norte Variação em Relação ao Processo de Fabricação da Polpa Para a determinação da qualidade das madeiras de eucalipto, visando a produção de polpa e papel os parâmetros químicos como os teores de celulose, lignina, pentosanas e extrativos tem sido considerados os mais relevantes e normalmente são relacionados com os aspectos quantitativos de rendimento e consumo de produtos químicos durante os processos de deslignificação (CARVALHO et al e WALLIS et al. 1996b). [68,70] A polpação química é baseada no princípio de que a lignina pode ser degradada seletivamente usando químicos apropriados permitindo a separação das fibras sem destruir a celulose ou a forma das fibras (BAMBER, 1985) [71]. Mesmo quando a composição química da madeira é conhecida, é difícil prever, com precisão, o seu comportamento durante a polpação uma vez que os componentes encontram-se arranjados de forma complexa tornando o comportamento Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 19

20 diferente de quando estão isolados. De qualquer forma, o conhecimento da composição química da madeira em seus componentes principais como celulose, lignina e extrativos é importante para interpretar o comportamento da madeira no processo de polpação, assim como para determinar a qualidade da polpa produzida. Segundo VALENTE et al. (1992), um baixo teor de lignina e um alto teor de carboidratos requererão condições menos severas de polpação e conduzirão a um alto rendimento gravimétrico. [72] COHEN & MACKNEY, citados por WALLIS et al. (1996a), estabeleceram correlações significativas entre propriedades químicas da madeira e propriedades da polpa. Lignina e extrativos apresentaram correlação negativa com rendimento em polpação Kraft, enquanto que para frações de carboidratos, a -celulose correlaciona-se positivamente com rendimento em polpa. A holocelulose (celulose mais hemiceluloses) geralmente correlaciona-se fraca e positivamente com o rendimento em polpa. [69] Trabalhos realizados por WRIGHT & WALLIS (1998), mostraram que o rendimento da polpa Kraft de folhosas correlacionam-se positivamente com o teor de celulose da madeira e mais fracamente com o teor de hemiceluloses. Para madeira de Eucalyptus, o rendimento em polpa Kraft é, na maioria das vezes, fortemente correlacionado com o teor de celulose e fraca e negativamente com o teor de hemiceluloses. [73] A composição química da madeira desempenha um papel econômico no processo de produção de polpa. Madeiras com maiores teores de lignina podem exigir um maior consumo de álcali durante a polpação, gerando, conseqüentemente, maiores teores de sólidos para queima na caldeira SANTOS (2000). [74] Segundo WAGBERG & ANNERGREN (1997) [75], mesmo a celulose sendo o componente da polpa que confere resistência às fibras, polpas com altos teores de celulose e baixos teores de hemiceluloses desenvolvem menores resistências quando são refinadas. Uma explicação para esse fato pode ser um aumento da despolimerização da celulose ou a uma quantidade mínima de hemiceluloses que proporcione uma distribuição adequada das tensões nas paredes das fibras [75]. A principal hemicelulose presente nas madeiras de eucalipto é a xilana. As hemiceluloses são muito hidrofílicas e são as maiores responsáveis pela habilidade da fibra em absorver água, facilitando o inchamento das fibras, promovendo a lubrificação interna, aumentando a flexibilidade das fibras e a área de contato entre as fibras proporcionando ligações interfibras mais fortes. Tais fatos implicam em fibras mais conformáveis com estruturas mais coesas e que demandam menor energia de refino para atingir as mesmas propriedades necessárias (LAINE & HYNYNEN, 1997 e BARZYC et al. 1997) [75,76,77]. Entretanto, a maior retenção de água diminui a drenabilidade do papel o que pode comprometer o andamento das máquinas de papel. Dessa forma, uma correta refinação dependerá do balanço entre as forças mecânicas e o comportamento intrínseco das fibras FERREIRA et al. (1998). [78] As hemiceluloses, além de afetarem o rendimento na produção de polpa, desempenham importante função no processamento e nas propriedades da polpa e também do papel, Britt citado por ALMEIDA et al., (2000), pois podem afetar importantes interações químicas entre as fibras, a água e outros produtos químicos que são agregados para a formação do papel.[79] Os extrativos presentes na madeira são parcialmente removidos durante o cozimento da madeira, dependente da concentração prejudicam o acesso do álcali nos cavacos ou mesmo consomem parte do álcali em reações de saponificação. Assim, altos teores de extrativos conduzem a baixos rendimentos em polpa. Apesar das concentrações de extrativos na polpa serem pequenos, estes podem ainda ser muito importantes em todo o processo, cozimento, branqueamento e processamento do papel. É muito comum depositarem ao longo do processo causando interferências negativas no produto por aumento de pintas (pitch), ou mesmo interferindo nas ligações interfibras, uma vez que dependente do processo se concentram na superfície das mesmas. Polpas de fibras virgens produzidas quimicamente tanto pelo processo sulfato, quanto sulfito, são adequadas para a produção de tissue. O tipo mais largamente utilizado pelo mundo é a polpa do processo Kraft, sendo que na Finlândia todo tissue é feito por esta polpa. [4] Polpa química pode também ser branqueada ou não. O branqueamento melhora a alvura e as propriedades de absorção do produto, proporciona uma vida mais longa e reduz o nível de impurezas. Hoje, em virtude da consciência ambiental, as fábricas de tissue cada vez mais buscam por fibras branqueadas por processos mais seletivos, com o mínimo possível de agentes Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 20

21 clorados, a exemplo a polpa ECF ou mesmo as polpas completamente livres de compostos clorados (TCF). Polpa quimiotermomecânica (CTMP) pode também ser adicionada ao material de fabricação para constituir um papel mais absorvente e corpulento. [3,4] Variação em Relação às Características da Madeira Utilizada A polpa química usada para produção de tissue pode ser feita por ambas as fibras de madeira, softwood e hardwood. Os papéis fabricados na Scandinavia são na sua maior parte produzidos de softwoods (pinus), embora contenham fibras curtas hardwoods (spruce). Polpa hardwood pode ser feita de madeiras tanto como birch, eucalipto, e beech. Fábricas de acabamento normalmente usam birch. As fibras longas conferem resistência ao papel, enquanto que fibras curtas transmitem suavidade / maciez. Diferentes polpas se comportam diferentemente a diversos valores de ph (21). Testes de folhas laboratoriais têm indicado que ph ácido gera propriedades inferiores de absorção, para as polpas mais comuns na produção de tissue na Europa. Todas as polpas exceto a polpa de Spruce obtida pelo processo sulfito não branqueada mostraram rápida absorção a ph= 9. Estudo realizado na Universidade Federal de Viçosa mostrou que, de uma maneira geral, a densidade básica das madeiras de eucalipto apresentou correlação mais significativa que a constituição química com as características anatômicas das madeiras, com o rendimento gravimétrico da polpação kraft e com a qualidade das polpas. As madeiras mais leves proporcionaram rendimentos mais altos. No entanto, o consumo específico de madeira foi menor para as madeiras mais densas, apesar destas requererem polpação mais drástica para um mesmo nível de deslignificação. As madeiras de eucalipto mais leves, pelas suas características anatômicas, podem ser direcionadas para a fabricação de papeis de escrita e impressão enquanto as madeira mais densas para o segmento de papeis absorventes (42). Observa-se na tabela 6 que não houve variação significativa no comprimento de fibras das madeiras de densidades básicas extremas (densa e leve). No entanto, madeiras mais leves apresentaram maiores diâmetros de fibra e de lúmen, menores teores de finos e menor espessura de parede de fibra e menor valor de coarseness. Fibras com menores espessuras de parede e maiores diâmetros de lúmen têm maior potencial de colapso, facilidade de refino, maior área de contato entre fibras na formação da folha de papel e, logo, maior resistência mecânica. A resistência mecânica, associada a opacidade, constitui-se no principal atributo de qualidade de papeis de escrita e impressão, também chamados de papeis refinados. Por outro lado, fibras de madeiras mais densas, com maior espessura de parede são mais rígidas e são indicadas para a fabricação de papeis absorventes (papeis pouco ou não-refinados) de alto volume específico, alta capacidade de retenção de água e maciez e de menor lisura. Tabela 6 - Anatomia e morfologia das fibras em função da densidade da madeira de eucalipto Em geral, observaram-se correlações mais significativas das características morfológicas das fibras com a densidade básica que com a composição química (teor de carboidratos totais), conforme mostrado na tabela 7 a seguir. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 21

22 Tabela 7 Relações entre as propriedades anatômicas das fibras, a densidade básica da madeira e carboidratos totais. As madeiras de eucalipto de maior densidade básica exibem melhor as propriedades para tissue, o que é suportado pelas literaturas (5,6,7,8,36,40,41,42). GAVA (2005), comparando a polpação da espécie E. grandis do ponto de vista de resposta a plantação em diferentes solos e com as mesmas aplicações de água e nutrientes, pode observar diferenças significativas nas propriedades das madeiras cortadas aos 7 anos de idade. Os resultados mostraram que os atributos físicos do solo, sobretudo o teor de argila, estão diretamente relacionados à quantidade de água disponível, foram os que mais afetaram a produtividade e a qualidade da madeira. A densidade básica da madeira não se alterou nas diferentes classes de solo. Por outro lado, aumentou exponencialmente com o volume das árvores, independentemente do solo em que cresceram. O teor de lignina total diminuiu e o de holocelulose aumentou exponencialmente, com o aumento do teor de argila do solo (até cerca de 35 a 40% de argila). O teor de extrativos não foi afetado pelos atributos do solo. O rendimento de celulose depurada relacionou-se exponencialmente com o teor de argila do solo. No solo com textura muito argilosa (LVd2), o rendimento foi 6% maior do que no solo de textura arenosa (RQ). (49) É importante lembrar que estas árvores não sofreram estress, mesmo as plantadas em solos arenosos. Desta forma, a árvore recebeu o mínimo necessário para o seu crescimento, não tendo que modificar o seu metabolismo, portanto, não influenciando algumas propriedades como densidade da madeira e teor de extrativos. Por outro lado, a melhoria do solo para o tipo argiloso contribuiu acentuadamente para o aumento mássico da árvore, além de aumentar o teor de holocelulose e reduzir o teor de lignina, o que é extremamente interessante do ponto de vista fabril (alto rendimento). Pode-se concluir deste trabalho que a compra de terras para a instalação de reflorestamento deve passar por estudos de relação custo / benefício, relacionando o aumento de produtividade e rendimento na industria contra o aumento do custo da terra ao passar de um solo arenoso para outro mais argiloso Variação em Relação à Química da Fibra Certos componentes de madeira ou fibra celulósica são mais ou menos hidrofóbicos. Extrativos (a maioria, mas nem todos) são geralmente muito hidrofóbicos (24, 25). Por outro lado, os carboidratos e a lignina são considerados hidrofóbicos no estado quimicamente modificado (extraídos) (23). O tempo de corte de uma árvore pode influenciar na quantidade de resinas e orgânicos naturais encontrados na madeira. Um componente importante que deve ser avaliado é a quantidade de hemiceluloses e grupos carboxílicos presentes no sistema, que de uma forma geral, variam as propriedades adesivas do coating sobre o yankee e o papel. O aumento de hemiceluloses no sistema representa um aumento de adesão no coating. O importante, neste caso, é o controle na matéria-prima, pois neste caso teremos variações no creping [1]. É muito comum entre os produtores de papéis higiênicos procurar polpas com baixa viscosidade no mercado, visto que, estas propiciam propriedades de não aderência nos rolos Yankee e fornecem papéis mais absorventes. Estas fibras são obtidas em processos mais drásticos de cozimento, removendo uma maior quantidade de hemiceluloses, o que confere menor ligação interfibras, impedindo que a compactação do papel seja acompanhada com ligação em toda a extensão de contato das fibras. (52) Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 22

23 Hemiceluloses e Viscosidade Intrínseca O teor de hemiceluloses presente nas fibras tem papel fundamental na crepagem dos papéis tissue, como discutido anteriormente. Seria inútil discutir esta variável, se considerássemos casos óbvios, de fabricação, como o uso de agentes de adesão. [5] É importante mencionar que o teor de hemiceluloses deve ser preservado na polpação kraft, pois tanto a qualidade final papeleira, no que tange às propriedades físico-mecânica das polpas, como seu rendimento industrial devem ser mantidos elevados. [5] O Gráfico 2 demonstra, através da relação viscosidade da polpa e teor de hemiceluloses, o grau de seletividade do processamento kraft para manter os constituintes da fibra. Existem no mercado polpas com as mais diversas relações entre estas duas propriedades, o que torna difícil as escolhas por meio destas variáveis em conjunto ou isoladas. Seria necessário possuir especificação de qual teor de hemiceluloses satisfaria a adesão no cilindro e maiores informações acerca da resistência mecânica que a polpa deveria ter na parte úmida e parte seca da máquina de forma conjugada, para obter resultados sinérgicos no produto final. [5] Gráfico 2 - Teor de hemicelulose, pela análise de solúveis em álcali a 5% (S-5%), de polpas de eucalipto como função da viscosidade intrínseca. [5] Hemicelulose e Propriedades físico-mecânicas MILANEZ et al. (1982), estudando a influência da hemicelulose nas propriedades físicomecânicas da polpa, segregaram polpa em um processo de produção continua pré-hidrólise Kraft, quando na transição da produção de polpa papel para polpa solúvel (redução da hemicelulose). Durante a produção foram coletadas amostras de 10 em 10 minutos enquanto o digestor continuamente alterava as condições do processo removendo gradativamente as hemiceluloses, sem alterar a viscosidade da polpa. As xilanas, pertencentes ao grupo das pentosanas das hemiceluloses são as principais no eucalipto, apresentando estreita correlação com a análise solubilidade da polpa em NaOH a 5% de concentração ver gráfico 1 a seguir. (48) Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 23

24 Ruptura (km) Ruptura (km) Pentosanas (%) Solub. NaOH 5% versus Pentosanas y = 1,1161x + 0,2455 R 2 = 0, Solubilidade em NaOH 5% ( % ) Gráfico 3 Teor de pentosanas versus solubilidade em NaOH 5% (S 5% ) As polpas foram refinadas em PFI e exibiram redução significativa de resistência físico-mecânica a medida em que as hemiceluloses (S-5%) iam sendo reduzidas. Concluíram finalmente: (48) a) quando se deseja maximizar as resistências da polpa, certamente é muito interessante se considerar a participação das hemiceluloses como parâmetros principais nos fenômenos de ligações superficiais das fibras (forças de coesão). As resistências máximas obtidas de um modo geral para a pesquisa realizada com os processos Kraft e Pré-hidrólise, ocorreram em valores de S 5% entre 10% e 11%, como pode ser observado pelos valores de comprimento de auto ruptura realizados sem refinação e refinados ao nível 37º SR. O trabalho demonstra as mesmas tendências de aumento de resistências para estouro, rasgo e resistência ao ar; 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Auto Ruptura x Solub. em NaOH 5% Não Refinada Sol. NaOH 5% ( % ) Auto Ruptura x Solub. em NaOH 5% Refinada 37º SR Sol. NaOH 5% ( % ) Gráfico 4 Resistência a Auto Ruptura em função do teor de hemiceluloses, expresso pelo S 5%, para a polpa não refinada e refinada a 37º SR. b) a remoção de hemiceluloses para valores de S 5% abaixo de 7% diminuem acentuadamente as ligações por coesão entre fibras, prejudicando as resistências de forma geral, entretanto, conferem excelente qualidade de bulk, maciez estrutural, porosidade e absorção de líquidos, altamente recomendadas para os papéis tipo tissue, sendo de maior influência na polpa não refinada; Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 24

25 (cm3/g) (cm3/g) Vol. Específico x Solub. em NaOH 5% Refinada 37º SR 1,80 1,75 1,70 1,65 1,60 1,55 1, Sol. NaOH 5% ( % ) 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 Vol. Específico x Solub. em NaOH 5% Não Refinada Sol. NaOH 5% ( % ) Gráfico 5 Volume específico em função do teor de hemiceluloses, expresso pelo S 5%, para a polpa não refinada e refinada a 37º SR. c) a análise de viscosidade da polpa não é um índice que pode predizer resistência físicomecânica do papel, havendo necessidade de ser observada em conjunto com o teor de hemiceluloses e anatomia das fibras; d) dependendo do tipo de máquina que se desenvolve o papel tissue, fica interessante a combinação de fibras longas com fibras curtas de valores intermediários de S 5%, buscando características novas de tração junto as propriedades de bulk, maciez e absorção de líquidos. Como demonstrado no gráfico 5, o teor de hemicelulose e a resistência à tração ao nível não refinado possuem uma correlação importante. Assim como o teor de hemicelulose adequado determina a operação do cilindro yankee e crepagem, a resistência à tração deve ser suficiente para prover resistência úmida na máquina e também prover mínima resistência do produto final. Valores de resistência à tração elevados na matéria-prima determinam papéis menos macios, mais densos, independentemente da tecnologia empregada na produção. A correlação positiva encontrada para ambas variáveis no nível não-refinado pode auxiliar na escolha de polpas de mercado de forma coerente. As polpas ao nível refinado perdem esta correlação. A melhor explicação é o poder de ligação interfibras ao nível não-refinado depender fortemente das hemiceluloses depositadas na superfície das fibras, muito mais que da capacidade de colapsamento intrínseca das fibras. Ao nível refinado, a capacidade de colapsamento de fibras é aumentada, passa a ocorrer maior migração de hemiceluloses da parede das fibras para fora, e assim a correlação desaparece. [5] Gráfico 6 - Resistência à tração inicial (não refinada) e refinada até 30 SR de polpas de eucalipto como função do teor de hemicelulose, pela análise S 5%.[5] Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 25

26 5.1.4.Variação em Relação à Morfologia da Fibra A morfologia da fibra é estudada através do seu comprimento, coarseness, curl e kink e depende do processo de fabricação da polpa e das características da madeira utilizada, como espécie, região de cultivo, idade, etc. Figura 1 Maciez estrutural para fibras longas (VIANNA & NOGUEIRA (40) A figura 1 apresenta de forma clara as relações anatômicas das fibras longas com propriedades de maciez estrutural do papel. Esta percepção está principalmente relacionada com a espessura da fibra e seu diâmetro, sendo um forte argumento para explicar a maciez estrutural. Fibras mais espessas e que mantenham um mesmo diâmetro são mais rígidas, dificultando a compactação, exercendo forte impacto para o aumento de volume específico dos papéis. Pode-se acompanhar o mesmo raciocínio para a relação espessura / comprimento da fibra, levando a papéis mais volumosos e conseqüentemente com maior maciez estrutural. Por outro lado, as fibras mais largas, ou seja, com maior diâmetro e menor espessura se compactam facilmente, levando a papéis mais consolidados, o que reduz o volume específico e maciez estrutural. Há uma relação muito íntima entre a maciez estrutural e o módulo de elasticidade do papel. Gráfico 7 Modulo de elasticidade versus maciez estrutural. (Fonte: UFV). Podem ser utilizados com bastante sucesso nas análises de rotina, podendo inclusive se relacionar com outras propriedades do papel como rigidez e resistência à tração. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 26

27 Gráfico 8 deformação do papel em função da carga, indicando o módulo de elasticidade (Fonte: UFV) Para a obtenção de melhores propriedades de maciez e volume específico, de forma geral os papéis tissue necessitam de fibras anatomicamente: - Rígidas; - De pouca flexibilidade; - Baixa habilidade de ligação; - Baixo poder de colapsamento. Estas características anatômicas das fibras se mantêm em íntima relação com as características da madeira, principalmente com a densidade básica, entendendo que a maior densidade básica, normalmente confere papéis com: - Menor grau de colapsamento; - Menor resistência à tração; - Maior porosidade; - Maior absorção de líquidos; - Maior volume específico; - Maior maciez. Quanto a população fibrosa, também se observam algumas propriedades desejadas aos papéis tissue : - menor número de fibras por grama; - menor superfície específica para ligações interfibras; - menor grau de consolidação da folha; - maior volume específico; Somente as propriedades anatômicas não são suficientes para explicar todos os fenômenos relacionados a maciez estrutural do papel, há necessidade de se conhecer também outras propriedades como a química de superfície das fibras. Por outro lado, a química de superfície das fibras é totalmente dependente das cargas e aditivos colocados na fase de preparação de massa e formação. Normalmente os papeleiros tipo tissue desejam polpas com menor teor de hemiceluloses, levando a papéis com menor grau de hidratação e fibras com baixa capacidade de manter as ligações durante a compactação da folha. Esta característica vai na contramão aos desejos dos fabricantes de celulose, onde a retenção de hemiceluloses significa aumento de rendimento mássico, o que é extremamente salutar economicamente. Desta forma, os interesses antagônicos da área celulose e papel dividem a estratégia das empresas que buscam direcionar a qualidade especificamente ao tipo de papel tissue. Não se conta ainda que estas propriedades são totalmente dependentes de estratégias de seleção de árvores no campo, o que deveria estar adaptada aos interesses do consumidor. Somente um programa com vínculo da madeira ao cliente papel, poderia conseguir atender e exceder os desejos e as necessidades dos clientes, mantendo sustentabilidade da empresa com aumento da lucratividade. Desta forma, a meta e os resultados da empresa devem ser compartilhados por todas as áreas, buscando com persistência a redução de conflitos de interesse setorial. Os produtos comercializados para os consumidores tissue de alta absorção, são feitos por diferentes técnicas e diferentes fibras. Portanto, é totalmente dependente da interação da matéria prima e do processo de obtenção (máquina de papel e conversão). O teor de finos de uma polpa é fator limitante a qualidade do papel, devendo-se buscar polpas com os menores teores de finos possíveis (41). O processo TAD, em particular, exige necessidades diferentes do processo convencional máquinas Yankee DC. Segundo AXELSSON 1991, fibras flexíveis, longas, em pequena quantidade, é a melhor escolha para o processo TAD, e tem sido encontrado em fibras longas com baixo coarseness, sendo as melhores no processo de formação (moulding). A queda de densidade como resultado da maior eficiência no uso da fibra na estrutura úmida coloca alta demanda de fibras recicladas na aplicação, reduzindo custos de fabricação (41). A SODRA Cell tem desenvolvido polpas livres de finos para atender as necessidades do processo TAD, levando as seguintes características: Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 27

28 Maciez superficial e estrutural; Boa formação; Baixa demanda de energia no processo de secagem; Alta permeabilidade ao ar; Alta absorção. Até o momento, as necessidades de qualidade foram mais relatadas para o andamento da máquina (runnability) do que diretamente ao processo de fabricação por si só. A polpa livre de finos afeta diretamente o consumo de energia, reduzindo em aproximadamente 15% dos custos a ele relacionados. Isto é atribuído a maior permeabilidade após refino (41) Comprimento de fibra Altera significativamente as propriedades do papel. Para uma fibra de maior comprimento observa-se [6,10]: o o o o o o Maior resistência à tração; Maior resistência ao rasgo; Maior resistência a dobras; Maior estouro do papel; Maior resistência úmida; Maior a densidade da folha; No entanto, as fibras com maior comprimento geram mais flocos e aumentam o risco da má formação. Além disso, possuem menor maciez se comparadas às fibras de menor comprimento. Os equipamentos ópticos de análise de comprimento de fibra reportam três tipos de resultados: média aritmética; média ponderada para o comprimento; e média ponderada para o peso. A media aritmética é a menos relevante, uma vez os finos e elementos microscópicos presentes na polpa contribuem da mesma maneira que uma fibra mais longa no cálculo do comprimento da fibra. O valor mais utilizado é a média ponderada pelo comprimento, pois ameniza o efeito dos elementos menores. A média ponderada pelo peso prioriza as fibras mais longas, uma vez que as curtas contribuem pouco para o cálculo do valor Coarseness O termo FCI (Fiber Coarseness Index) é definido como a massa correspondente a uma unidade de comprimento da fibra expressa em miligramas por 100 m (decigrex). Os analisadores ópticos o calculam através da relação entre a massa da amostra analisada e o número de fibras multiplicado pela média aritmética do comprimento das fibras. [6,17] O termo coarseness engloba a espessura de parede da fibra, largura e densidade da fibra. A espessura de parede da fibra chega a ter uma correlação de 78% [6,10]. Este parâmetro tem sido apresentado como o mais importante para classificar a qualidade dos diferentes tipos de fibras para a fabricação dos papéis por influenciar as propriedades do papel, refino e formação [7]. Para as fibras longas, quanto menor é o coarseness, melhor resultado se obtém. Observa-se [6,7,8]: o Melhor formação; o Maior maciez; o Maior resistência à tração em um número constante de fibras; o Menor rasgo da folha para a mesma quantidade de fibras; o Maior a absorção; o Menor a resistência oferecida pelas paredes das fibras; o Menor a quantidade de energia gasta para se obter uma boa ligação entre as fibras; o Menor pressão de calandra para atingir as mesmas propriedades. A explicação, que a literatura apresenta para este comportamento, é a seguinte: fibras com um alto coarseness aumentam a formação de flocos na de caixa de entrada, quando comparadas às fibras de baixo coarseness, em uma mesma consistência, já que estas têm uma maior mobilidade. [8] A falta de mobilidade das fibras com alto coarseness, também, pode diminuir a drenagem de água, provocando, desta forma, uma má formação da folha e aumentando a dificuldade para ajustar o índice de resistência à tração nos sentidos longitudinal e transversal. [7] Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 28

29 A tabela 8, a seguir, mostra alguns exemplos sobre o comprimento e o coarseness médio das fibras. Tabela 8 - Comprimento de fibra (mm) x Coarseness (mg/m) [6] Fibra Comprimento (mm) Coarseness (mg/m) Pinho 2,5 0,3 TMP 2,0 0,36 Spruce 3,0 0,15 Curta USA 1,1 0,13 Curta Canadá 1,0 0,10 Eucalipto 0,9 0,08 Além das condições de processo, o tipo de madeira também influencia o coarseness da fibra. As madeiras de lenho juvenil possuem células mais finas e menos densas, enquanto as madeiras de lenho tardio possuem células mais grossas e densas, portanto com um coarseness maior. [6] Utilizando-se de equipamento Kajaani FS-200 ou 300, o número de fibras / grama pode ser avaliado pela seguinte fórmula: Ng = 1000 C x L Onde: Ng = número de fibras por grama (nº fibras/g) e 1000 refere-se a massa de 1000 mg. C = Coarseness (mg/100m) L = Comprimento médio aritmético das fibras (mm) Desta forma, há uma íntima relação entre o comprimento da fibra, a quantidade de fibras em um grama de material analisado, e a espessura da parede da fibra para fazer este um grama. Da mesma maneira o coarseness pode ser demonstrado isolando a equação anterior: C = 1000 Ng x L PARADIGMAS E REFLEXÕES Para as fibras de eucalipto, onde o comprimento médio ponderado das fibras diferem muito pouco uma das outras, a espessura da parede da fibra tem papel mais importante no valor do coarseness, funcionando contrariamente ao que observam os autores dos artigos 6, 7, e 8, onde afirmam que a polpa com menor coarseness é melhor para tissue. Esta afirmação parece real quando se comparam as fibras longas ou em conjunto com as curtas, entretanto, não é valida para os papéis 100% de fibras curtas de eucalipto. Há de se levar em conta que a estrutura do papel é altamente dependente das ligações interfibras, e que nas fibras curtas estas são altamente dependentes da concentração em hemiceluloses, principalmente na parede primária. Por outro lado, a relação fração parede, onde se tem uma alta variação da largura da fibra e do diâmetro do lúmen influencia fortemente o valor de coarseness, uma vez que atua no número de fibras por grama. A avaliação a seguir provém do banco de dados de cozimentos de laboratório dos cavacos industriais de Mucuri (289 cozimentos sem retirar pontos fora de controle), mostrando as tendências das características anatômicas versus propriedades relacionadas a maciez e absorção do papel, o que nos encoraja afirmar uma posição um pouco diferente para as fibras de eucalipto, questionando as literaturas citadas (6,7, e 8). Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 29

30 Comp. da fibra mm Fibras / grama Nm/g Nm/g Vol. Esp. cm3/g cm3/g 3,0 2,6 2,2 1,8 1,4 1,0 Vol. Espec. handsheet Zero PFI x Coarseness Coarseness mg/100m 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 Vol. Específico handsheet 1500 PFI x Coarseness Coarseness mg/100m Gráfico 9 Volume específico em função do coarseness Para os eucaliptos, com o aumento do coarseness há aumento do volume específico do papel, ou menor compactação do papel. A maciez estrutural também é beneficiada com o maior volume específico, o que aumenta também a rigidez do papel. Portanto, para o eucalipto, é entendido ser melhor aumentar o coarseness das fibras quando se deseja aplicação para os papéis tissue que necessitam maciez estrutural. Madeiras mais velhas exibem maior densidade e fibras mais espessas, realmente conferindo papéis mais volumosos, absorventes e com maciez estrutural. Índice Tração Zero PFI x Coarseness Coarseness mg/100m Índice Tração 1500 PFI x Coarseness Coarseness mg/100m Gráfico 10 Índice de tração em função do coarseness Lembramos que outras propriedades não são beneficiadas como índice de tração e rugosidade (menos suave ao tato). (52) Do exposto, entendemos que a melhor fibra para tissue deverá ter maior espessura de parede para não compactar, adequado teor de hemiceluloses para adquirir resistência à tração sem comprometer a maciez estrutural. O comprimento da fibra é uma característica genética pouco herdável, portanto, este atributo pode ser buscado junto com a maior espessura da parede, pois, normalmente as fibras de eucalipto mais espessas exibem maior comprimento. 1,2 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 Comprimento da Fibra x Coarseness Coarseness mg/100m Nº Figras / grama x Coarseness y = -2,6316x + 38,071 R 2 = 0, Coarseness Gráfico 11 Comprimento das fibras e nº de fibras / grama versus coarseness O coarseness das fibras mais longas de eucalipto se correlaciona positivamente com as fibras mais compridas, sendo inversamente proporcional ao número de fibras / grama, ver gráfico 11. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 30

31 Klemm (mm/10 min) ml/min Capilaridade 1500 PFI x Coarseness Coarseness mg/100m Rugosidade Zero PFI x Coarseness Coarseness mg/100m Gráfico 12 Capilaridade e rugosidade versus coarseness Apesar de aumentar a capilaridade (maior absorção de líquidos), as fibras de maior coarseness de eucalipto apresentam maior rugosidade, o que significa diminuir sensação de suavidade superficial, ver gráfico 12. Segundo RATNIEKS e FOELKEL [5], que avaliaram 115 amostras de polpas de mercado obtidas no mercado mundial, sendo 30 destas amostras polpas de eucalipto de nível internacional, a investigação sistemática e extensiva mostrou que para muitas marcas diferentes, dentro de um tipo de polpa, existem correlações e mesmo falta de correlação de várias propriedades. Fibras com paredes mais espessas drenam mais facilmente e têm redes fibrosas mais fracas. Elas formam folhas mais volumosas, mais porosas e mais ásperas. Isto se deve ao fato das fibras terem paredes mais espessas, menor população fibrosa por massa de polpa e menor superfície para ligações interfibras. Além do mais, o coarseness de polpas químicas depende do coarseness do tipo de madeira e do rendimento da população. Para um dado tipo de madeira, o rendimento de polpação diminui o coarseness devido à remoção dos constituintes da parede fibrosa o que, por sua vez, deteriora a resistência mecânica da polpa. É de se esperar que, em celuloses de mercado, o comprimento de fibras e o rendimento na polpação e branqueamento sejam aproximadamente constantes. Fábricas baseadas em espécies de madeira com coarseness, similares, podem facilmente controlar a estabilidade desta variável. O gráfico 13 mostra a relação de coarseness com o comprimento de fibras de 115 amostras de polpas de mercado. [5] Pode-se compreender deste gráfico 13que, para um desejado comprimento de fibra, existe uma variação apreciável de coarseness, representada pela dispersão transversal dos dados em relação à curva de regressão obtida. [5] Gráfico 13 - Coarseness de 115 amostras de polpas do mercado mundial de fibras curtas e longas, de várias procedências (eucalipto, fibras curtas mistas, bambu, bagaço e coníferas) pelos processos Kraft e sulfito, como função do comprimento médio de fibras [5]. Obviamente, uma dada polpa não pode ser escolhida somente por seu coarseness e comprimento de fibra. É possível provar no laboratório que a correlação existe (Seth, 1991). Assim, é possível também a interpretação que as polpas de fibras longas de mercado analisadas possuem ampla gama desta variável, devido à elevada dispersão observada para este grupo. No Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 31

32 mesmo Gráfico, de forma relativa, isto não pode ser afirmado para fibras curtas. [5] exceção de resistência ao rasgo, as demais propriedades alteram-se de forma importante somente abaixo de viscosidades intrínsecas de 550 cm 3 /g [30]. O gráfico 15, para polpas comerciais, confirma que os fabricantes de polpa de eucalipto respeitam esta faixa e que a correlação é fraca para selecionar celuloses, pois o decréscimo de resistência mecânica dentro da faixa das polpas comerciais é muito pequeno. É interessante citar que esta correlação não identifica a variação que o teor de hemicelulose determina nas polpas não refinadas, como discutido anteriormente. [5] Gráfico 14: Coarseness de polpas de eucalipto em função do comprimento médio ponderado de fibras. [5]. Neste experimento RATINIEK & FOELKEL, contando com apenas 30 amostras de polpas de eucalipto de mercado, os autores chegam em resultados diferentes daqueles analisados com banco de dados de espécies de eucalipto na Suzano (289 amostras). A diferença básica deste tratamento foi que todas as amostras de cavacos receberam o mesmo tratamento no cozimento, para mesmo número kappa. Portanto, devido a esse experimento ser conduzido com reduzidas influências externas, pode-se concluir que o eucalipto responde com aumento de coarseness quando se aumenta o comprimento de fibras, mas, é importante salientar que há neste caso a influência da fração parede. (52) Índice de Tração e Viscosidade Intrínseca A viscosidade intrínseca de uma polpa expressa o grau de polimerização das cadeias da substância química celulose presente nesta polpa. Durante o processamento kraft é importante controlar a seletividade dos processos de polpação e branqueamento. A viscosidade, de alguma forma, ainda é um processo rápido para acessar tal informação. Na polpa, finalmente processada, o valor de viscosidade pode informar o grau de degradação polimérica que esta polpa tem. Os estudos clássicos, desta relação, indicam que a perda de resistência mecânica da polpa somente acentua-se abaixo de um determinado grau de viscosidade. Um estudo laboratorial, realizado para eucalipto, mostra que à Gráfico 15 - Resistência à tração inicial (não refinada) e refinada até 30 SR de polpas de eucalipto como função da viscosidade intrínseca. [5] Energia de refino, resistência à tração e teor de hemicelulose Talvez a mais importante propriedade de uma polpa adequada para fabricação de papéis tissue seja a resistência ao colapsamento, ou manutenção controlada da rigidez da parede fibrosa ao longo das operações de fabricação. A elevada resistência mecânica de papéis associa-se com colapsamento de fibras, invariavelmente. Na fabricação de tissue, o colapsamento na parte úmida da máquina deve ser apenas suficiente para a continuidade operacional. Qualquer excesso de colapsamento é danoso para as propriedades do produto final. Algumas polpas colapsam mesmo antes de refinar a polpa em um moinho de laboratório. O gráfico 16 informa como se desenvolve a resistência à tração em função do número de revoluções no moinho PFI. Quanto maior a energia de refino, maior a resistência da polpa em colapsar. Visto existir correlação positiva importante, entre a tração ao nível Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 32

33 não-refinado e o teor de hemicelulose, usam-se estas variáveis para demonstrar a energia de refino como variável para especificação de papéis. [5] Conclui-se que é possível associar a tração inicial de uma polpa à forma que ela refina e, portanto, o quanto resiste ao colapsamento. A definição de valores numéricos para tais variáveis que se combinem com a melhor operação de máquina de papel é ferramenta de especificação valiosa. [5] Gráfico 16 - Energia de refino expressa pelo número de revoluções no moinho laboratorial PFI, como função da resistência à tração inicial de polpas de eucalipto. [5] Como demonstrado anteriormente, a tração inicial da polpa correlaciona-se com o teor de hemicelulose. Logo, deve ter correlação com e energia de refino e, portanto com a resistência ao colapsamento. O gráfico 17 confirma a relação existente entre as variáveis mencionadas. Tal conjunto de variáveis tem relação também com o conjunto de necessidades de uma máquina tissue. [5] Gráfico 17 - Energia de refino expressa pelo número de revoluções no moinho laboratorial PFI, como função do teor de hemicelulose, pela análise de solúveis em álcali a 5%, de polpas de eucalipto. [5] Desta forma, variáveis como resistência à tração inicial, teor de hemicelulose e energia de refino são candidatas para as especificações de matérias-primas fibrosas para fabricação de tissue. Outras variáveis que se associam por correlação com tração, tais como o volume específico, também poderia ser usada. Segundo RATNIEKS existem variáveis muito fortes como candidatas para selecionar polpas de mercado, tais como a medida de rigidez flexural de fibras, mas o equipamento é pouco conhecido. [5] Na prática, o efeito do refino na absorção da folha crepada é insignificante. A tabela 9 mostra a relação do consumo de energia no refino no tempo de absorção. Para haver um benefício em termos de absorção é importante que as fibras tenham uma certa rigidez quando úmida a fim de que a estrutura não entre em colapso com a ação do umidecimento. Um colapso na estrutura geralmente é considerado ter um efeito duplo, uma vez que ele diminui a força de sucção simultaneamente ao fato de causar um encolhimento do material e aumento da fricção. Uma estrutura mais adequada é aquela feita por mais de um constituinte, vários componentes podem então ser escolhidos com referência as suas vantagens particulares. Por exemplo, a utilização de fibras rígidas de pasta mecânica para prevenir colapso da estrutura pode ser misturada com algumas fibras químicas hidrofílicas que exercerão a força principal de sucção (22). Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 33

34 A resistência do papel, que é uma de suas principais características, é condicionada por dois fatores: a resistência individual das fibras e a resistência das ligações entre elas, sendo a resistência das ligações resultante do número de ligações entre fibras, da área média destas ligações e da resistência das ligações propriamente ditas. A ligação entre as fibras é, portanto, o principal fator determinante da coesão interna do papel. Todas as interações mecânicas do papel ocorrerão através de suas ligações. Se a propriedade do papel também for influenciada pela resistência intrínseca das fibras, deve-se antever uma boa interação entre a propriedade e a densidade aparente do papel, especialmente se a resistência da fibra for modificada durante o processo de refino da celulose, porque esta redução é ocasionada pela hidratação da parede celular, TIIKKAJA, 1999; PAGE 1969; citados por MANFREDI, [66] Tabela 9 - Relação entre energia de refino e tempo de absorção obtida de uma operação industrial para produção de tissue. [3] Refino tipo 1 Refino tipo Curl Consumo de Energia (kw) Tempo de Absorção (s) 250 3, , , , , ,3 É o encanoamento da fibra e pode ser explicado como sua curvatura contínua e gradual, estando diretamente ligada com o tipo da madeira e condições operacionais, como temperatura e consistência da massa. Os analisadores ópticos calculam o índice de curl de diversas maneiras. O gráfico 18 mostra a definição do índice de curl utilizada pelo Fiber Quality Analyzer (FQA): relação entre o comprimento verdadeiro da fibra (L) e o comprimento projetado (LP). [6, 7, 16] Gráfico 18 - Definição de Curl ou Abarquillado. [6, 7, 18] As fibras encanoam quando submetidas a esforços mecânicos em alta consistência, como desagregação e refino (15 a 30%), portanto é de se esperar que o curl aumente no decorrer do processo. O conhecimento desse parâmetro é importante para a fabricação do papel, pois ele nos dá uma idéia de como será a formação do papel e o entrelaçamento da fibra. A literatura reporta que para maiores índices de curl temos [6, 10, 18]: o Maior bulk; o Maior porosidade e capacidade de absorção; o Maior alongamento úmido e encolhimento; o Menor resistência ao deságüe (melhor drenagem); o Maior índice de rasgo; o Melhor maciez. A figura 2 mostra a relação entre o Curl e o Bulk da fibra. Podemos observar que a pasta NSK tem um Curl de 21% com um Bulk (volume específico) de 3,0 cm3/g e que a pasta SSK tem um Curl de 88% com um Bulk de 7,3 cm3/g. Estes dados são um bom exemplo de, como citado anteriormente, que as fibras de maior Curl geram um papel tissue com maior Bulk. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 34

35 Figura 2 - Comparação da morfologia (Curl) da pasta Kraft nórdica de softwood (NSK) com a pasta mercerizada tratada mecanicamente (SSK), que reflete diretamente sobre o Bulk do papel. [7,15] Porém, utilizando-se fibras de maior Curl teremos um papel com menores resistências seca, úmida e à tração, o que poderia ser compensada com adição de agentes químicos ou maior refinação. Para a fabricação de papéis tissue o Curl é um parâmetro positivo, pois é possível obter um papel com maior Bulk e maciez. Hoje em dia, existem processos mecânicos para se aumentar o Curl da fibra, como, por exemplo, os sistemas de dispersão (Kneader disperger e Disc disperger) Kink É definido como a mudança brusca na curvatura da fibra. A equação mais utilizada para o seu cálculo é a de Kibblewhite [6, 7, 10]. Kibblewhite concluiu que as fibras com maior índice de kink tem mais impacto na resistência a tração e rasgo do que as que possuem menor kink. Assim como o curl, o kink é introduzido na fibra através de processos mecânicos como a mistura, bombeamento e engrossamento e pela operação em consistências mais elevadas. Figura 3 - Definição de Kink Index - Equação de Kibblewhite. [7] Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 35

36 Finos Os finos são as fibras que possuem comprimentos menores que 0.2 mm. Estas fibras reduzem a eficiência dos químicos e a drenagem, causando interferências em outras propriedades do tissue, uma vez que possuem uma grande área e carga superficial. A concentração dos finos depende da quantidade e do tipo de fibras (recicladas ou virgens), da refinação, da quantidade de refugo, da retenção e da quantidade de água branca recirculada no sistema. Os analisadores ópticos reportam dois tipos de finos durante a análise: o Finos aritmético É a quantidade de fibras analisadas que estão abaixo do limite especificado. o Finos peso-ponderado É uma estimativa da fração mássica dos finos, assumindo que o valor de coarseness é constante. Minimiza o efeito das partículas muito pequenas Diferentes polpas para a produção de tissue A escolha do tipo de fibra de polpa química ou fibra reciclada usada depende da requisição de qualidade estabelecida para o papel-base tissue e deve levar em conta propriedades importantes, tais como suavidade superficial (toque ou handfeel) e também resistência. Por exemplo, papelbase intencionado para tissue facial contém mais fibras de hardwood para aumentar a maciez, pois a suavidade é obtida, geralmente, com o uso de fibras curtas, enquanto que papéis toalha e de fins industriais, que devem possuir maior resistência, contêm mais fibras de softwood, pois a resistência é relacionada com o uso de fibra longa. Produtos de alta qualidade de fibras recicladas são confeccionados através de fibras selecionadas, enquanto que, produtos inferiores contêm polpa de fibras recicladas, provenientes do lixo doméstico [1, 4] Para se alcançar todos os atributos desejados de um produto, costuma-se explorar as características de mais de um tipo de fibra. Tomando os papéis higiênico, facial e guardanapos como exemplos, e sabendo-se que o principal atributo desejado é a maciez, que por sua vez é obtida a partir do uso da fibra curta, a tabela 10, a seguir, mostra que os produtores de papel higiênico utilizam até 100% de fibra curta (caso onde não há necessidade de se utilizar fibras longas para resistência). Já no caso do papel toalha, onde a absorção de líquidos e a resistência a úmido são os maiores atributos desejados, vemos que há a necessidade de se utilizar fibra longa para a resistência, e a pasta mecânica para a absorção. [6, 7] Tabela 10 - Receitas usuais na fabricação de papéis tissue. [6,7] Papel Fibra Curta (%) Fibra Longa (%) Pasta de alto rendimento (%) Higiênico 60 a a 40 - Toalha - 70 a a 30 Guardanapo 0 a a Facial 50 a a 50 - Em um papel toalha, pode-se substituir cerca de 30% de pasta softwood por pasta CTMP (para aumentar a absorção) ou por pasta softwood sulfito e pasta de eucalipto para redução de custos. Para guardanapos, pode-se substituir 60% de softwood por eucalipto devido à resistência à tração ser bastante elevada. Para o papel facial e higiênico, a maciez é a característica mais importante, por isto, pode-se utilizar para o primeiro, 70% de pasta de eucalipto e para o último, 100% de eucalipto [7]. Os sistemas modernos de equipamentos permitem um melhor preparo de massa e ainda uma estratificação das fibras na caixa de entrada a fim de concentrar as fibras suaves, mantendo a resistência do papel [1]. Correspondentemente, as proporções usadas de fibras primárias e recicladas dependem das requisições de qualidade. Os extremos são tissue confeccionado por 100% fibras primárias e Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 36

37 tissue confeccionado por 100% de fibras recicladas. Os produtos de melhor qualidade são feitos de fibras primárias de pura polpa química. O papel resultante é forte, absorvente e macio. [4] Polpa de Fibras Recicladas Há dois tipos principais de polpas de fibras recicladas: Selecionada, isto é, contendo principalmente fibras de polpa química (lixo de escritório), Ordinária (lixo misturado), que é constituída de jornais e revistas. Ambas são usadas na formação do tissue. Polpa selecionada de fibras recicladas (baseada em fibras de polpa química) é constituída de papéis recuperados da melhor qualidade, tal como lixo de escritório. A polpa resultante é clara na coloração, tendo uma alvura de no mínimo 80%. [4] Polpa ordinária de fibras recicladas é constituída pela coleta doméstica de papéis recuperados, os quais consistem largamente em jornais e revistas, e geralmente apresentam uma alvura de 60%. [4] Tissue foi um dos primeiros tipos de papel fabricado a partir de polpa de fibras recicladas. A primeira fábrica de polpa de fibras recicladas foi da Finlândia e começou a produção na década de setenta. [4] O uso de fibras secundárias (recicladas) normalmente acarreta o aumento de contaminações no sistema, devido a adesivos, látex, pigmentos e inorgânicos presentes nos papéis reciclados, que acabam por ocasionar furos na folha, vincos e manchas na superfície e a conseqüente contaminação no sistema de tanques, telas e feltros, com redução do tempo de vida das raspas do yankee. O uso destas fibras deve buscar preservar as características da folha em qualidade (manchas e brancura) [1]. Na última década, o uso de materiais reciclados nos processos de produção de celulose e papel tem mais que dobrado. No começo da revolução GREEN os efeitos visíveis e tangíveis dos reciclados nos produtos, como pintas, textura do papel, rigidez foram perfeitamente aceitáveis, para muitos dos consumidores. Com o passar do tempo, os consumidores tem mantido o desejo de aumentar o consumo de produtos com reciclados, entretanto, cada vez mais exigem que estes mantenham a qualidade das fibras virgens (44). Como há uma evidente diferença entre o desejo dos clientes e os custos de obtenção destes produtos, os fabricantes buscam a otimização de seus produtos, e o equilíbrio das relações vendas / benefícios: Mantendo produção com custos competitivos; Mantendo ocupação de máquinas em níveis de otimização; Buscando maior bulk e as necessidades de maciez desejadas pelo cliente; Gerenciando o aumento das fibras secundárias; Várias alternativas são estudadas buscando o equilíbrio de menores custos com os maiores benefícios em qualidade e venda, entretanto, os resultados apontam para um efeito balança, onde a melhoria de qualidade causa impacto no custo. Pode-se citar o exemplo do aumento de maciez e bulk através de técnicas de incremento de número de camadas de papéis de menor gramatura, mas isso aumenta consideravelmente os custos. Neste segmento ainda o processo TAD (through-air drying) mostra grande vantagem em qualidade, pois, não necessita prensagem da folha, mantendo-a mais espessa. Entretanto, o custo de instalação desta tecnologia é mais elevado. O uso de fibras secundárias no Brasil está em franco crescimento, onde tinha cerca de 30% de reciclagem em 1995 e crescendo para 48% em Deve-se levar em conta que esta reciclagem está na sua maior parte voltada aos produtos de embalagens, onde as fibras longas não branqueadas aparecem em cerca de 70% dos reciclados. Por outro lado, pode-se notar que as exigências de fibras recicladas mais nobres estão também crescendo, o que pode ser visto no mercado a redução de papéis higiênicos coloridos e o aumento de papéis toalha de cozinha brancos. A demanda por fibras limpas (destintadas), poderá crescer neste mercado, principalmente em pequenas fábricas, onde a qualidade deverá Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 37

38 ser a busca da sobrevivência da empresa, ou partir para produtos de baixo custo (uso de fibras pouco nobres), adotando novos usos para o produto (44). Para o papeleiro de tissue a má qualidade das fibras recicladas está intimamente relacionada com: Maior nível de contaminação, exigindo intensivos procedimentos de limpeza; Problemas de drenagens aumentados quando os feltros são contaminados por stickies ; Aumento de quebras e furos nos papéis causados por pitch ou enfraquecimento da folha; Maior teor de cinzas, causando maior rigidez no papel e mais fácil de quebrar Mistura de Bagaço de Cana-de-Açúcar e Eucalipto para Tissue O gráfico 19, mostra o desenvolvimento obtido no centro de pesquisa e desenvolvimento de tissue da Voith, para um cliente chinês. Este cliente queria utilizar o bagaço de cana-de-açúcar, devido a fatores econômicos (o bagaço custa 50% menos que as fibras softwood e hardwood), a seu baixo impacto ambiental e a disponibilidade desta matéria-prima no mercado local. Pode-se observar a receita onde se utilizou de 100% de bagaço, obteve um papel com resistência à tração muito alta, porém com maciez e espessura baixas em conseqüência do baixo Bulk. Outro problema foi que o bagaço se aderia ao cilindro Yankee. Com a utilização de um melhor crepe, diminuiu-se um pouco a resistência à tração, e aumentou-se a espessura (Bulk) e a maciez. Introduzindo 30% de hardwood (eucalipto), a resistência à tração desceu a um nível aceitável, e a espessura, o Bulk e a maciez (o mais importante) aumentaram em grande escala. Ao tentar a utilização de 20% de hardwood (eucalipto), o nível de resistência à tração desceu abaixo do nível tolerado. O Cliente ficou satisfeito com os resultados dos testes e encomendou à Voith Paper duas máquinas de tissue do tipo Crescent Former. [7] Gráfico 19 - Avaliação da espessura da folha e da tração de diferentes receitas de tissue. [7] Influência da secagem das polpas O grau de secagem de polpas talvez seja o exemplo mais dramático de diferenças de desempenho. As polpas secas e enfardadas têm teor de seco maior que 80% e as polpas nuncasecas têm teor de secos menor que 80%. Devido ao fenômeno de histerese, polpas secas têm padrões de tração iniciais menores, energia de refino maior (potencial de colapsamento de fibras menor), embora tenham o mesmo teor de hemicelulose, vistos na tabela 11. [5,31] É comum encontrarem-se no mercado polpas úmidas com características gerais excelentes, por exemplo, com elevado volume específico inicial. Geralmente estas polpas não suportam nem mesmo o bombeamento e estocagem industrial. Seu grau de colapsamento é muito intenso, Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 38

39 dispensando até a refinação. Tais polpas não geram bons resultados finais na fabricação de papéis tissue. Seu uso deve ser controlado. [5] Tabela 11 - Diferenças da mesma polpa de mercado antes e após o enfardamento. [5] Polpa nunca seca Polpa seca Drenabilidade, SR Índice de tração, N.m/g Energia líquida, kw.h/t Obs: Testes em volume específico de 1,7 cm3/g (refino industrial) conforme RATNIEKS & MORA, [5] 5.6. Espécies florestais usadas na fabricação de polpa As espécies florestais usadas na polpação Kraft podem causar diferenças que devidamente observadas podem ser especificadas com vantagem. No gráfico 20 exemplificamos o efeito de espécies em algumas polpas de mercado, usando E. globulus, E. grandis/e.saligna, híbrido urophylla/grandis, E.dunnii. [5] Gráfico 20 [5]: Efeitos de espécies florestais sobre as variáveis de especificação. SILVA et al.(1995), estudando o Programa de Qualidade da Madeira da Votorantim Celulose e Papel, em seu programa de Qualidade mostraram em 1995 uma grande variabilidade de material com relação as características tecnológicas da madeira. Dentre os materiais estudados estão o E. grandis e o E. Urophylla. No gráfico 21 apresenta-se a correlação encontrada entre a densidade básica e bulk para madeiras de E. grandis apresentadas no trabalho. Relacionam no trabalho que o bulk elevado está intimamente relacionado com a fração parede da fibra, ou seja, quanto maior a espessura da parede em relação a largura da fibra maior será a densidade da handsheet e bulk. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 39

40 Densidade da handsheet (g/cm³) (cm³/g) 2,4 2,3 2,2 2,1 2,0 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 Volume Específico - Bulk 0,480 0,500 0,520 0,540 0,560 0,580 Densidade Básica (kg/m³) Gráfico 21 Bulk em função da densidade básica da madeira E. Grandis. Da avaliação destes autores o que se tira é que os papéis mais volumosos são aqueles obtidos de madeiras mais densas, não sendo nada diferente do que se pensava há vários anos atrás. Podese citar os trabalhos industriais da empresa Riocell onde na década de 1970 a 1980 cozinhava madeiras de E. tereticornis, de elevada densidade, obtendo valores de bulk sem igualdade no mercado naquela época. Paralelamente este eucalipto exigia um consumo elevado de álcali no cozimento o que reduzia significativamente o teor de hemiceluloses, tornando-o quimicamente também mais apreciado para os consumidores de polpa para papéis tipo tissue, por reduzir forças de ligações interfibras. Determinar as propriedades da polpa e do papel são procedimentos caros e não podem ser utilizados como métodos generalizados para selecionar árvores em programas de desenvolvimento. Inúmeros estudos são conduzidos como tentativas de encontrar maneiras efetivas de predizer as propriedades das polpas de madeiras de uma forma simples, e acessível. A densidade da madeira, sempre reportada como um importante índice utilizado nos programas de produção de madeira e polpa, tem se mostrado relacionar com propriedades características da polpa e do papel, mas, para muitas características da polpa e do papel a densidade da madeira não pode ser utilizada como um instrumento de propósito preditivo de qualidade. A faixa de variação da densidade da madeira de eucalipto é larga e influencia fortemente os processos de produção de celulose, papel e suas propriedades físicas. É muito importante entender as relações entre a densidade da madeira, características das fibras e outras propriedades anatômicas que afetam a qualidade da polpa e do papel. Estudos realizados na África do Sul mostram que o E. grandis não é tão afetado pelo volume do raio ou características dos vasos, enquanto que as características das fibras são importantíssimas nestas correlações, como exemplo: espessura da parede da célula; diâmetro do lúmem; e o volume fracional da parede da célula o qual se relaciona fortemente com a densidade da madeira. As correlações são significativas ao nível de probabilidade 0,001, obtendo r 2 de 0,80 a 0,89 entre vários autores citados por MALAN, como (DU PLOOY, 1980; TAYLOR, 1973; GONIN, 1973). (47) Densidade básica da madeira (kg/m³) Gráfico 22 - Relações básicas entre densidade básica da madeira e densidade aparente do papel (MALAN 1995) Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 40

41 O que se tira deste gráfico 22 é que a densidade da madeira se relaciona inversamente com a densidade da folha de papel de laboratório (handsheet ao nível não refinado). Esta afirmação existe nas literaturas mais antigas e encontram forte argumento entre os pesquisadores, demonstrando a dificuldade de compactação das fibras de maior densidade, gerando espaços vazios entre as fibras por falta de compactação da folha de papel. O rendimento mássico para uma mesma espécie normalmente diminui com o aumento da densidade da madeira (percebido claramente na espécie grandis), mas, estas correlações não são verdadeiras quando se altera a espécie de eucalipto ou se realizam melhoramentos genéticos onde os clones dos novos indivíduos descaracterizam esta regra. Os extrativos da madeira são substâncias que interferem negativamente nos cozimentos, proporcionando queda de rendimento mássico, e, se correlacionam positivamente com a densidade da madeira, aumentando para as madeiras de mais alta densidade. O autor recomenda densidade da madeira de E. grandis ao redor de 500 kg/m 3, como um ponto ideal para se obter madeira de boa qualidade para obtenção de polpa e papel. Enfatiza que o uso da técnica de hibridação pode trazer grandes benefícios estratégicos, auxiliando na obtenção da densidade desejada aliada à uniformização de qualidade. A relação entre a densidade da folha e suas propriedades físico-mecânicas é um forte argumento para encontrar modificações nas ligações interfibras alterando propriedades como índice de tração, estouro, resistência ao ar, pois, são fortemente dependentes destas forças de ligações nas fibras curtas. Portanto, para a fabricação de papéis tipo tissue, onde se deseja colocar como benckmarking a qualidade bulk (corpo), maciez estrutural, e absorção de líquidos, a madeira de alta densidade estabelece um papel importantíssimo nestas propriedades. Por outro lado, se estas madeiras tiverem também dificuldade de cozinhar, projetam em paralelo a redução de hemiceluloses, orientando maior queda nas propriedades de ligações interfibras, levando agora a produção de papéis ainda mais volumosos, podendo-se ter a posição de benchmarking nestes produtos. Vale lembrar que, nada disto tem valor se o objetivo principal do produtor for o de obter maior lucratividade, pois, com toda a certeza alguns aspectos extremamente negativos economicamente podem ser introduzidos neste produto, levando a um custo mais caro. Portanto, a relação custo / benefício deve ser muito bem equilibrada, gerando informações para decisões acertivas à empresa que pretende permanecer no mercado competitivamente Drastificação do cozimento kraft A drastificação do cozimento kraft produz polpas com menor rendimento de cozimento. Esta estratégia tem sido propositalmente utilizada para produzir algumas polpas ECF e TCF de mercado, quando existem constrições na disponibilidade de produtos químicos, no branqueamento sem cloro. É também uma forma de diminuir o teor de hemicelulose, diminuir as resistências mecânicas, melhorar o volume específico, aumentar a necessidade de energia de refino, diminuir a colapsabilidade de fibras, enfim, gerar especificações para papéis tissue sob encomenda. Gráfico 23 - [5]: Drastificação do cozimento e as variáveis de especificação. As polpas denominadas tissue são produzidas especialmente para o mercado. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 41

42 Máquinas modernas, que procuram na polpa de eucalipto os atributos de maciez e volume específico com o mínimo de colapsamento de fibras, têm especificado valores de tração inicial na faixa de 20 N.m/g, teor de hemicelulose de 8% (expressos pelo S-5%) como mostrado no gráfico 23. [5] Outras propriedades de interesse ao papeleiro podem ser vistas na tabela 12. Constam informações da dispersão das variáveis apresentadas, evidenciando a amplitude de busca para cada variável de interesse, visto serem polpas disponíveis no mercado. [5] Tabela 12: Resumo das propriedades analisadas em 30 amostras de polpas de mercado mundial de eucalipto analisadas no período de [5] Propriedade unidade média máx min Coarseness mg/100m 6,4 7,8 5,1 Índice de tração inicial Índice de tração 30 SR Energia - PFI 30 SR Viscosidade Intrínseca N.m/g N.m/g Rev cm 3 /g Finos Kajaani % 3,9 5,4 2,6 Finos DPCJ % 10,2 13,1 6,5 Comprimento de fibras Kajaani mm 0,70 0,78 0,64 São mostrados dados de teores de finos, medidos conforme o método Kajaani FS 100, especificados como todo material com características dimensionais, menores que 0,25 mm. Publicam-se também os dados de finos conforme vaso dinâmico de drenagem, DPCJ (Dynamic Paper Chemistry Jar), especificando finos que passam na tela de 200mesh sob agitação. [5] Não foram encontradas correlações entre finos e demais variáveis que caracterizam as polpas de eucalipto de mercado. O que existe é uma certa amplitude de variação desta variável nas polpas analisadas. Não é possível avaliar neste trabalho o que esta dispersão de dados representa para a fabricação de papéis. [5] 6. Aditivos Funcionais e de Processo As condições do processo e o uso de aditivos no sistema deve preservar as características principais para um bom sistema de coating (revestimento de Crepe do Yankee). Estas condições estão definidas pelas situações que mais protegem o cilindro secador Yankee. [1] Usualmente aditivos contendo Nitrogênio com Grupos Amina preferencialmente, proporcionam uma boa formação de filme, que deve ser reumectável e renovável. Outra necessidade para o uso do aditivo é responder a mudanças ou diferenças de dosagens em adesivo ou agente release, e, ainda deve proporcionar as propriedades físicas desejadas. [1] Dentre os principais estão: 6.1. Condições da Água em Uso A condição da água que está sendo utilizada no sistema tem uma influência significativa sobre as propriedades do creping, fixação de polímeros e outros. O ph normal para o processo Tissue está situado entre 6 e 8. A acidez no sistema pode afetar a estabilidade do coating, causando a remoção do mesmo e desta forma, se utiliza trabalhar em ph acima de 7. A dureza da água é Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 42

43 outro fator importante para o controle, pois concentrações específicas do íon cálcio no sistema promovem uniformidade na aplicação. [1] 6.2. Agentes para Controle de Espuma Os produtos antiespumantes ou desespumantes, normalmente são utilizados quanto temos agentes de resistência a úmido, onde os problemas de espuma são os mais graves. O uso destes produtos deve ser controlado, pois normalmente produzem ação release ou afetam a capacidade de absorção de água. [1] 6.3. Agentes de Resistência a Seco e Úmido O uso destes aditivos resulta no aumento da dureza do filme sobre o Yankee e conseqüentemente a variação no Crepe. Qualquer variação de produto ou aplicação deste tipo de produto pode variar a qualidade do papel final. Normalmente se faz o desenvolvimento deste e de outros químicos, de forma controlada pelo processo de Creping, verificando a compatibilidade e reatividade dos produtos. [1] 6.4. Polímeros de Retenção O aumento da retenção no processo de fabricação significa um aumento da quantidade de finos sobre o papel, os quais podem se soltar sobre o coating e ocasionar um maior desgaste das raspas e equipamentos em contato. [1] A variação na retenção atinge diretamente a qualidade final do papel, logo, o controle deste processo é de grande importância. A retenção também está relacionada à matéria prima em uso (tipo de fibra) e qualquer troca de quantidade (proporção) ou fornecedor, deve ser ajustada e controlada. [1] 6.5. Suavizantes (Debonder) O agente debonder tende a evitar as reações cruzadas e interações entre as fibras, reduzindo a resistência e ainda, outra principal interferência no processo de fabricação tissue é que este produto pode produzir o "release" da folha de papel no Yankee. [1] 6.6. Agentes de Limpeza Alguns produtos de limpeza de sistemas, em telas feltros ou cilindros, podem causar a perda da qualidade do papel ou ainda da eficiência do coating. Normalmente o uso de solventes e/ou soda (NaOH) acarreta uma contaminação no sistema, aumentando a formação de contaminantes no sistema e ainda interferindo na formação do coating sobre o Yankee. [1] 7. Processo 7.1. Formação de folha e crepagem Existem poucas informações disponíveis sobre a influência do processo de produção de papel na absorção de tissue crepado ou de papel toalha. No entanto, as variáveis que têm mostrado influência na absorção do papel são: (1) orientação de fibras (2) estrutura do crepe e (3) grau de crepe. Um pronunciado grau de orientação de fibra é correlacionado com um fluxo de água anisotrópica, o fluxo mais rápido ocorre na direção paralela às fibras (direção MD). Entretanto, este efeito é usualmente muito pequeno para ser detectado em casos práticos, aparentemente, porque o efeito da estrutura do crepe é mais dominante. O efeito do crepe pode ser comparado por alguns modelos teóricos que tratam de superfícies não planas como a existência de ondulação e vales (26). Foi demonstrado que os vales agem como capilaridade, promovendo um rápido transporte do líquido. O efeito na folha é que o crepe aumenta a penetração do líquido na direção transversal às fibras (direção CD). Este fenômeno é facilmente demonstrado para todos materiais de tissue crepados, ou papel toalha simplesmente pela aplicação de uma gota de água e observando a forma da área úmida. No caso de folhas duplas ou múltiplas, o efeito é mais pronunciado, uma vez que, nesse caso, os canais são criados ao longo das ondulações de crepe facilitando o transporte do líquido na direção CD. As dimensões das ondulações do crepe podem ser alteradas por meios de variações nas técnicas de crepagem e pelas mudanças do grau de crepe, ou seja, que é, o grau de fracionar o papel após a operação de crepagem. O máximo Bulk da estrutura é alcançado com um grau de crepe em torno de 40%, e com máxima taxa de absorção correspondente. Este é um grau de crepe mais Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 43

44 elevado que o usual, e significa que na maioria dos casos práticos a taxa de absorção aumentará com o grau de crepagem Envelhecimento Como foi mencionados anteriormente, um alto umedecimento e uma alta taxa de absorção são favorecidos por uma alta energia de superfície livre das fibras. Energias de superfícies elevadas apresentam uma vida útil pequena, porque a facilidade com que as substâncias aderem a uma superfície diminuíra com a energia livre. Por esta razão, o umidecimento da polpa celulósica sempre diminuirá com o tempo. A razão pela qual o umidecimento entrará em declínio é extremamente difícil de se explicar, pois poderá variar com as condições e meios de estocagem. Esta é a razão pela qual as medidas de absorção no papel tendem a mostrar uma falha considerável. A energia de superfície, assim como o potencial de umedecimento, pode ser parcialmente restaurado através da ativação por técnicas de descarga ou plasmas de microondas (27). e uma fibra com alto teor de extrativos é estocada, os componentes de resinas, os quais apresentam baixa tensão de superfície espalhará na superfície das fibras. Esses processos, os quais são denominados de autocolagem, podem ser significativos por si mesmos se os íons de alumínio estão presentes, uma vez que são formados sabões de resina de alumínio extremamente hidrofóbicos. A presença de íons de alumínio, e também de íons de cálcio e magnésio juntamente com ácidos graxos e ácidos de resina, naturalmente ocorrentes em pasta mecânica, é prejudicial para a absorção e cria condições de colagem. Um experimento realizado em uma fábrica de papel toalha que utiliza grande proporção de pasta mecânica o tempo de absorção de água foi reduzido de 500 por 2 segundos quando o sulfato de alumínio foi trocado por hidróxido de sódio como agente facilitador de crepagem (29). A taxa de absorção de água dentro de uma folha de papel de tissue ou produto similar muda drasticamente com tratamento de aquecimento do papel, que pode ser considerado como um agente envelhecedor. Combinações de tempo e temperatura para tratamentos de envelhecimento acelerado têm sido sugeridas. Para produtos tissue a duração de 1 hora a 900 C tem sido considerada como correspondente a 3 meses de armazenamento em temperatura ambiente (21). Um método padronizado (SCAN - C 32) para polpa Fluff (28) prescreve um tratamento de aquecimento por 3 horas a 105 C Flexibilidade na Mistura da Pasta Com uma caixa de entrada de duas camadas, o eucalipto (hardwood) tem que estar do lado Yankee já que a fibra corta em contato com a superfície quente e lisa, melhorando muito a maciez. [7] Figura 4 - Melhoria no procedimento operacional para incremento da maciez. [7] A utilização de uma tecnologia de caixa de entrada multicamadas pode permitir a otimização do tipo de distribuição de fibras. As fibras que prejudicariam a suavidade da maciez, quando se utiliza uma mistura, podem ser usadas nas camadas interiores. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 44

45 Uma caixa de entrada de três camadas permite muito mais flexibilidade para operar os diferentes tipos de fibras. A figura 5 mostra um papel higiênico de uma camada fabricado com uma caixa de entrada duplex. Pode-se colocar a pasta destintada ou a pasta softwood (para aumentar a resistência à tração) na camada central e o eucalipto (para aumentar a maciez) nas camadas posteriores. [7] Figura 5 - Papel Higiênico de 1 folha com três camadas softwood, na camada central, para fornecer resistência à tração e eucalipto, nas laterais, para fornecer a maciez. [7] A figura 6 mostra um papel higiênico de duas camadas. Pode-se utilizar uma caixa de entrada de duas camadas, utilizando pasta destintada ou pasta softwood (para aumentar a resistência à tração) em um lado e pasta de eucalipto (para aumentar a maciez) em outro lado. Posteriormente, durante a transformação do papel, deve-se colocar os lados com pasta destintada ou de softwood no centro, e os lados de eucalipto (hardwood) na posição externa. [7] Figura 6 - Papel Higiênico de 2 folhas com duas camadas cada eucalipto na camada externa para fornecer a maciez e softwood na camada interna para fornecer resistência à tração. [7] 7.4. Melhoria das Características: Combinação de Eucalipto e Tecnologia de Secagem Outra consideração referente à utilização de eucalipto para fabricação de papéis tissue poderia ser a utilização de telas DSP (Dimensional Structured Papers) A figura 7, mostra a estrutura de uma tela DSP e de um papel toalha fabricado com este tipo de tela em uma máquina Crescent Former. Figura 7 - Estrutura de uma tela DSP (à esquerda) e de um papel toalha (à direita) assim confeccionado. [7] As telas DSP têm uma estrutura com espaços vazios nos quais as fibras podem entrar e onde se modela o papel. Observa-se que as telas DSP podem modelar o papel e criar poros na seção de formação, o que aumenta a absorção do papel. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 45

46 A literatura afirma que, com base em numerosos testes realizados, pode-se concluir que a utilização de uma porcentagem correta de eucalipto pode melhorar este processo. A figura 8, mostra a tecnologia da prensa sapata (TissueFlex) e o Gráfico de barras mostra o aumento do Bulk com a utilização de todas estas tecnologias. Figura 8 - Gráfico de barras mostrando o incremento do Bulk (Tissue Flex) com a utilização das tecnologias da prensa sapata (à esquerda) e da tela DSP. [7] A tecnologia da prensa sapata foi desenvolvida para comprimir menos as fibras contra o cilindro Yankee e, desta forma, aumentar o Bulk em todos os papéis tissue. Pode-se deduzir a partir do Gráfico de barras, que usando a composição correta de eucalipto com a tecnologia da prensa sapata, obtém-se um ganho de 16% no Bulk, e com a utilização da tela DSP se consegue um adicional de 5%. No total, se consegue um ganho de 21% no Bulk com a utilização de todas estas tecnologias, o que pode acarretar um ganho em absorção no papel toalha e uma melhor maciez nos papéis higiênicos, guardanapos e facial. Gráfico 24 - Possibilidades de ganho de Bulk utilizando fibras de hardwood (Gráfico à esquerda) e fibras de softwood (Gráfico à direita) com o aprimoramento da tecnologia na Secagem. [7] O primeiro gráfico 24 mostra um papel fabricado com eucalipto (hardwood), pasta não refinada, pasta pouco refinada, fibra virgem ou fibras com mais Bulk. Com estes tipos de fibras o ganho de Bulk é em torno de 15 a 20 %. O segundo Gráfico mostra um papel fabricado com pino (softwood), pasta muito refinada, destintada ou fibras com menor Bulk. Com estes tipos de fibras o ganho de Bulk é menor, entre 10 a 15 %. As inclinações das curvas são diferentes e especialmente com o uso da pasta de eucalipto, as inclinações são mais verticais em conseqüência do maior Bulk. [7] 7.5. Contaminantes no Sistema No processo de fabricação de papel, temos diferentes tipos de contaminantes que aparecem em diversas formas e condições. Estes contaminantes deveriam ser removidos do processo, quase em sua totalidade, através de equipamentos e sistemas de limpeza (Cleaners, Screeners, etc.) efetivos. Alguns contaminantes que consideramos "problemáticos", não são totalmente Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 46

47 removidos por estes processos de limpeza, que são os "Stickies" e o "Pitch". Os "Stickies" são oriundos das fibras secundárias (papel reciclado) e "Coated Broke" (papel revestido). [1] O Pitch natural e outras resinas são provenientes da madeira e conforme já comentado anteriormente, podem variar de acordo com as estações do ano e condições climáticas. A composição destes contaminantes já é bem conhecida e bem documentada. [1] Também já é de conhecimento amplo, os problemas típicos causados por estes contaminantes na qualidade do papel em forma de defeitos, depósitos em máquina, sujeiras no circuito da máquina, encabeçando os problemas de runnability/maquinabilidade e redução de produção se não tratado adequadamente. [1] A primeira etapa para o gerenciamento e controle destes contaminantes é a otimização mecânica e em sistemas de limpeza que podem remover estes contaminantes do sistema sem causar problemas. [1] Outra função dos sistemas mecânicos de limpeza é minimizar o tamanho de partícula dos contaminantes, para que possam passar pelos maquinários durante a fabricação do papel. Desta forma, poderemos mais facilmente tratar o sistema quer seja mecanicamente ou quimicamente. [1] O objetivo neste ponto seria remover ou tratar, o máximo possível, pelos sistemas mecânicos, para que daí em diante seja direcionado o foco para o tratamento da massa pelos produtos químicos, permitindo que o material em forma coloidal remanescente seja tratado e não mais interfira no processo de fabricação do papel. [1] Contribuintes para uma estabilidade coloidal dos contaminantes incluem pequeno tamanho de partícula, materiais orgânicos dissolvidos separados no processo de polpação. Surfactantes ou dispersantes ajudam a manter a estabilidade. Materiais com menor tamanho de partículas são mais facilmente estabilizados que os com partículas grandes. Dispersores mecânicos em alta temperatura e alguns tratamentos como solventes químicos, por exemplo, são usados para minimizar o tamanho das partículas e maximizar a estabilidade. Componentes dissolvidos de Pasta mecânica e polpas de TMP, Hemiceluloses semi-solúveis e ácidos orgânicos oriundos da madeira são facilmente adsorvidos na superfície coloidal dos materiais. Isto em geral, impacta em uma carga aniônica que aumenta a característica hidrofílica e ainda uma repulsão de cargas, que auxilia a dispersão e a estabilização. Outras matérias primas do tipo Papel Reciclado ou fibra branqueada não introduzem estes contaminantes. No caso destas outras fibras, podemos usar dispersantes e polímeros, naturais ou sintéticas para aumentar a estabilidade coloidal. [1] Conforme mencionado anteriormente, temos três métodos de tratamento químico que são normalmente utilizados na massa para controle de pitch e stickies nas máquinas de papel. Estes são: a estabilização, "detackificação" (redução da adesividade, tack) e a microfixação (fixação e remoção), com ação respectiva sobre os parâmetros de estabilidade coloidal, depositabilidade e quantidade. [1] A estabilização química de um stickie ou pitch, tipicamente requer o uso de surfactantes ou dispersantes ou a combinação de ambos, adicionados para se manter a estabilidade coloidal destes contaminantes na massa. Estes produtos podem proporcionar benefícios adicionais ao sistema, reduzindo a afinidade superficial do sistema da máquina. Surfactantes, para este fim, são geralmente não iônico ou aniônicos em carga e os dispersantes neste caso são fortemente aniônicos. Geralmente, este tipo de approach pode reduzir a efetividade de alguns aditivos em reter o material coloidal na folha. [1] A Detackificação busca mudar a depositabilidade de contaminantes através der uma camada superficial sobre o contaminante, que permite eliminar a pegajosidade deste, através de uma película aquosa, "encapando" o contaminante. [1] Alguns tipos de minerais absorventes podem também funcionar como detackificante, criando uma ligação física ao redor do contaminante. Ambas as formas, atuam na superfície de atração hidrofóbica do contaminante, proporcionando benefícios na redução da tendência deste a se depositar. Alguma estabilidade também pode ser obtida através do tratamento químico, por outro lado, com o tratamento mineral poderemos aumentar o tamanho da partícula, que em teoria, já demonstramos que isto pode reduzir a estabilidade coloidal dos contaminantes. [1] Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 47

48 Polímeros catiônicos são usados para complexar e reter ou fixar os contaminantes juntamente com as fibras e desta forma, removendo estas do sistema e reduzindo os contaminantes do sistema de massa. [1] Este age predominantemente sobre a natureza aniônica dos contaminantes stickies e pitch e sua habilidade de reagir com polímeros catiônicos. Esta forma de tratamento tem oferecido uma série de benefícios na remoção do "lixo" aniônico do sistema e também no controle de carga de alguns aditivos químicos que poderiam prejudicar a estabilidade deste sistema. [1] A eficiência deste tratamento varia de acordo com a composição dos polímeros, carga superficial e peso molecular. Se este polímero for adicionado ao sistema e o mesmo não apresentar boa compatibilidade, poderemos ao invés de reduzir a deposição, poderemos agravar ainda mais o problema. O mecanismo requerido atua sobre a estabilidade coloidal pós-complexação do polímero catiônico com o contaminante e este proporciona a fixação sobre a fibra. Se os complexos não estiverem fixos, podem alterar o sistema, induzindo à deposição. Alumínio, amidos e alguns coagulantes de baixo peso molecular podem neutralizar os polímeros, interferindo na ação dos polímeros, reduzindo as cargas e dificultando a fixação dos contaminantes às fibras. Quanto menor o tamanho de partícula destes contaminantes (stickies) maior será a força de fixação sobre as fibras e caso contrário, os mesmo poderiam se soltar da folha ou redepositar sobre as seções de prensa ou secagem. [1] 7.6. Monitoramentos no Processo A seguir apresenta-se um típico monitoramento de um processo de fabricação Tissue. As considerações a se fazer são: Controle da matéria-prima fibrosa Hemicelulose: Controlar os níveis de hemicelulose em massa. Branqueamento: Controlar os níveis de hemicelulose em massa e o residual de agentes oxidantes e redutores. Concentração de íons: Controlar os níveis de Cálcio e Cloro residual Relação Fibra Virgem/Secundária: Conforme dito anteriormente, o uso de fibra secundária está em crescimento, devido a vantagens econômicas e ambientais, logo, seu uso deve ser em função de manter as propriedades de qualidade estabelecidas pelo mercado Água Fresca Dureza: A dureza da água deve ser acima dos padrões na América Latina e devem seguir e ser controladas conforme as estações do ano. Concentração de íons: Verificar contaminantes típicos na água e sua interferência no processo e aditivos. Turbidez: Dependendo da origem da água (rios, lagos, etc.) em diferentes épocas do ano, poderemos ter níveis diferenciados de turbidez, o que pode significar presença de contaminantes e ainda variações nos químicos de tratamento de água que podem afetar o sistema. Oxidantes: O Cloro usado em sistemas de tratamento de água deve ser monitorado, pois seu excesso pode causar interferência nos químicos e, aditivos, reduzindo eficiência e a falta do Cloro pode causar contaminação microbiológica Aditivos Aplicação do Coating sobre o Yankee: Sabemos que o Crepado é um delicado balance de forças que mantém a folha aderida ao cilindro, as propriedades físicas da folha e a geometria e as forças mecânicas da raspa do Creping. O controle do agente adesivo e do release, bem como o sistema de aplicação (chuveiro e mistura) é de grande importância para a qualidade final do papel. Agentes de Resistência a Úmido: A falta deste produto pode reduzir a resistência do papel e seu excesso pode gerar contaminantes no sistema e ainda aumentar a dureza do coating do Yankee, alterando o Crepe. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 48

49 Fosfatos: O uso de fosfatos vem crescendo com o tempo, pois permitem a substituição do Cálcio no ajuste de dureza e uma melhor proteção ao Cilindro Yankee em aplicações do tipo MAP (Mono Fosfato de Amônio). Minerais: Minerais do tipo: Talco, Caulim e Carbonato, normalmente encontrados no sistema de fabricação Tissue, possuem superfícies ativas, que podem gerar contaminantes ou ainda promover desgaste em superfícies, por abrasão excessiva. Agentes de Retenção: Normalmente são polímeros e dependem do controle da Demanda Iônica, pois, do contrário, poderão alterar os níveis de cargas e gerar contaminantes, variações em turbidez, coating do Yankee e qualidade do papel final. Outros Aditivos: Já vimos que o uso de produtos antiespumantes, suavizantes e agentes de limpeza (solventes, surfactantes, etc.) podem interferir no processo, alterando o Creping ou gerando contaminantes no sistema Variáveis de controle ph: Conforme mencionado, devemos controlar o ph do sistema, pois a variação do mesmo pode ocasionar variação do coating do Yankee, gerar contaminantes ou ainda reagir com cargas minerais no sistema, gerando descontrole. A adição de produtos ácidos ou alcalinos para ajustes, pode gerar "choques" de ph e ainda problemas de qualidade. Temperatura: A temperatura no sistema também deve ser controlada, pois qualquer variação ou "choque" pode gerar incompatibilidades entre soluções e químicos, gerando contaminantes, reduzindo a performance dos químicos e ainda alterando o Creping. Controle do Condensado de Vapor: Sabemos que o Cilindro Yankee é um recipiente aquecido com vapor e sua função é secar a folha. Devido à alta pressão envolvida, devemos ter atenção especial e proteção. O controle na preparação do vapor e o uso de aditivos adequados pode garantir uma secagem eficiente e uniforme, evitando corrosão no sistema, e uma série de problemas de qualidade atribuídos ao desempenho do Cilindro Yankee, tais como desgaste nas laterais, coating não uniforme e perdas de vapor. Limpeza do Sistema: A aplicação de "boil-outs" e químicos, para limpeza de sistema, tem grande importância na melhoria do controle de processo, formação da folha, eficiência de prensagem, secagem e crepe, definindo a qualidade final do Papel Tissue Gerenciamento da Parte Úmida da Fabricação As condições de estocagem da polpa tais como tempo, temperatura e umidade, podem causar fenômenos de envelhecimento, pois deixa migrar extrativos hidrofóbicos para a superfície das fibras. Isto determina menor molhabilidade, interferindo na absorção de água. Em presença de alguns metais, os extrativos podem causar autocolagem. [5] O refino deve ser usado com cuidado, pois reduz a porosidade dos papéis rapidamente. Na faixa prática de refino para tissue, este efeito só é importante se for objetivo obter-se um ºSR>10. Em casos de máquinas antigas que necessitam de resistência úmida alta para satisfazer o seu andamento, torna-se crítico o compromisso entre qualidade final do papel e nível de produção atingido. Nesse caso, o uso de fibras longas refinadas tem valor para promover resistência úmida. [5] A formação, geralmente, é de menor importância para estes papéis. Entretanto, existem algumas limitações devido a variações de resistência causadas por variações de gramatura e por conseqüência de crepagem posterior. Existem formas de contornar tais fatores sem que seja necessário trabalhar a formação de folha através dos materiais fibrosos empregados. O uso de marcas de tela, ligantes em pontos localizados ou impressão de padrões, permite que as fibras fiquem ligadas entre duas áreas reforçadas. [5] É fundamental que as fibras usadas tenham um baixo grau de colapsamento a úmido, pois do contrário a folha filtra menos na máquina, as fibras empacotam mais e a folha tem menor porosidade e maciez finais, mesmo tendo um elevado volume específico inicial. Isto ocorre, principalmente com o uso de fibras nunca antes secas, que perdem facilmente suas propriedades iniciais no simples manuseio fabril (estocagem, bombeamento, agitação, desaguamento). Tais negativos podem ser suplantados pelo uso de receitas destas fibras de baixa rigidez (mais hidrofílicas), associadas com fibras mecânicas (ou de alto rendimento) em Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 49

50 pequenas quantidades, pois estas causam aspereza. Estas serviriam de suporte filtrante para fibras hidrofílicas cuja deficiência é o colapsamento. [5] Outras formas de contornar o problema de colapsamento intensivo, não desejado, podem passar pelo método de preparação das fibras durante a obtenção da polpa. A remoção controlada de hemiceluloses, obtida normalmente por drastificação das condições de cozimento, auxilia substancialmente neste sentido. Uma característica afetada por esta drastificação no processo de cozimento é o peso da fibra, diminuindo o coarseness e aumentando, por conseqüência, a população fibrosa. [5] Gerenciamento da Parte Seca da Fabricação Algumas das propriedades mais importantes do tissue são produzidas na parte seca da máquina. As três operações que afetam o produto final são: crepagem; calandragem; bobinamento. O processo de crepagem produz o volume específico, o alongamento e a maciez, acompanhandose o declínio importante da resistência à tração. A calandragem melhora a maciez superficial e diminui o volume específico, tornando o papel mais uniforme. Isto se deve ao rompimento de ligações interfibras durante a compressão e fricção com afrouxamento da rede fibrosa. O resultado é também diretamente correlacionado com a perda de resistência à tração a seco. O bobinamento deve preservar as propriedades e produzir rolos uniformes. [5] A crepagem possui dois parâmetros que interagem: a geometria de crepe e a pega sobre o cilindro yankee. A geometria da lâmina de crepe afeta as propriedades e a estrutura da folha. Em pequenos ângulos de lâmina, o crepe é fino, tornando-se mais grosso com o aumento do ângulo. Isto resulta em espessura de folha maior com o aumento do ângulo, enquanto a resistência à tração decresce. A resistência à tração decresce principalmente na direção longitudinal da máquina de papel. A lâmina de crepagem ajustável é uma ferramenta excelente para ajustar a qualidade do produto: maciez superficial versus maciez devida ao volume específico. [5] A adesão da folha sobre o yankee afeta as propriedades do papel. A adesão forte resulta em um produto com crepe fino. A adesão baixa dá um produto com crepe mais grosso e maior volume específico. A baixa adesão também resultará em melhor resistência à tração e alongamento, enquanto a adesão forte gera o oposto. [5] A calandragem melhora a maciez, mas reduz a espessura. É importante melhorar a maciez; tanto quanto possível, sem perder o perfil de espessura da folha. [5] Um papel macio, com baixa resistência e alto volume específico, deve ser bobinando cuidadosamente de modo a preservar as propriedades conseguidas na crepagem e calandragem. Outro objetivo é manter o volume específico médio tão elevado quanto possível. [5] Visando-se otimizar a maciez e encontrar o melhor compromisso entre diferentes propriedades do papel, deve-se considerar a eficiência de máquina. Uma mudança de processo que melhora a qualidade do produto quanto a sua maciez pode tornar a máquina mais difícil de manter em produção elevada. [5] Se Aceita que a crepagem é determinada por um balanço delicado entre as superfícies do secador e a lâmina crepadora. A formação de crepe uniforme é fundamental, caso contrário, ocorre variações incontroláveis no produto final, expressas pela absorção de água, espessura, resistência à tração e elongamento. [5] A adesão elevada pode causar crepe intermitente, arrancamento de fibras, geração de pó e, inclusive, quebras de folha. A adesão no cilindro yankee é determinada por uma camada orgânica fina acumulada rapidamente sobre a superfície do cilindro. Esta camada é composta de pequenos fragmentos fibrosos imersos em um filme, o que determina elevada lisura do cilindro. A camada fina é predominantemente composta por hemicelulose associadas com pequenas quantidades de lignina, celulose, extrativos e finos. Materiais, tais como resinas não são comuns em filmes normais, podendo ocorrer somente quando a adesividade é excessiva. A adesividade origina-se a partir de três fontes possíveis [5, 32, 33]: Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 50

51 água branca, cuja evaporação no cilindro forma película adesiva; fragmentos fibrosos, que aderem sobre o cilindro; transferência termoplástica de hemicelulose para a superfície do cilindro. Os fatores associados a hemicelulose podem ser quanto a sua qualidade como quanto à quantidade presente na matéria-prima fibrosa. No caso de quantidade, a ordem crescente de teores de hemicelulose no material fibroso corresponde a maior adesão, nas seguintes matérias fibrosas [5]: mecânica ~ sulfato < sulfito de alto rendimento < semiquímica. Uma correlação importante reside no teor de ácidos glicurônicos e açúcares simples. Seu teor tem correlação direta com adesão. A extração de hemicelulose, em meio alcalino, permite sua avaliação de maneira simples [32]. Outros fatores de influência sobre a adesão estão na preparação de massa. O tempo de desintegração e o refino têm efeitos distintos. A maior residência na desintegração causa menor tendência à adesão no yankee, enquanto o aumento do grau de refino determina liberação de hemiceluloses [38], liberação de finos e fibrilas, bem como flexibilização de fibras com aumento de sua área de ligação. Estes fatores do refino determinam adesividade maior. [5,34] Na fabricação do tissue, a partir de materiais fibrosos nunca secos anteriormente, a tendência de adesão no yankee é muito maior do que aqueles materiais fibrosos secos e enfardados (polpas de mercado). Acredita-se que as hemiceluloses não se rehidratam completamente na operação de desintegração industrial de fardos secos (fenômeno de histerese). A solubilidade de hemiceluloses em meio aquoso depende de [5]: ph do meio; teor de grupos ácidos nos carboidratos da polpa; teor de lignina residual da polpa; aditivos químicos presentes no meio; tipo de matéria-prima fibrosa empregada; forma de fabricação da polpa. Considera-se que o controle do teor de hemicelulose na água branca de processo tem valor, especialmente se existe registro histórico. Valores típicos estão na faixa de mg/l. Valores muito baixos associam-se com quebras freqüentes na máquina. A dureza da água também tem importância, sendo a faixa ótima situada entre mg/l, expressos como carbonato de cálcio. Tal fenômeno está associado com o fato de que a troca de íons nos grupos acídicos da polpa (celulose ou hemicelulose) determina distintos níveis de resistência mecânica. [5, 36, 37] A rigidez da fibra tem sido aceita como uma variável de influência sobre a crepagem. Um exemplo prático extremo pode ser descrito no uso de pastas termomecânicas. Elas possuem fibras rígidas, o que determina a necessidade de elevada adesão no cilindro para obter crepe comparável ao obtido com fibras convencionais (SUNDHOLM, 1980). Tais relações determinam que cada receita de matéria fibrosa deve ter conhecida a melhor relação entre a adesão folha/cilindro secador e a manutenção da coesão da folha. [5] Outros fatores governam a ação de crepagem [5,35,39]: adesão controlada por aditivos; adesão uniforme controlada pelas variáveis do sistema; regulagem da lâmina crepadora Resultados obtidos na otimização de tissues Os esforços para atingir elevada qualidade de produção de papéis tissue têm reflexos consideráveis nas percepções do consumidor final e na competitividade do produto. Muitos dos aspectos discutidos na fundamentação deste trabalho podem ser observados na figura 9, que apresenta fotografias, ao nível microscópico, pelo uso de um microscópio eletrônico de varredura, da superfície de três diferentes papéis tissue de mercado. Estes papéis foram produzidos com diferentes tecnologias, matérias-primas fibrosas e origens e possuíam uma classificação arbitrária de maciez crescente de Nas fotomicrografias 1, 2, 3, produzidas em preparações e ajustes de microscópio semelhantes, foram selecionados papéis da linha toalete, com alguns comentários relativos às qualidades e defeitos apresentados. [5] Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 51

52 Fotomicrografia 1: Fotomicrografia 2: Fotomicrografia 3: Papel higiênico brasileiro, linha popular, 1 folha. Composição fibrosa mista, Papel higiênico brasileiro, boa qualidade, 2 folhas. 100% fibras virgens de eucalipto, Papel higiênico norteamericano, boa qualidade, 1 folha. Grau de maciez = 0, Grau de maciez = 30, Grau de maciez = 70, Crepe raro e irregular, Freqüência de crepe fino regular, Elevado colapsamento e ligações interfibras. Presença de regiões com muitas ligações interfibras. Freqüência de crepe grosso elevada, Fibras superficiais soltas. Figura 9 - Fotografias de microscopia eletrônica de varredura de diferentes linhas de papéis tissue, tanto em relação à matéria-prima quanto ao processo. [5] 8. Máquina de Papel Tissue 8.1. Introdução Neste capítulo serão apresentados as funções e aspectos operacionais dos principais componentes de cada seção da máquina durante a fabricação do papel. É importante ter em mente que as máquinas tissue possuem diversas configurações, de acordo com a capacidade de produção, qualidade do papel e custos de investimento e produção envolvidos. A idéia é abordar desde os equipamentos encontrados na maioria das fábricas até as tecnologias mais recentes. Neste estudo, os equipamentos foram divididos em seções de formação, prensagem e secagem. Na seção de formação será discutida a importância da configuração da tela formadora e da caixa da entrada na qualidade do papel e no rendimento do processo. Na seção de prensagem serão discutidos os tipos e configurações de prensa. Por fim, na seção de secagem, serão apresentados o cilindro Yankee e a capota de insuflamento de ar quente. Além disso, serão discutidos os aspectos operacionais da crepagem, relação de secagem entre cilindro e capota e importância do coating Descrição geral do processo de fabricação e de máquinas A função da máquina de papel é remover a água da suspensão de fibras proveniente do circuito de preparação de massa e formar a folha de papel. Basicamente todas as máquinas possuem os mesmos princípios operacionais de desaguamento: ação de força gravitacional (conceito utilizado em máquinas com Mesa Plana), ação de força centrífuga (máquinas gap Formers), sucção, prensagem e evaporação. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 52

53 As máquinas tissue apresentam diferentes tipos de configuração de tela formadora, desde as Mesas Planas (ou Fourdrinier) até as máquinas Crescent Former e Duoformer. Também encontramos variantes na seção de prensagem, com prensas cegas até as prensas de sapata. As máquinas tissue são mecanicamente mais simples se comparadas a outros tipos de máquina de papel, principalmente pelo fato do papel tissue ser um papel de baixa gramatura. As figuras 10 e 11 mostram, respectivamente, a visão geral e um desenho esquemático de uma máquina tissue Crescent Former. Figura 10 Máquina Tissue Crescent Former Figura 11 Máquina Tissue Crescent Former O início do processo de fabricação ocorre quando o jato de suspensão de fibras proveniente da caixa de entrada atinge a tela formadora. Quando as fibras celulósicas da suspensão são depositadas sobre uma tela formadora, uma camada de fibras é consolidada e subseqüentemente uma folha é formada. Como as fibras estão retendo água, estas se apresentam inchadas, flexíveis e capazes de deformação plástica. À medida que as camadas de fibras secam, estas sofrem uma retração e ao mesmo tempo se ligam espontaneamente. É a plasticidade a úmido que possibilita ocorrerem as ligações, sendo o grau de ligação dependente do estado das superfícies das fibras. Estas ligações espontâneas, formadas basicamente por pontes de hidrogênio, constituem a essência da fabricação do papel. Sem estas ligações naturais, a folha não teria resistência suficiente. Neste momento também ocorre o desaguamento inicial por ação da força centrífuga gerada pelo movimento do rolo formador, no caso do Crescent Former, ou ação de força gravitacional, no caso da Mesa Plana. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 53

54 Após a formação, o papel segue sobre o feltro para seção de prensas. Na configuração da figura 11 a prensa é do tipo sucção e pressão, onde ocorre o desaguamento por compressão mecânica e ação do vácuo. Além de secar a folha, a prensa é responsável pela transferência do papel ao cilindro secador Yankee. O cilindro Yankee e a capota de insuflamento são responsáveis pela secagem térmica do papel. Enquanto o cilindro realiza a secagem por condução de calor, a capota realiza a secagem do papel por convecção. Após a seção de secagem térmica, o papel é destacado do cilindro pela lâmina de crepagem e segue para a enroladeira, onde é enrolado em estangas formando os rolos jumbo. Os rolos jumbo seguem para o processo de conversão, onde são cortados em rolos menores para serem comercializados. O processo de conversão além de incluir o corte dos rolos jumbo inclui a aplicação de agentes de controle microbiológico, aromatizantes e grofagem (impressão em alto relevo) do papel. Para se ter uma idéia quantitativa do processo em uma máquina Crescent Former, a suspensão alimentada à caixa de entrada possui uma consistência, que é definida pela massa de fibras em 100 gramas de suspensão, em torno de 0,15%. Após a seção de formação, espera-se uma consistência entre 10 a 12%. Para a configuração da figura 11 o teor de sólidos (em base úmida) antes da prensa de sucção e pressão é de 22% e, depois dela, 37%. Na saída do cilindro Yankee o papel possui teor de sólidos em torno de 95%, tornando-o o grande responsável pela secagem do papel Seção de Formação Configurações de telas formadoras As máquinas tissue operam com diferentes configurações de telas formadoras. A qualidade do produto final está diretamente ligada ao tipo de configuração de tela formadora, uma vez que características como formação do papel, perfil de gramatura e relação entre a resistência longitudinal e transversal (L/T) são determinadas pelo tipo do formador. Além disso, fatores como velocidade de máquina e tempo de troca de tela formadora devem ser levados em conta quando se comparam os diferentes tipos de configuração de telas formadoras. A figura 12 destaca a seção de formação de uma máquina tissue. Figura 12 Máquina Tissue Crescent Former Seção de Formação em destaque Até a década de 60 a Mesa Plana era a única opção de formador para as máquinas tissue. Nesta época surgiu a opção de Tela Inclinada como formador e em 1975 surgiu o Duoformer. Atualmente a configuração Crescent Former, que surgiu na década de 90, é a que proporciona a melhor qualidade no papel. (53) As máquinas com tecnologias mais recentes não utilizam mais os conceitos de Mesa Plana e Tela Inclinada, devido ao seu baixo desempenho se comparadas com as outras configurações. A seguir serão apresentadas as descrições das configurações mais comuns para máquinas tissue. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 54

55 Mesa Plana ou Fourdrinier Figura 13 Mesa Plana Neste tipo de formador, o desaguamento ocorre pela ação da força gravitacional e do fluxo da caixa de entrada de maneira brusca em cima do rolo cabeceira. Estima-se que cerca de 80% da água seja removida logo na entrada da mesa e o restante ao longo dos elementos desaguadores, ocorrendo de forma gradual e positiva para não afetar a formação da folha. No inicio da mesa são utilizadas caixas foil e de sucção com pequenos ângulos e bem espaçados, dando com isso uma agitação moderada nas fibras, permitindo dessa forma atingir as propriedades e qualidade de formação. Com a primeira etapa concluída, ou seja, a formação da folha já ocorrida, pode-se iniciar o desaguamento por vácuo, adotando a sistemática de aumentar o vácuo gradativamente para evitar a perda excessiva de finos e evitar outros problemas que afetem a qualidade da folha. Após a drenagem com elementos de médio e alto vácuo ocorre o desaguamento final no rolo de sucção de tela, seguindo para a seção de prensas. Atualmente este conceito não é mais utilizado em máquinas novas, devido à limitação de velocidade (1000 m/min), alta variação randômica de gramatura e dificuldades em controlar a relação entre as resistências longitudinal e transversal e em se obter uma boa formação Tela inclinada com rolo formador de sucção Figura 14 Tela Inclinada Para esse formador, o lábio superior da caixa de entrada possui sua parte frontal prolongada envolvendo o rolo formador de sucção. O fluxo de água e massa é direcionado contra este rolo Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 55

56 formador, que é constituído de duas ou três zonas de sucção recoberto por uma camisa sintética que provoca a drenagem, removendo a água por sucção e lançando-a para a calha de mesa da tela. A vantagem da Tela Inclinada em relação à Mesa Plana é o intenso desaguamento que ocorre na área do rolo de sucção. Pode-se considerar que este rolo é responsável pela formação da folha e aproximadamente 100% da drenagem da água. Nesta configuração o limite de velocidade é determinado pelo rolo formador, em torno de 1600 m/min. Outras vantagens em relação à Mesa Plana: melhor qualidade de formação, boa capacidade para ajuste da relação entre as resistências longitudinal e transversal e a possibilidade de se utilizar baixa consistência de massa na caixa de entrada. Desvantagens do sistema: alta resistência longitudinal L/T de 2 a 3; velocidade limitada pelo rolo formador e a má formação a altas velocidades devido ao intenso desaguamento inicial (55) Duoformer (Dupla tela) Após a Tela Inclinada surgiu o Duoformer. Nessa configuração o fluxo da caixa de entrada é direcionado entre duas telas, forçando o desaguamento através da tela superior. Após o desaguamento inicial por centrifugação ocorrido no rolo formador, ocorre a separação das telas, sendo necessária à transferência da folha para o feltro, operação realizada através da ação de caixas de vácuo (pick-up). As figuras 15 e 16 a seguir mostram, respectivamente, a seção de formação e a visão da máquina tissue Duoformer. Figura 15 Dupla tela/ Duoformer/ Twin Wire Figura 16 - Configuração Twin Wire com Rolo de Sucção e Pressão A pressão de desaguamento é proporcional à tensão da tela e ao raio do rolo formador. Comparado com a Tela Inclinada, o Duoformer apresenta um período de drenagem maior e pressão menor e tem vantagens como a boa formação, melhor controle do perfil transversal de Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 56

57 gramatura, possibilidade de operação em velocidades mais altas e a formação de duas faces semelhantes (menor dupla face) em papéis de alta gramatura, uma vez que a folha é formada entre duas telas. Porém, esse sistema possui um maior custo de instalação e manutenção, além da maior complexidade de operação Crescent Former A outra maior tendência de tecnologia tissue foca nas máquinas Crescent Former, as quais são baseadas na formação da folha em rolos de grande diâmetro. No passado as Crescent Formers foram usadas exclusivamente pela Kimberly Clark, mas, agora tem se tornado padrão para os papéis tissue higiênicos de baixa gramatura. O desenvolvimento desta tecnologia tem mantido atenção na fase de secagem final da máquina. Com as caixas de entrada e formadoras desenvolvendo alta velocidade, conduzem a folha com muito cuidado nas secadoras. A velocidade destas máquinas ultrapassam 2100 m/min para papéis com gramatura de 11 g/m2. A China tem desenvolvido fortemente este mercado. (56) Esse sistema é constituído por um rolo formador sólido, em que o fluxo da caixa de entrada é direcionado entre a tela formadora e o feltro, forçando o desaguamento por centrifugação através da tela (fig. 17). Na separação da tela e feltro o papel acompanha naturalmente o feltro, não necessitando do sistema pickup para transferência da folha ao feltro, o que evita problemas de transferência. Figura 17 Crescent Former Atualmente esse sistema é o mais utilizado nas máquinas tissue, pois oferece vantagens como: Boa formação o jato é rapidamente congelado entre o gap formado pelo rolo formador e a tela formadora; Economia de fibras devido à melhor formação; Melhor controle sobre a relação entre as resistências longitudinal e transversal devido ao pequeno espaço de formação e maior eficiência; Redução nas variações do perfil transversal de gramatura; Melhor desempenho da secagem devido à redução das variações do perfil de Melhor qualidade: aumento do bulk, resistência e suavidade do papel; O tempo de vida útil das telas formadoras é maior devido à ausência de elementos desaguadores na parte da tela que provocam atrito e desgaste prematuro. Com isso, os custos com manutenção e energia são menores; Redução da potência de acionamento devido à inexistência de elementos desaguadores bem como do alto atrito gerado pelas caixas de sucção; Redução das potências das bombas de vácuo pela eliminação das caixas de sucção e tubos de vácuo; Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 57

58 Aumento da vida útil do feltro devido ao aumento do comprimento e eliminação de caixas de vácuo; Melhor andamento de máquina (maquinabilidade ou runnability), pela maior estabilidade de operação e maior resistência da folha; Vantagens em relação ao Duoformer: eliminação de uma tela formadora, eliminando custos de equipamentos, manutenção e espaço. As máquinas tissue mais velozes do mundo operam com essa configuração de tela formadora. Em Março de 2004 a APP/Gold Hong Ye em Suzhou China quebrou o recorde de velocidade ao operar a 2100 m/min (57) Comparação entre as configurações de tela. A tabela 13 mostra uma comparação entre as diferentes configurações de telas formadoras. Tabela 13 Tabela comparativa entre as diferentes configurações de telas formadoras. Características Mesa Plana Tela Inclinada Tela Dupla Crescent Former Formação Regular Boa Ótima Excelente Bulk (volume específico). Regular Boa Ótimo Ótimo Gramatura Regular Boa Excelente Ótimo Resistência L/T Regular Ótima Boa Ótima Limite de velocidade (m/min) Tempo para troca de tela (h) 3 a ,5 Custo / Benefício Ruim Bom Bom Excelente Pela tabela 13 vemos que a configuração Crescent Former é a que oferece os maiores benefícios operacionais e econômicos e as razões pelas quais a Mesa Plana e Tela Inclinada não são mais utilizadas em máquinas tissue mais modernas Caixa de Entrada Além da configuração do formador, outros fatores influem na formação do papel: desenho da tela formadora, tensão da tela, matéria-prima (tipo de fibras, processo de refino), entre outros. Neste item será discutida a importância da caixa de entrada em uma máquina tissue. A função da caixa de entrada é distribuir uniformemente a massa proveniente do circuito de aproximação sobre a tela formadora, evitando a formação de flocos e garantindo assim a boa formação da folha. A figura 18 mostra o desenho esquemático de uma caixa de entrada. Figura 18 Caixa de Entrada Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 58

59 O fluxo proveniente do circuito de aproximação alimenta a caixa de entrada pelo tubo distribuidor, que distribui a suspensão em uma série de tubos de pequeno diâmetro. Esse banco de tubos de pequeno diâmetro é projetado para gerar um regime turbulento na suspensão, evitando a formação de flocos. A figura 19 mostra uma possível configuração de banco de tubos de uma caixa de entrada. Figura 19 Banco de tubos da caixa de entrada Como podemos ver na figura 19, a geometria dos tubos da entrada do banco é diferente da geometria da saída, alterando o regime de escoamento da suspensão de fibras. Esse regime deve gerar turbilhões que permitam a movimentação das fibras. Caso o turbilhão seja maior ou menor que as fibras, elas tenderão a flocular, como mostrado na figura a seguir. Figura 20 Regime de turbulência no banco de tubos da caixa de entrada Pré-requisitos de uma caixa de entrada As condições de operação e desenho das caixas de entradas têm que atender a condições cada vez mais exigentes: maiores velocidades, melhores perfis de formação, estabilidade operacional, entre outros. Sendo assim, as atuais caixas de entrada têm que atender os seguintes prérequisitos: - Suportar esforços mecânicos e térmicos; - Perfil de gramatura constante e orientação de fibras. - Distribuição uniforme na largura de pressão, fluxo e velocidades: o fluxo gerado pela caixa de entrada deve gerar um produto de boa qualidade, com perfil de gramatura transversal constante. Uma ferramenta auxiliar para a uma boa operação das caixas de entrada são os controles de perfil de gramatura, como os ajustes de manípulos (mecânicos ou manuais) e os controles automatizados, como o Module Jet da Voith. - Formação uniforme da folha com micro-turbulência e eliminação de flocos. Uma boa formação de folha traz benefícios tanto operacionais quanto econômicos. Do ponto de vista operacional uma má formação traz problemas de runnability, uma vez que os Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 59

60 pontos mais fracos terão grandes tendências a quebras. Economicamente uma boa formação permite a exploração eficaz do potencial de ligação das fibras, ou seja, para uma mesma quantidade de fibras a resistência obtida com uma boa formação é maior do que a obtida com a má formação. Com isso pode-se optar por reduzir a gramatura e conseqüentemente economizar fibras ou trabalhar com consistências mais elevadas no circuito de aproximação, economizando-se energia nos equipamentos. Além desses aspectos, a boa formação do papel leva a: - Qualidade do produto mais uniforme; - Maior facilidade para um controle de teor de seco transversal; - Melhor crepagem; - Melhor desempenho na área de conversão; - Melhor cobertura (pureza) entre as camadas nas caixas de entrada de 2 e 3 camadas Estratificação As caixas de entrada para papéis tissue podem operar com uma, duas ou três camadas, seja com a mesma linha do circuito de aproximação alimentando todas elas ou com cada camada alimentada por uma linha. O principal benefício da estratificação das camadas é a racionalização do uso das fibras e otimização do produto. A figura 21 mostra esquematicamente caixas de entrada com 2 e 3 camadas. Figura 21 Caixa de Entrada multi camadas No processo de produção de papel higiênico, uma caixa de entrada de duas camadas permite o uso de fibras curtas ou nobres em uma camada para maior suavidade (qualidade) e o uso de fibras longas, menos nobres ou recicladas na outra camada, para resistência do papel. No processo de conversão as folhas são combinadas de tal forma que as fibras longas, utilizadas para a resistência, fiquem internamente à folha dupla camada enquanto as fibras curtas, utilizadas para a maciez, fiquem na camada externa. Com isso, há um aumento na qualidade do produto pela maior maciez da folha e a racionalização do uso de fibras. A figura 22 mostra a aplicação da estratificação na racionalização de fibras e otimização de produtos com o uso de caixas multicamadas. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 60

61 Figura 22 Racionalização das fibras com caixas de entrada multicamadas A figura 23 mostra a estratificação do jato da caixa de entrada em 3 camadas (azul, branco e amarelo). Figura 24 Estratificação do jato da caixa de entrada O elemento separador das camadas é fixo, o que permite diferentes pressões nas camadas, resultando em um diferencial de velocidade entre os jatos. Também é possível um ajuste independente da abertura das camadas, permitindo o ajuste de consistência e gramatura por camada Configuração do Jato O comprimento do jato da caixa de entrada que atinge o nip formador deve ser mantido o mínimo possível, pois quanto maior o comprimento do jato, maior será a turbulência externa e o espalhamento das fibras. Para uma caixa estratificada, isso significa que as camadas irão se misturar, prejudicando a estratificação das fibras (55). Além do comprimento, o ângulo do jato influi na estratificação e formação do papel. Quanto maior o ângulo de incidência menor será a pureza do lado do rolo formador Relação de resistências A relação de velocidades entre o jato da caixa de entrada e a tela formadora é fundamental para a qualidade e o controle da relação entre a resistência longitudinal e transversal do papel. Caso a relação entre a velocidade do jato e do rolo formador seja próxima de 1 (Vjato = Vtela), teremos uma distribuição aleatória das fibras na tela (importante para o papel toalha), mas caso a Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 61

62 velocidade do jato seja diferente da velocidade da tela, as fibras tenderão a se posicionar longitudinalmente a máquina, o que proporciona uma resistência longitudinal maior que a transversal (importante para o papel higiênico). Para formadores Crescent Formers a velocidade do jato normalmente é menor que a velocidade da tela formadora, para uma maior preservação da tela. O Gráfico a seguir mostra para diferentes aberturas de lábio a variação da relação entre a resistências longitudinal e transversal variando-se a diferença de velocidades entre jato e tela (Resultados obtidos em testes piloto). Gráfico 25 - Relação L/T x diferença de velocidades entre jato e tela 8.4. Seção de Prensas Essa seção da máquina é responsável pelo desaguamento por compressão mecânica da folha. Além da compressão mecânica, bombas de vácuo são utilizadas para aumentar a eficiência da extração de água. Nas máquinas atuais, onde o conceito de feltro único é utilizado, são instaladas uma ou duas prensas contra o cilindro Yankee, dependendo da produtividade da máquina e do tipo de papel produzido. A eficiência da prensagem, ou seja, o teor de sólidos obtidos após a prensagem, está diretamente ligado com a força linear da(s) prensa(s), o comprimento do nip e o perfil de pressão hidráulica no nip. Maiores forças lineares resultam em maiores teores secos na saída da prensa (58). O Gráfico a seguir mostra a variação do teor seco (%) em função da força linear na prensa (pli) para diferentes gramaturas. Gráfico 26 Teor seco (%) x Força linear na prensa (pli) Obs: 1 pli = 0,175 kn/m Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 62

63 Do ponto de vista energético deseja-se altos valores de teor seco após a prensa, pois quanto maior o teor seco na entrada da seção de secagem, menor será o consumo de energia no cilindro Yankee e na capota. Em contrapartida, altos valores de teor seco após a prensa representam altas cargas hidráulicas e altos picos de pressão no nip, que geram uma perda significativa de qualidade, uma vez que o bulk e a maciez estrutural da folha estão diretamente relacionados com o perfil de prensagem da folha (58). Durante muitos anos as máquinas foram equipadas com duas prensas, sendo a prensa da primeira posição uma prensa de sucção e a prensa da segunda posição uma prensa com furação cega. As máquinas com duas prensas possuem maior capacidade de secagem, porém perdem em qualidade do papel. Atualmente a configuração mais usual é o rolo de sucção e pressão contra o Yankee. A utilização de apenas uma prensa permite a obtenção de um produto de maior bulk e melhor qualidade, uma vez que a folha sofre menos compressões mecânicas durante o processo de fabricação. Além do ganho de qualidade, essa configuração aumenta a vida útil do feltro, pois este sofre menos compressões, consome menos vácuo, menos energia de acionamento, requer menos manutenção e possibilita o maior abraçamento da capota. Porém, os ganhos de qualidade e manutenção são obtidos às custas de em um menor teor de sólidos após a prensa, o que representa a redução da velocidade da máquina ou maior consumo de energia na seção de secagem. Figura 25 Seção de prensas com 1 prensa Figura 26 Seção de prensas com 2 prensas Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 63

64 Prensa de sapata (Shoe Press) - Tecnologia TissueFlex Esta tecnologia é composta por uma prensa de sapata, que é instalada no lugar da prensa convencional de sucção e um rolo de sucção, que é instalado antes da prensa de sapata (figuras 27 e 28). A vantagem da prensa de sapata em relação à prensa convencional é o maior comprimento de nip e um menor reumedecimento da folha. Figura 27 Máquina Crescent Former equipada com a tecnologia TissueFlex Figura 28 Tecnologia TissueFlex Funcionamento da prensa A sapata é hidraulicamente acionada contra a manta flexível da prensa, o feltro, o papel e o cilindro. As únicas partes girantes da prensa são a manta flexível e os anéis de fixação (fig. 29). Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 64

65 Figura 29 Vista longitudinal da prensa de sapata A figura 30 mostra os pistões laterais da prensa, que são controlados independentemente para o melhor ajuste do perfil de secagem. Figura 30 Vista transversal da prensa de sapata Perfil de prensagem da prensa de sapata A prensa de sapata possui um comprimento de nip maior que uma prensa convencional, gerando um diferente perfil de pressão no nip (gráfico 27). Gráfico 27 - Perfil de pressão no nip com rolo de sucção e pressão e prensa TissueFlex Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 65

66 Comparando o perfil de pressão da prensa convencional (60 mm de comprimento de nip) com o da prensa de sapata (90 e 120 mm de nip), vemos que o perfil da prensa de sapata tem uma elevação de pressão mais suave e uma queda brusca ao final do nip. Para uma mesma força linear aplicada na prensa (90 kn/m) vemos que a sapata de 120 mm tem um pico de pressão aproximadamente 50% menor que o da prensa de 60mm. Como citado anteriormente, o bulk está diretamente relacionado com a pressão hidráulica aplicada no papel. Como a pressão máxima no nip com a prensa de sapata é 50% menor se comparado com a prensa convencional, a prensa de sapata permite ganhos significativos de bulk. Em instalações comerciais esses ganhos são da ordem de 15 a 20%, utilizando-se fibras 100% virgens. Esses ganhos são menores no caso de fibras secundárias. Além do ganho de bulk, observam-se uma melhor transferência para o cilindro Yankee, um melhor processo de crepagem e conseqüentemente uma melhor maciez superficial do papel com a utilização de prensas de sapata Rendimento da prensa de sapata O teor seco obtido após a prensa é diretamente proporcional à área abaixo das curvas de pressão. Pelo gráfico 27 vemos que o teor seco obtido com uma sapata de 120 mm é o mesmo de uma prensa convencional de 60 mm com 90 KN/m de força linear, ou seja, com uma prensa de sapata é possível obter o mesmo rendimento de uma prensa convencional produzindo um papel de maior qualidade (devido ao menor pico de pressão no nip). Com uma sapata mais curta, com 90 mm, atinge-se o mesmo pico de pressão de uma prensa convencional, ou seja, o papel produzido tem a mesma qualidade, mas como a área abaixo da curva do perfil de pressão é maior, os teores secos obtidos são maiores, possibilitando o aumento da produção ou redução do consumo de energia na seção de secagem Reumedecimento da folha Pelo fato do papel tissue ser de baixa gramatura, o reumedecimento que ocorre após a prensa é determinante no rendimento da prensagem. A geometria da sapata permite uma queda brusca da pressão após o nip, reduzindo o reumedecimento da folha (fig. 31). Figura 31 - Prensa convencional x Prensa de sapata Vantagens Econômicas da Prensa de sapata Economicamente o ganho da prensa de sapata pode ser representado por (fig.32): Para uma mesma escala de produção observa-se um ganho de qualidade do produto final (maior bulk e maciez); Para uma mesma qualidade do produto, pode-se optar pela substituição das fibras por outras de pior qualidade, como recicladas, ou ainda pela redução da gramatura; Para uma mesma qualidade, pode-se optar pelo aumento da produção, devido ao maior teor seco obtido com a sapata. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 66

67 Figura 32 - Ganhos econômicos da prensa de sapata Pela figura acima vemos que para um mesmo teor seco o bulk do papel produzido com a prensa de sapata é maior do que o produzido pela prensa convencional e que para um mesmo valor de bulk o teor seco obtido após é maior com a prensa de sapata Seção de Secagem A água remanescente após a prensagem fica retida na estrutura do papel por forças de capilaridade. Essa água só é removida pela aplicação de energia térmica, realizada pelo cilindro Yankee e pela capota de ar. O processo de secagem térmica em uma máquina tissue é feito por processos de condução e convecção de calor. O processo de condução de calor é realizado pelo contato entre a folha e a superfície aquecida do cilindro, enquanto o processo de convecção é realizado pelo ar quente insuflado pela capota de ar na superfície da folha que não está em contato com o cilindro. Após a passagem pela capota de ar o papel segue para a raspa, onde é destacado da superfície do cilindro e crepado. Da raspa, o papel segue para a enroladeira. Abaixo do cilindro secador está localizado um chuveiro de aplicação de produtos químicos, chamado chilling shower. Esse chuveiro aplica o coating, que tem a função de proporcionar uma aderência uniforme da folha sobre o cilindro e auxiliar o processo de crepagem. A figura 33 destaca a seção de secagem de uma máquina tissue. Figura 33 Máquina Tissue Crescent Former Seção de secagem térmica em destaque Nesta seção fatores como temperatura da superfície do cilindro e do ar insuflado pela capota, geometria da raspa e coating são fundamentais para uma boa performance do processo. Além disso, a capacidade do ambiente em reter água, ou seja, valores de pressão de vapor, Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 67

68 temperatura e umidade do ambiente também devem ser considerados ao se avaliar a eficiência do processo de secagem Cilindro Yankee Durante a prensagem a folha é transferida para o cilindro pelo fato de a superfície deste ser mais lisa se comparada à do feltro e também pela aplicação do coating na superfície do cilindro. O cilindro Yankee é o único cilindro secador de uma máquina tissue. Normalmente é feito de aço e possui diâmetros acima de 4 m, podendo chegar a 5,5m. Tecnicamente o Yankee é um evaporador de água na superfície externa, que é extremamente polida para dar maciez superficial ao papel, e um condensador de água na superfície interna. No interior do cilindro Yankee ocorre a injeção de vapor, com pressões variando entre 4 e 8 bar, o que representa uma temperatura da superfície externa (em contato com o papel) de aproximadamente ºC. A figura a seguir mostra o esquema de um cilindro Yankee. Figura 34 Esquema do Cilindro Yankee Eficiência do cilindro A água condensada é recolhida por sifões e reutilizada no processo. O sistema de extração de condensado funciona pelo diferencial de pressão aplicado entre a saída e entrada do cilindro, provocando, através do sifão rotativo, a saída do condensado. O fluxo de calor atravessa diferentes camadas quando segue do vapor para a folha de papel: a) Filme de condensado; b) Camisa do cilindro secador; c) Ar e sujeira entre a camisa e a folha. A camisa do secador oferece baixa resistência ao fluxo de calor se comparada à resistência imposta pelo filme de condensado que se forma no seu interior. Para uma ilustração melhor, é suficiente estabelecer uma comparação entre os coeficientes de condutividade térmica do ferro fundido e do condensado, 59 W/mK e 0,67 W/mK respectivamente. Como estes dados é possível dizer que o condensado apresenta uma resistência à condução de calor 88 vezes mais alta que a do ferro fundido, ou seja, cada milímetro de filme de condensado que se forma dentro do secador é equivalente a 88 mm de espessura da camisa do secador, tornando o controle do filme de condensado um fator de extrema importância para o rendimento térmico do sistema Camisa do cilindro Yankee Atualmente os cilindros Yankee possuem a parte interna da camisa diferenciada. A camisa do secador pode possuir a parte interna lisa (baixas velocidades) ou ranhurada. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 68

69 A camisa ranhurada possui sistemas de extração de condensado através de pequenos tubos coletores distribuídos geometricamente em toda a sua superfície interna (figura 35), enquanto a camisa lisa possui coletores laterais. Figura 35 Camisa ranhurada do cilindro Yankee A baixas rotações o filme de condensado cai, devido à ação gravitacional, formando uma cascata coletada nos coletores laterais, permitindo a transmissão de calor uniforme e eficiente. Porém, com a elevação da rotação, existe a formação de um anel de condensado, diminuindo a eficiência de transmissão do calor, tornando necessária a instalação de mais tubos coletores de condensado. Para máquinas onde se deseja produções mais elevadas, pode-se optar pela utilização dos cilindros T-Rib Yankee. O formato trapezoidal das ranhuras desses cilindros confere maior resistência à parede do Yankee (fig. 36), permitindo a utilização de forças lineares maiores na prensa (até 220 kn/m) e conseqüentemente o aumento de produção. Além da maior resistência, a maior quantidade de material promove uma melhor transferência de calor devido a maior área de troca térmica. Figura 36 Comparação das camisas dos cilindros Yankee convencional e T-Rib Capota A capota é separada em zonas úmida e seca e injeta ar quente em alta velocidade sobre a superfície da folha, secando-a por convecção de calor. As seções da capota podem fazer parte de um único circuito de ar, composto de um queimador e um recirculador, que tem a função de manter a umidade a um nível compatível, ou de circuitos independentes, o que permite uma maior flexibilidade no caso de falha de algum equipamento. A temperatura do ar é bastante importante: se for muito baixa, contribui para o resfriamento e reduz a taxa de evaporação, se for excessivamente alta, tende a endurecer a folha e a formar bolhas em sua superfície. A temperatura da maioria das capotas é limitada a 500 º C enquanto a velocidade de sopro do ar é limitada a 130 m/s. Esta limitação se deve principalmente a deformação que ocorre no material da capota quando esta é aquecida da temperatura ambiente para a temperatura de operação. A figura a seguir mostra o desenho de uma capota: Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 69

70 Figura 37 Capota Capota de Alta eficiência A capacidade de secagem dos cilindros Yankee é determinada por suas dimensões e material de construção, ou seja, quando se deseja aumentar a capacidade de secagem do sistema, ou pelo aumento da produção, ou pelo aumento da qualidade (menor teor seco na saída das prensas), a capota é que deve fornecer a energia necessária. Nas capotas convencionais o aumento de secagem é obtido pelo aumento de velocidade de sopro, uma vez que a temperatura do ar é limitada pelo material de construção da capota. Desenvolvimentos de novos materiais e novos desenhos permitiram a evolução para as capotas de alta eficiência. Estas podem atingir temperaturas de até 700ºC e velocidades de sopro de até 160 m/s, o que representa um potencial de secagem 30% maior se comparado às capotas convencionais, como mostrado na figura 38 (59). Figura 38 Comparação de parâmetros da capota Motivação para o desenvolvimento das capotas de alta eficiência A motivação para o desenvolvimento das capotas de alta eficiência eram os significativos aumentos do consumo de energia quando se aumentavam as taxas de secagem. O gráfico 28 a seguir mostra uma comparação de custos operacionais da capota em diferentes condições de processo. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 70

71 Gráfico 28 Comparativo de custos operacionais Pelo Gráfico acima vemos que o aumento da temperatura do ar da capota reduz o consumo de vapor do cilindro e energia elétrica, porém aumenta o consumo do gás que aquece o ar da capota. Esse mesmo Gráfico ainda mostra que o aumento da velocidade de sopro da capota aumenta significativamente o consumo energético do sistema. O significativo aumento do consumo de energia elétrica quando se aumentam as velocidades de sopro pode ser explicado da seguinte forma: A transferência de calor do ar para o papel é definida pela seguinte equação (60): Onde: Qar = C * A * V 0,7 * T (1) Qar Calor transferido C Constante determinada a partir do desenho da capota V Velocidade do ar T Diferença de temperatura entre ar e folha A potência do motor do ventilador pode ser definida pela seguinte equação: HP = C * V 3 (58) Onde HP C V Potência do motor Constante determinada a partir do desenho da capota Velocidade do ar A equação 1 mostra que, para uma mesma diferença de temperatura entre ar e papel, o aumento da taxa de transferência de calor do ar para o papel exige o aumento da velocidade do ar, o que, conforme a equação 2, gera um aumento no consumo de energia elevado ao cubo Influência das condições operacionais da capota na produtividade Por fim, o gráfico 29 mostra a influencia das condições operacionais da capota na produtividade da máquina. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 71

72 Gráfico 29 Condições operacionais da capota x velocidade de operação As duas primeiras colunas do Gráfico acima mostram uma queda de 12% de velocidade ao se aumentar o teor seco final do papel em 2% para as mesmas condições de capota. Com o aumento da temperatura do ar da capota de 500ºC para 700ºC observou-se um ganho de 17% de velocidade. Por fim, houve mais um acréscimo de 9% na velocidade ao se aumentar a velocidade do ar insuflado sobre a folha Coating Apesar de existir uma tendência natural para a adesão do papel no cilindro Yankee, devido aos depósitos de materiais originários do papel, como finos, hemiceluloses e aditivos químicos, existe a necessidade da aplicação de produtos sintéticos, que é realizada por um chuveiro localizado abaixo do cilindro secador (chilling shower). A adesão da folha ao cilindro Yankee é muito importante para a qualidade do produto final. Essa adesão é realizada por um conjunto de produtos aplicados sobre a superfície do cilindro secador, denominada coating, que tem a função de promover uma adesão uniforme da folha sobre a superfície do cilindro após a saída da(s) prensa(s) e um destaque uniforme da folha; maximizando a qualidade do papel através de propriedades como alongamento e espessura, sem prejudicar demasiadamente a resistência. Além disso, o coating tem a função de proteger o cilindro e raspas de desgaste e corrosão. Portanto, o objetivo principal do coating é controlar a qualidade do processo de crepagem, proporcionando uma aderência uniforme da folha no cilindro. Quanto melhor a adesão da folha contra o cilindro melhor será o processo de crepagem e conseqüentemente melhor será a qualidade do produto. Caso a adesão seja mal feita o papel sairá do cilindro antes do contato com a lâmina, gerando o chamado macro-crepe (61) Crepagem O processo de crepagem é conhecido como o processo no qual o papel sofre alterações estruturais quando é destacado do cilindro Yankee pela ação de uma lâmina pressionada contra o cilindro (fig. 39). Esse processo atribui ao papel características como suavidade, bulk e principalmente alongamento. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 72

73 Figura 39 Processo de crepagem Na saída do cilindro Yankee localiza-se a lâmina de crepagem. O crepe raspador quebra as ligações entre as fibras do papel, criando ondulações em sua estrutura superficial (direção z), alterando propriedades como absorção, bulk, alongamento, resistência e maciez, sendo as mais notáveis o ganho de alongamento e espessura e a perda de resistência. Estas ondulações são características exclusivas dos papéis tissue e são geradas pelo chanfro da lâmina raspadora e pela diferença de velocidades entre o cilindro Yankee e a enroladeira. O processo de crepagem é mensurável, ou seja, existem equipamentos que realizam a contagem do crepe. Essa contagem é feita pelo número de picos existentes em um determinado comprimento de papel. Quanto maior a contagem do crepe, maior é a variação de picos e de ondulações da superfície e, portanto, mais fino é o crepe Fatores que influenciam o crepe O sistema de crepagem possui um enorme impacto na qualidade final do papel acabado e, por essa razão, deve ser bem realizado. Neste processo existe um equilíbrio entre as forças de adesão da folha no cilindro, geradas principalmente pelo coating, as resistências mecânicas da folha e também da força aplicada pela lâmina contra o cilindro. Um bom processo de crepagem exige uma aderência boa e uniforme da folha sobre o cilindro, o que permite a produção de um papel com mais micro-crepes (um maior número de ondulações mais finas), menor rigidez, maior alongamento para um determinado fator de crepe, maior bulk e com menos geração de pó. Variações na aderência da folha contra o cilindro causam variações nas propriedades finais do papel, como bulk, resistência, etc e geram o macro-crepe. A figura a seguir (fig. 40) mostra um comparativo entre o macro-crepe, que é caracterizado pela falta de uniformidade superficial, e o micro-crepe, cuja maior uniformidade superficial é responsável pela maior maciez superficial do papel. Figura 40 Macro-crepe x Micro-crepe Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 73

74 Os principais fatores que influenciam a crepagem são a geometria da raspa, força linear do raspa sobre o cilindro Yankee, tempo de uso da lâmina e produtos químicos do coating. Além desses fatores, a qualidade das fibras e os perfis de prensagem e umidade podem influenciar na crepagem do papel. Geometricamente os ângulos da raspa e o de afiação da lâmina são os mais importantes (fig. 41), pois estes definem o ângulo de impacto do papel ao ser destacado do cilindro. Figura 41 Geometria envolvida no processo de crepagem O ângulo de chanfro do crepe raspador está diretamente ligado com o tipo de ondulação criada: quanto maior o ângulo, mais finas são as ondulações. Sabe-se que quanto mais finas as ondulações, mais fino é o crepe, menor é a espessura final e maior a suavidade superficial. Por exemplo, em uma máquina tissue é comum utilizar-se lâminas com ângulo de afiação de 18º para o papel higiênico, que requer mais maciez, 15º para o papel facial e 5º para o papel toalha Fator de crepe O fator de crepe é a diferença de velocidades entre a enroladeira e o cilindro Yankee. Os fabricantes de papel calculam esse índice de diferentes maneiras. Sendo assim, quando este índice for analisado é importante saber como ele foi calculado. Uma possível maneira de se calcular esse fator é (base Yankee): Nesse ponto da máquina é possível observar mais uma vantagem da caixa de entrada estratificada na produção de papel higiênico: A fibra curta, por suas características morfológicas, atribui ao papel uma suavidade melhor que a fibra longa. Utilizando uma caixa de entrada estratificada, essa característica é ainda mais acentuada se a fibra curta estiver em contato com a superfície do Yankee durante a secagem. Além disso, a fibra em contato com a superfície do cilindro é que está sujeita a ação da raspa. Ao se utilizar a fibra longa do lado da capota, protege-se a fibra de danos estruturais conferindo ao papel maior resistência (fig 42). Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 74

75 Figura 42 Vantagens da estratificação da caixa de entrada na crepagem Seção de secagem e crepe A relação entre a taxa de evaporação do cilindro Yankee e a taxa de evaporação da capota têm sua influência na qualidade do papel. Fazendo uma analogia entre um secador de cabelos e um ferro de passar roupas e a capota e o cilindro Yankee, respectivamente, podemos dizer que secando com o ferro de passar roupas (cilindro Yankee) obtemos mais maciez no papel, porém perdemos volume. Porém, se secarmos com o secador de cabelos (capota), nós preservamos o volume, mas não obtemos a mesma maciez que seria obtida com um ferro de passar roupas. O gráfico 30 a seguir mostra a variação do valor do Bulk (cm3/g) variando-se as taxas de secagem entre capota e cilindro. Gráfico 30 Influência relação de secagem entre Yankee e Capota no Bulk (cm3/g) No momento em que a folha é pressionada e transferida contra o cilindro ocorre a geração de vapor d água, que fica retido na trama de fibras. Assim que o contato entre a prensa e a folha deixa de existir, o vapor d água migra da trama de folhas para a interface ar-folha e atinge a atmosfera. Como citado anteriormente, a água que fica retida na folha após a prensagem está ligada às fibras por forças de capilaridade e tensão superficial. Supondo que somente o cilindro secador seja utilizado para a secagem da folha, essas forças de ligação atrairão a trama de fibras para a Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 75

76 superfície aquecida do cilindro, gerando uma secagem mais compacta da folha. Caso o ar seja utilizado para a secagem, teremos além do aumento da eficiência um diferente comportamento da trama de fibras: o ar aquecido injetado pela capota acelera a taxa de evaporação da água que está na interface folha-ar e também preenche os vazios antes ocupados pelas moléculas de água. Esses vazios são mantidos durante o processo de secagem e geram um maior volume de tramas e, conseqüentemente, do papel. A maior maciez obtida com a secagem sobre o cilindro é explicada pelo fato do contato com a superfície polida do cilindro gerar maior uniformidade superficial no papel. Apesar da importância da relação de secagem entre capota e cilindro, não existem padrões para o cálculo relação de secagem. SCHUKOV & WONZY (62) e POIRIER (63) sugerem métodos para o cálculo do calor transferido pela capota ao papel, que são basicamente balanços de energia do ar e sistema de ar fornecido a capota. Se as quantidades de calor fornecidas pela capota forem determinadas, a taxa de evaporação da capota pode ser determinada dividindo-se essa quantidade de calor pelo calor latente da água. Alternativamente, poder-se-ia pensar no cálculo da taxa de evaporação do cilindro, porém esta é mais difícil de ser determinada, pelos seguintes fatores: a) O feltro pressionado contra o cilindro secador absorve energia; b) Água de resfriamento para controle da temperatura; c) Perdas para o ambiente; d) Evaporação da água do coating. O gráfico 31 a seguir mostra a influência da contagem de crepe na suavidade superficial do papel higiênico. Gráfico 31 Suavidade (-) x Contagem de crepe (1/in) O Gráfico acima mostra claramente que quanto maior a contagem de crepe, ou seja, quanto mais fino o crepe maior é a suavidade superficial da folha. Os resultados apresentados no Gráfico a seguir (Gráfico 32) foram obtidos em testes piloto, onde se desejava saber a influência da temperatura da capota e fator de crepe na suavidade do papel e no bulk. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 76

77 Gráfico 32 Suavidade x Bulk (cm3/g) No gráfico 32 vemos claramente 2 linhas distintas: uma linha tecnológica que passa por todos os resultados obtidos com capota a 300ºC e outra linha com os resultados com capota a 450ºC. Percebe-se claramente que a linha tecnológica da capota a 300ºC está acima da de 450ºC, comprovando que quanto maior é taxa de secagem no Yankee, ou seja, menor temperatura do ar da capota, maior é a suavidade do papel. Também é possível visualizar no Gráfico que o bulk para fator de crepe 20% é maior do que para 15%, porém a suavidade superficial do papel é menor. Vale lembrar que com um fator de crepe de 20% a produtividade da máquina é maior, apesar da menor suavidade do papel. O melhor papel é o que mais se aproxima do canto direito superior do Gráfico, ou seja, que tenha o máximo de bulk e suavidade. 8.8 Enroladeira Figura 43 Enroladeira A seção da enroladeira é a última seção da máquina de papel. Nesta etapa o papel produzido é enrolado em estangas. Nesta etapa, as enroladeiras devem trabalhar visando à manutenção das propriedades físicas do papel obtidas na máquina aliadas com uma alta produtividade. O gráfico 33 mostra a influência da força linear na qualidade do papel: Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 77

78 Gráfico 33 - Bulk (cm3/g) x Força Linear na Enroladeira (kn/m) Pelo Gráfico acima vemos que quanto maior a força linear na enroladeira menor é o volume específico do papel. Portanto, é desejável manter as enroladeiras trabalhando com a menor força linear possível. É importante notar que na enroladeira não se ganha bulk, mas sim se preserva ao máximo a qualidade obtida em máquina. 9. Máquinas TAD 9.1. Introdução Nos mercados consumidores mais exigentes existe uma clara tendência para o consumo de papéis tissue de alta qualidade. Por alta qualidade entende-se um papel higiênico com alto valor de bulk e maciez e um papel toalha com alta capacidade e velocidade de absorção. A principal tecnologia disponível para atender os mercados de alta qualidade é a tecnologia TAD (Through air drying), que é basicamente um processo onde a prensagem é eliminada e substituída por um sistema que sopra ar quente através da folha, preservando sua estrutura e conseqüentemente suas qualidades. Além da eliminação das prensas, a tecnologia TAD difere das tecnologias convencionais pela utilização de telas estruturadas, as chamadas telas TAD, que formam copinhos na estrutura do papel, e pela secagem do papel por penetração de ar quente ao invés de secagem por contato direto ou convecção, melhorando propriedades físicas como capacidade de absorção e bulk. A Química papeleira é uma das principais chaves que suporta as diferenças tecnológicas nas vendas tissue. A tecnologia de recobrimento Yankee continua a se desenvolver para suportar a competição no segmento premium tissue. Para a tecnologia TAD, os pacotes de multicomponentes incrementam alta adesão no crepe. Os compostos individuais de coating TAD, incluindo adesivos e modificadores auxiliam na manipulação da dureza no coating, adesão, e durabilidade, e buscam maximizar as propriedades de qualidade da folha tais como a maciez estrutural. O processo TAD requer diferentes tratamentos quando se compara ao processo convencional de crepagem, necessitando de acompanhamento das empresas fornecedoras de produtos químicos, as quais devem pensar diferente do sistema convencional. A habilidade para integrar boa formação, alta resistência, boa drenagem na parte úmida é crítica para o desenvolvimento dos aditivos buscando eficiência e eficácia. A diferença entre os formadores convencionais Yankee e a nova tecnologia TAD exigem desenvolvimento totalmente diferenciados. (64) Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 78

79 9.2. Máquina TAD A figura 44 mostra esquematicamente uma máquina TAD Figura 44 Máquina tissue TAD A máquina TAD é basicamente uma máquina dupla tela com diversos elementos desaguadores na seção de formação e sem seção de prensagem. A prensagem mecânica é substituída por um sistema, composto por uma capota de ar e o cilindro TAD, que sopra ar quente através da folha. Após a passagem pelo cilindro TAD, o papel segue para o cilindro Yankee como nas máquinas convencionais. A seção de formação é similar à máquina convencional dupla tela, porém caixas de vácuo são utilizadas para controle do teor seco e em algumas configurações também são utilizadas caixas de vapor (fig. 45). Figura 45 Seção de formação da máquina TAD Após a passagem pelas caixas de vácuo (fig. 45), o papel é transportado pela tela formadora inferior e transferido para uma 3º tela (fig. 46), chamada tela TAD, com o auxílio de uma caixa de vácuo (pick-up). Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 79

80 Figura 46 Secagem por passagem de ar quente em uma máquina TAD Após a caixa de transferência o papel é estruturado na Wet Shaping Box ou Molding Box (fig. 46 e 47) com a utilização de vácuo. Figura 47 Estruturação da folha. A estrutura da tela TAD é uma das responsáveis pela diferença de qualidade do papel. Os copinhos formados pela tela, ou seja, a estruturação tri-dimensional do papel, são os responsáveis pelo ganho de capacidade de absorção e bulk. A figura a seguir mostra uma folha estruturada. Figura 48 Folha estruturada - Tela Estruturada Papel Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 80

81 Após a estruturação da folha na Wet Shaping Box, ocorre a secagem por passagem de ar quente, originário das capotas que envolvem o cilindro TAD (fig. 40). Este cilindro recolhe o ar quente e o recircula no sistema. Pela figura 49 também é possível ter uma idéia das dimensões do cilindro TAD. Figura 49 Cilindro TAD Após a saída do cilindro TAD a folha é transferida para o cilindro Yankee com o auxilio de um rolo de pressão para secagem final. Nesta etapa ocorre uma outra grande vantagem da tecnologia TAD: durante a transferência para o cilindro Yankee, somente a parte superior do papel é pressionada contra o cilindro, ou seja, a tela protege as fibras que estão nos vales da sua estrutura. As fibras que estão nos vales da tela, aproximadamente 75% do total da folha, não sofrem nenhuma prensagem durante todo o processo de fabricação do papel, preservado suas qualidades (fig. 50). Figura 50 Transferência para o cilindro Yankee no processo TAD. Após a secagem final no cilindro Yankee o papel segue para a enroladeira. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 81

82 9.3. Consumo energético no processo TAD Uma grande desvantagem desse sistema é a energia necessária para se evaporar água utilizando ar quente ao invés de prensas. Para se ter uma idéia quantitativa do processo, a folha entra no cilindro TAD com cerca de 25% de teor seco, ou 3 kg água por kg de fibra, enquanto em uma máquina convencional o teor seco de entrada no cilindro Yankee é de cerca de 40%, ou 1,5 Kg água/ Kg fibra, ou seja, os volumes de água a serem evaporados por energia térmica, que é mais cara, em um processo TAD são muito superiores a se comparados a uma máquina convencional (65). A tabela a seguir mostra um comparativo entre a tecnologia TAD e a convencional (com prensagem mecânica). Tabela 14 Tecnologia convencional x tecnologia TAD Descrição Unidade Convencional TAD Vacuo m 3 /h Potencia de Acionamento KW Gas Yankee TAD Caldeira MW 6 3 MW Não 20 MW 8 8 Potência Inst. Total MW 6,5 13 Investimento Aprox. somente máquina US$ 6 milhões 15 milhões Pela Tabela 14 vemos que a potência instalada necessária para o processo TAD é significativamente maior que no processo convencional. As maiores diferenças estão no consumo de vácuo, gás e potência de acionamentos. Apesar do alto consumo energético e investimento inicial, alguns fabricantes optam pela tecnologia TAD pelo menor consumo de fibras neste processo e pela valorização do produto final, uma vez que o alto valor de bulk obtido neste processo permite a redução da gramatura do papel sem prejuízos à qualidade. Dependendo do preço das fibras, o custo com matéria-prima chega a 85% do custo de produção (6) Qualidade do papel TAD A principal diferença de um papel produzido por uma máquina TAD e uma máquina convencional é a eliminação da prensagem e a preservação da estrutura da folha. Na máquina TAD o papel é estruturado durante o processo de fabricação, enquanto em uma máquina convencional o papel é estruturado (grofado) somente no processo de conversão. Apesar de os produtos finais serem muito semelhantes, as diferenças de qualidade são indiscutíveis. No caso do papel toalha a capacidade de absorção de um produto TAD pode chegar ao dobro de um produto convencional (gráfico 34) e no caso do higiênico (gráfico 35) os maiores valores de bulk são convertidos em maciez através da calandragem. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 82

83 Gráfico 34 Absorção de papéis toalha produzidos com diferentes tecnologias. Papel Toalha Gráfico 35 Bulk de papéis higiênicos produzidos com diferentes tecnologias. Papel Higiênico As máquinas convencionais são as que possuem recursos como Crescent Former, prensa de sapata, capota de alta eficiência, ou seja, os recursos que permitem ganhos de qualidade. Os Gráficos acima mostram claramente a melhor qualidade do papel produzido com a tecnologia TAD. A absorção do papel toalha chega a ser aproximadamente 2 vezes maior enquanto o bulk do papel higiênico chega a ser 50% maior. Antena Tecnológica: Tissue Paper Relatório Técnico - P&D- 306/05 83