Celulose Papel

 Índice  Introdução A produção de papel tem uma história comprida que remota ao Egipto antigo até aos dias de hoje. Depois de milhares de anos em que a produção de papel se processou de forma artesanal, foi no final século dezanove que se desenvolveu a primeira máquina de papel e se iniciou a produção à escala industrial. Sendo inicialmente produzido exclusivamente para uso em impressão e escrita, o papel tem hoje muitas e variadas aplicações. Embora o ramo papeleiro tenha evoluído numa indústria complexa com capacidade de produzir uma larga variedade de produtos por muitos e diversos processos, a verdade é que persiste uma similitude subjacente a todos os papéis e cartões no aspecto do respectivo fabrico. Independentemente da forma do produto final, certas operações ou processos têm de ser levados a cabo sobre as matérias-primas para transformar no artigo desejado. Estas operações básicas são comuns a todos os produtos, ligeiramente modificadas, todavia, em ordem a dar origem a pequenas ou grandes diferenças no produto final. Para além disso, todos os produtos papeleiros derivam praticamente das mesmas matérias-primas: as fibras de celulose que se encontram, nomeadamente nas árvores.  História do Papel Evolução Desde sempre, o Homem teve necessidade de arquivar e transmitir informação, começando por fazê-lo nos mais diversos suportes - barro, papiro, pergaminho - até chegar ao papel que ainda hoje, apesar dos progressos da electrónica e da informática, se mantém como a base fundamental da fixação do conhecimento humano. O papel foi criado na China em 105 DC A primeira pasta de papel foi feita nesse país, no ano 105 DC, por Tsai-Lun, um ministro da corte Imperial Chinesa. Esta pasta de papel, feita a partir de fibras de amoreira e bambu, era batida num almofariz de pedra, utilizando-se um martelo de madeira. Foi posteriormente introduzido neste processo de fabricação uma teia, sobre a qual se depositavam as fibras, obtendo-se assim um papel mais regular. Nos Sec III e IV o papel passou também a fabricar-se com fibras de cânhamo. Em 751DC o papel chega à Índia e pouco tempo depois ao Ocidente Durante vários séculos o segredo do seu fabrico manteve-se apenas na Ásia, e só no ano de 610 DC esta descoberta é levada para o Japão. Em 751 o papel chega à Índia e em seguida é introduzido no Ocidente. Samarakanda passou a ser um importante centro de comércio de papel, embora a indústria só tenha chegado à cidade depois do Sec.VIII. Bagdad e Damasco foram, nesta época, outros importantes centros de produção. Chegou à Europa através dos Árabes Nesta época, o papel chegava ao Ocidente através dos Árabes, que faziam o seu transporte pelo deserto, em caravanas. Estas longas viagens tornavam, naturalmente, o papel muito caro para os Europeus. Os manuscritos de papel mais antigos da Europa, pertencem à Abadia de Silos, em Burgos, e datam de 1036. Os primeiros moinhos de papel da Europa foram criados por judeus, em Jativa, nos arredores de Valência, no ano de 1144. Aqui era produzido um papel de excelente qualidade que despertou, na época, a atenção de todo o mundo. Este papel chegou a ser exportado para todo o Ocidente e mesmo para o Oriente. 150 anos mais tarde a produção de papel chegava também a Itália. Depois de Espanha e Itália, um pouco por toda a Europa, começaram a surgir as primeiras fábricas de papel: França em 1348, Áustria em 1356, Suíça em 1380, Alemanha em 1390, Portugal em 1411 , e em Inglaterra cerca de meio século depois A utilização do trapo, como matéria prima para a produção do papel, veio tornar o papel europeu mais barato. Até então, várias eram as substâncias que entravam na confecção do papel, desde as fibras de bambu e amoreira, às fibras do linho e cânhamo, papiro, palmeira etc.. Os Japoneses introduziram algumas modificações no fabrico, e mais tarde o trapo passou a ser utilizado como principal matéria prima. Com a utilização do trapo no fabrico do papel, a produção passou a ser significativamente mais barata, passando a Europa a ser auto-suficiente e uma potência exportadora. A importância crescente da industria do papel Por ter um preço demasiado elevado e por ser visto, na época, como um produto pouco durável, o papel foi, durante os primeiros tempos, preterido em relação ao pergaminho. Apesar disso, esta industria crescia, de dia para dia, e o seu consumo aumentava, reconhecendo-se cada vez mais o valor do papel como meio transmissor de cultura, especialmente depois da descoberta da imprensa por Gutenberg, o que permitiu alargar o alcance e a divulgação dos papéis escritos. A madeira como matéria prima para a indústria do papel A crescente procura de papel fez com que se começassem a procurar fontes de alimentação alternativas e, após longos anos de experiências, chegou-se à utilização da madeira como matéria prima para a indústria do papel. Após mais de 150 anos de contínua investigação e desenvolvimento, a madeira é actualmente a matéria prima dominante para a produção de papel, na maior parte do mundo. Apesar de outras fibras de plantas serem utilizadas, a fibra da madeira é vista como a mais adequada para a elaboração de papel, nas melhores condições. A indústria do papel encontra na madeira uma fonte natural e renovável, vantagem importante a que poucas indústrias têm acesso. O Papel em Portugal Quando se fala da história do papel, em Portugal, há que distinguir dois aspectos importantes: o seu uso e o seu fabrico. Apesar de já no tempo de D.Afonso III o papel ter sido utilizado em Portugal, o seu uso apenas se tornou frequente no reinado de D.Diniz. Documento mais antigo de Portugal datado de 1288 De acordo com o investigador João Pedro Ribeiro , o documento mais antigo de papel encontrado, no nosso país, foi um original das Inquirições de D.Dinis relativas aos Julgados de Linhares, Penha Garcia e Aranhas, datada de 1288. Primeira fábrica de papel, em Leiria, no ano de 1411 O fabrico de papel em Portugal foi iniciado em Leiria, num moinho de papel situado na margem do rio Liz, a 29 de Abril de 1411, tendo-se mantido esse local como o único produtor de papel do Reino, durante todo o Sec. XV e parte do XVI. Portugal foi pioneiro na investigação e utilização de fibras de madeira para produzir papel. Foi no início do Sec. XIX, na fábrica de Vizela que se fez, pela primeira vez, a experiência da fabricação de papel com pasta de madeira. Contudo esta prática só se generalizou após a Exposição Universal de Paris, em 1866.  A Floresta O homem necessita da Floresta para se abastecer de madeira para construção, mobiliário, aquecimento e manufactura de produtos de papel que são utilizados para diversos fins, nomeadamente impressão e escrita, embalagem e higiene. As florestas são também necessárias para garantia de ecosistemas, biodiversidade e bem estar das populações. Como matéria prima a madeira é um recurso natural e sempre renovável e, os produtos resultantes da sua transformação têm características únicas de utilização, recuperação e reciclagem. As florestas não são apenas uma fonte de abastecimento de madeira. É importante reconhecer que as florestas são um bem de valor incalculável para as comunidades humanas, na medida em que são utilizadas para fins recreativos e que integram uma grande diversidade de animais e de plantas que têm que ser preservados, o que se consegue recorrendo a técnicas e métodos de silvicultura como suporte de adequados sistemas de gestão florestal. Estudos feitos por técnicos e cientistas, ao longo de vários anos, demonstraram que a produção de celulose e papel é inviável a partir da madeira de florestas nativas e, comprovaram que, papéis feitos a partir de florestas plantadas de eucaliptos e pinus resultam em produtos com alta qualidade e produtividade. Muitas fábricas de celulose e papel administram as suas próprias florestas, isto é, trabalham com o conceito de floresta sustentável, seguindo as orientações delineadas na Conferência de Helsínquia de 1993: “…gestão e utilização das florestas e dos terrenos florestados que, utilizando a técnica florestal, seja capaz de manter globalmente a biodiversidade, a sua produtividade, a sua capacidade de regeneração, a sua viabilidade e a sua capacidade de satisfazer, actualmente e no futuro as funções ecológicas, económicas e sociais pertinentes e que tenha em conta as repercussões potenciais das mudanças climáticas sobre os ecosistemas florestais.”  Celulose Este capitulo pretende dar algumas noções sobre a celulose, suas fontes, tipos de fibras e processos de obtenção que, deverão contribuir para solidificar o conhecimento sobre o assunto. Fontes de Celulose - Tipos de Fibra A celulose é um composto natural existente nos vegetais, de onde é extraída, podendo ser encontrada nas raízes, tronco, folhas, frutos e sementes. É um dos principais componentes das células vegetais que, por terem forma alongada e de pequeno diâmetro (finas), são frequentemente chamadas “fibras”. Os outros componentes encontrados, entre os principais, são a lignina e hemiceluloses. A preparação da pasta celulósica para papéis ou outros fins (pasta solúvel para a produção de celofane, rayon etc.) consiste na separação das fibras dos demais componentes constituintes do organismo vegetal, em particular a lignina que atua como um cimento, ligando as células entre si e que proporciona rigidez à madeira. A quase totalidade das pastas de celulose é obtida a partir da madeira, sendo uma pequena parte derivada de outras fontes como sisal, linho, algodão, bambu, bagaço da cana etc. No algodão, a celulose está na forma praticamente pura (99%). Existem, portanto, muitas fontes diferentes e processos distintos de preparação de pastas celulósicas produzindo, consequentemente, pastas com características diversas. Alguns tipos de madeira como pinho, araucária, abeto etc., possuem fibras longas (3 a 5 mm), enquanto que as do eucalipto, álamo, carvalho etc., possuem fibras mais curtas e finas (0,8 a 1,2 mm). As madeiras integrantes do primeiro grupo são denominadas coníferas ou softwood (madeira macia), enquanto que as do segundo, são conhecidas por folhosas ou hardwood (madeira dura). Existe ainda um terceiro grupo de celulose cujas fibras não são obtidas da madeira, como no caso do: algodão (semente) ou linho, juta, kenaf, cânhamo, rami, crotalária etc. (caule) ou ainda sisal, fórmio, pita etc. (Folhas). As fibras extraídas desses vegetais são muito longas e por isso mesmo denominadas “fibras têxteis”, amplamente utilizadas na indústria de tecelagem. Ainda dentro deste grupo, porém com fibras de menor comprimento, temos o bambu e o bagaço de cana. Fibras Longas - Coníferas pinho araucária abeto cipreste abetos vermelhos (spruce) Fibras Curtas - Folhosas eucalipto álamo carvalho gmelina bétula Fibras Muito Longas - Têxteis algodão linho juta kenaf cânhamo Rami Crotalária Sisal Fórmio Processos de Preparação Existem muitos métodos diferentes para a preparação de pasta celulósica, desde os puramente mecânicos até aos químicos, nos quais a madeira é tratada com produtos químicos, sob pressão e acção de calor (temperaturas maiores que 150° C), para dissolver a lignina, havendo inúmeras variações entre os dois extremos. Processo Mecânico - MP Toros de madeira, neste caso preferencialmente coníferas, são prensados em húmido, contra um rolo giratório cuja superfície é coberta por um material abrasivo, reduzindo-as a uma pasta fibrosa denominada “pasta mecânica” (groundwood), alcançando um rendimento que varia de 93 a 98 %. Neste processo não ocorre uma separação completa das fibras dos demais constituintes do vegetal, obtendo-se então uma pasta barata cuja aplicação é limitada, pois o papel produzido com ela tende a escurecer com certa rapidez, mesmo depois de passar pela etapa de branqueamento, devido a oxidação da lignina residual. A pasta mecânica pura ou em composição com outra, é muito usada para a fabricação de papel para jornal, revistas, embrulhos etc. Processo Termomecânico - TMP A madeira, sob forma de cavacos, sofre um aquecimento com vapor (em torno de 140° C) provocando na madeira e na lignina uma transição do estado rígido para um estado plástico, seguindo para o processo de desfibramento em refinador de disco. A pasta obtida desta forma tem um rendimento um pouco menor do que no processo mecânico (92 a 95 %), mas resulta em celulose para a produção de papéis de melhor qualidade, pois proporciona maior resistência mecânica e melhor imprimabilidade, entre outras características. Processo Semiquímico Neste caso, acrescentam-se produtos químicos em baixas porcentagens, para facilitar ainda mais a desfibragem, sem contudo reduzir demasiadamente o rendimento (60 a 90 %). O mais comum desses processos é conhecido na Europa com a sigla NSSC (neutral sulphite semi chemical). Porém, vem ganhando muito interesse um tipo de pasta derivado da TMP, onde um pré-tratamento com sulfito de sódio ou álcali é feito antes da desfibragem, no refinador a disco. Esta pasta é denominada pasta quimiotermomecânica - CTMP. Processo Químico – Kraft A madeira, sob forma de cavacos, é tratada em vasos de pressão, denominados digestores, com soda caustica e sulfureto de sódio. É um processo químico que visa dissolver a lignina, preservando a resistência das fibras, obtendo-se dessa maneira uma pasta forte (kraft significa forte em alemão), com rendimento entre 50 a 60 %. É muito empregada para a produção de papéis cuja resistência seja o principal factor, como para sacos para cimento, etc. Processo Químico – Sulfito É um processo onde os cavacos são cozidos em digestores com um licor ácido, preparado com compostos de enxofre (SO2) e uma base Ca(OH)2, NaOH, NH4OH etc. A pasta obtida desta maneira tem um rendimento entre 40 e 60 % e é de branqueamento muito fácil, apresentando uma coloração clara que permite o seu uso mesmo sem ser branqueada. Este processo, que era muito utilizado para a confecção de papéis para imprimir e escrever, tem sido substituído pelo processo sulfato (principalmente após a introdução do dióxido de cloro no branqueamento), devido a dificuldade de regeneração dos produtos químicos e os consequentes problemas com a poluição das águas. Processo Químico – Sulfato Utilizam-se os mesmos produtos químicos do processo kraft, mas as condições são mais fortes, isto é, emprega-se maior quantidade de sulfureto e de soda, além do cozimento ser feito por mais tempo e com temperaturas mais elevadas. É o processo mais usado mundialmente e presta-se muito bem para a obtenção de pastas químicas com eucalipto, ou outras hardwood. Isso porque preserva a resistência das fibras e dissolve bem a lignina, formando uma pasta branqueável e forte. As celulose (ou pastas de celulose) obtidas por esse processo não apresentam nenhuma restrição ao uso. Branqueamento Pode-se considerar o branqueamento como sendo uma continuação da deslignificação iniciada no cozimento, utilizando-se para isso o cloro e seus compostos (hipoclorito e dióxido de cloro) e, ainda, a soda caustica. Normalmente, o branqueamento começa com um tratamento da pasta com cloro, seguido por uma extracção alcalina com soda caustica, sendo aplicado, depois disso, uma série de combinações ou sequências em que se alternam o dióxido de cloro, o hipoclorito e a soda caustica. Já se encontra bem desenvolvida uma técnica de branqueamento em que se emprega oxigénio. Mas, nesse caso, visa-se também o combate à poluição causada pelos produtos derivados do cloro. Branqueia-se para obter uma celulose mais estável (que não se altere com o tempo), que permita um tingimento controlado, mas principalmente para se obter um papel branco com as vantagens que ele traz para a impressão. Fluxograma da Obtenção de Celulose Para se ter uma visão generalizada da produção de celulose, apresentamos um esquema simplificado da sua fabricação, baseado no processo ao sulfato, por ser o mais empregado actualmente. Este esquema mostra as operações básicas, podendo eventualmente haver algumas derivações, dependendo das particularidades de cada indústria. As etapas apresentadas a seguir referem-se ao processo contínuo, contudo as mesmas operações podem ser aplicadas a um processamento por meio de lotes (batch). Preparação da Madeira A obtenção de fibras de madeira para papel inicia-se pela preparação da madeira. Esta, é descascada, destroçada, classificada e armazenada em grandes pilhas ao ar livre. A madeira dos toros é descarregada mecanicamente e levada a uma estação de descasque, normalmente constituída por descascadores rotativos. Daí, já limpa, é alimentada ao destroçador onde sai reduzida “aparas”, “cavacos” ou “estilhas”, como é chamada a madeira picada/cortada/destroçada. As aparas produzidas são divididas e classificadas por crivo oscilante. Sistemas pneumáticos permitem o envio dos cavacos directamente para os silos dos digestores e para o armazenamento exterior. A preparação da madeira é feita para facilitar a dosagem da madeira no digestor e possibilitar uma impregnação mais abrangente dos produtos químicos de cozimento, sendo necessário, desta forma, que tenham dimensões limitadas e uniformes. Alimentação do Digestor É geralmente feita por meio de um transportador que eleva o material até o alimentador, regulando o fluxo de cavacos e dos químicos de cozimento, desempenhando o papel de pressurizador e pré-impregnador dos químicos, introduzindo o material no topo do digestor (processo contínuo). No caso de cozimento em batch, o alimentador simplesmente lança o material no digestor até o limite especificado para o cozimento. Cozimento Consiste em manter o material aquecido sob pressão e em contacto com os químicos, por um período necessário para que a reacção com os cavacos se complete. Nos digestores contínuos, mais comuns, o material entra pelo topo e sai por meio da válvula de descarga (extremidade oposta). O tempo de permanência é regulado de acordo com o material e os químicos empregados. Em se tratando de digestores por batch, o processo é semelhante. Entretanto, este equipamento é carregado e descarregado a cada ciclo (cozimento em lote). Lavagem e Depuração Antes da lavagem, ou seja, na descarga do digestor, os cavacos podem ser tratados da seguinte forma: são lançados num tanque, onde a queda de pressão violenta provoca a explosão dos cavacos. Após feito isto, a pasta sofre uma depuração, ou seja, são removidos os cavacos não cozidos e shives, por meio de peneiras de vários tipos e formatos. A etapa da lavagem tem o objectivo de separar a massa cozida (celulose ou pasta) dos químicos e do licor negro (material não celulósico dissolvido) e concentrar o licor negro. Este licor, onde os químicos já perderam a concentração inicial, seguem do sistema de recuperação para a planta de evaporação e daí para a caldeira, onde será queimado, fornecendo vapor e recuperando os produtos químicos do cozimento. É neste ponto (caldeira de recuperação) que é adicionado o sulfato de sódio (make up) que repõe as perdas do processo, surgindo daí o nome de processo sulfato, normalmente utilizado. Branqueamento Conforme já foi mencionado, existem várias sequências usadas para o branqueamento. Em todas as sequências, no entanto, o branqueamento se inicia com o cloro (C) ou cloro/dióxido de cloro (D), seguido de uma extracção alcalina (E), para remoção de lignina residual, ficando os estágios subsequentes para o branqueamento final. Depuração Adicional Após o branqueamento pode-se ter uma segunda depuração, de forma a eliminar as impurezas que ainda permaneçam na celulose. No caso de uso próprio, a celulose é enviada para a fábrica de papel, onde será refinada antes de ser utilizada para a produção de papel. Quando se trata de venda a terceiros, a celulose é enviada para a secagem. Secagem A secagem da celulose pode ser feita de dois modos: utilizando uma máquina tipo fourdrinier, para drenagem e posterior secagem convencional, com secadores à vapor ou ar quente (fläkt dryer); sistema flash drying, que consiste em secar a celulose com ar quente, contracorrente e posteriormente prensá-la em blocos.  O Papel Matérias-Primas Fibrosas Como vimos anteriormente, a celulose é a matéria-prima mais importante do processo de fabricação do papel, sem a qual o papel não existe. Ela consiste da parte fibrosa da madeira, que é obtida através de processos químicos ou mecânicos em fábricas de pasta para papel. De acordo com a sua finalidade, os papéis podem ser classificados em impressão, escrita, embalagem, fins sanitários, cartões e cartolinas e especiais. A diferenciação dos tipos de papéis está na formulação dos produtos químicos utilizados e na matéria-prima básica. Matérias-Primas Não Fibrosas Cargas O processo de adicionar matéria mineral (cargas minerais) ao papel, antes da formação da folha, é extremamente antigo, tendo sido praticado desde os primórdios da fabricação do papel. No princípio não se via a adição de cargas à massa como benéfica e alguns papéis, que tinham quantidade apreciável de carga, eram considerados adulterados. Mais tarde, com a expansão do uso do papel e o consequente aparecimento de vários novos requisitos, as cargas passaram a ser consideradas como parte integrante e, em alguns casos, imprescindíveis. Das mais usadas podemos destacar: caulino, dióxido de titânio, carbonato de cálcio, talco etc. A adição de cargas é necessária em papéis de impressão e escrita, onde aumentam a opacidade e contribuem para a melhoria do acabamento, lisura e imprimabilidade. Para que um material seja usado como carga, alguns requisitos devem ser obedecidos: deve ter brancura compatível com o tipo de papel a ser fabricado, alto índice de refracção, além de ser quimicamente inerte para que não promova reacções desfavoráveis com os outros constituintes da massa. A) Caulino O caulino é um silicato de alumínio hidratado, ocorrendo em diversos depósitos naturais do nosso planeta. Era a carga mineral mais empregue na indústria papeleira antes do aparecimento do carbonato de cálcio, tendo como principais efeitos: aumento de lisura, do lustro e da imprimabilidade; aumento de opacidade; redução da resistência. Tipos de papéis que utilizam caulino: impressão e escrita, de uma forma geral. B) Dióxido de Titânio Apresenta partículas pequenas e fornece o maior índice de refracção, conferindo alta opacidade ao papel. O custo elevado e a difícil retenção faz com que o dióxido de titânio tenha uso limitado, sendo empregado em papéis de alta qualidade, onde se requer pequena quantidade de carga para se obter a opacidade necessária, com pouca redução de resistência da folha. C) Carbonato de Cálcio Produto de alta brancura e de custo elevado, sendo usado em papéis especiais, fabricados em meio alcalino, pois em meio ácido o carbonato decompõe-se, formando gás carbónico. Agentes de Colagem Vários tipos de papéis, entre eles os de escrever e imprimir, necessitam ter resistência controlada à penetração de líquidos, em especial a água. Para isto, é adicionado ao papel produtos que a repelem. Existem dois tipos de colagem feitas na massa: ácida e alcalina. A) Colagem Ácida O material empregado é a cola de resina, derivada do breu. O breu é saponificado, transformando-se em sal solúvel. Actualmente, além desta reacção, é feita uma outra com anidrido maléico, resultando numa cola fortificada, isto é, com mais grupos carboxilas livres para reacção. Para que a cola de resina exerça sua função é preciso adicionar sulfato de alumínio, o qual tem a função de baixar o pH (meio ácido), favorecendo a precipitação da resina e depositando os flocos de resinato de alumínio, insolúvel, sobre as fibras de celulose. Neste tipo de colagem devem-se usar cargas minerais quimicamente inertes. B) Colagem Alcalina Neste caso utiliza-se um composto químico denominado alquilceteno, que reage com a celulose. A colagem alcalina é normalmente aplicada nos casos em que se consomem cargas quimicamente activas, como por exemplo, o carbonato de cálcio, quando se deseja papéis mais brancos e mais resistência. Proporciona, também, maior vida para o papel e para os equipamentos por onde ele irá passar. Amido A resistência interna de um papel é geralmente conferida pelo tipo de fibra e tratamento mecânico dado a esta. Contudo, podemos melhorar esta característica com a adição de amido, sendo o de milho e a fécula de batata os mais utilizados. Além da resistência interna, a adição do amido na massa proporciona melhor lisura, maior rigidez, maior resistência à penetração de líquidos e evita a formação de pó. Os amidos também são empregues para proporcionarem maior resistência superficial, cujo processo é mais conhecido por colagem superficial, que é aplicado na prensa de colagem (size press, localizada no meio da secagem da máquina de papel), quando a folha já se encontra formada e praticamente seca. A colagem superficial, entre outras coisas, dificulta a penetração de líquidos, aumenta as características mecânicas, a opacidade e a imprimabilidade. É muito importante para os papéis de impressão offset. Corantes e Pigmentos O tingimento de um papel compreende a utilização de: Corantes. Na fabricação de papéis coloridos deve-se fazer o tingimento das fibras com corantes, que são adicionados à massa nos tanques ou pulpers. Branqueadores Ópticos. São agentes de branqueamento usados em papéis brancos. Estes produtos absorvem a luz na faixa ultravioleta e a reemitem no espectro visível, fazendo o papel parecer mais branco. Corantes de Matização ou Anilagem. Usados na fabricação de papéis brancos e têm como função dar uma determinada tonalidade requerida pela especificação, eliminando o amarelecimento indesejável das matérias-primas. Pigmentos. São cargas coloridas para dar cor ao papel. Trata-se de óxido de metálicos e produtos orgânicos sintéticos. Aditivos Existem inúmeros compostos químicos que podem ser usados no processo da fabricação do papel, para diferentes finalidades. Entre os mais usados, podemos destacar: Agentes de Retenção. Compostos poliméricos Compostos formados pela aglomeração de diversos polímeros (grandes moléculas formadas pela união de duas ou mais moléculas de um mesmo composto químico) que têm por finalidade melhorar a retenção de cargas e fibras, diminuindo custos e efeitos da poluição ambiental. Antiespuma. Têm por objectivo evitar a formação ou combater a espuma durante a produção do papel, sem que seu aspecto seja alterado. Resinas de Resistência a Húmido. Normalmente são derivados do formol reagido com ureia ou melamina. Em certos papéis, p. e. tissue, são também utilizadas resinas de poliamida ou poliacrilamida contendo epicloridrina. Conferem ao papel impregnado resistência no uso húmido. Ainda podem ser empregados bactericidas, dispersantes, controladores de pH etc. Fluxograma da Fabricação do Papel Preparação de Massa A) Desagregação da Pasta para Papel A pasta para papel em folhas ou em blocos é desagregada num equipamento chamado desagregador (pulper em inglês). Quando a fábrica de pasta é integrada com a fábrica de papel a pasta para papel já vem em suspensão e é armazenada em tanques de distribuição de massa. O desagregador, ou hydrapulper nada, mais é do que um liquidificador doméstico de proporções gigantescas, com capacidade para 500 a 20000 litros, ou mais. B) Refinação Posteriormente ao processo de desagregação, a pasta de celulose precisa de ser refinada. A refinação consiste em submeter as fibras de celulose a uma reacção de corte, esmagamento ou fibrilação. A fibrilação aumenta a superfície da fibra em contacto com o meio, que é a água. Sendo a celulose um material higroscópio (tem afinidade com a água), ela irá reter em sua superfície tanto mais água quanto mais refinada for. O grau de refinação (maior ou menor) varia em função das características do papel que se pretende fabricar. A refinação é realizada em refinadores cónicos e/ou discos. Um jogo é fixo, chamado estator, o outro é rotativo, chamado rotor. O rotor trabalha pressionado contra o estator e a celulose passa entre os dois, onde ocorre o processo de refinação (corte, fibrilação e hidratação). C) Preparação da Receita Após refinada, a pasta celulósica entra num tanque de mistura ou tanque de preparação de receita. Nesse tanque, a pasta é misturada com os demais componentes (cargas minerais, químicos e aditivos), os quais farão parte da receita do papel. D) Depuração Depuração é o nome que se dá à operação de limpeza da mistura de pasta com os demais componentes da receita. Destina-se a retirar corpos estranhos, contaminantes ou fibras enroladas que são indesejáveis para a aparência e finalidade da folha de papel. Os sistemas de depuração mais conhecidos são os depuradores centrífugos ou ciclones e os depuradores verticais. Os depuradores centrífugos são cones, nos quais a suspensão de fibras entra tangencialmente sob pressão provocando um movimento de rotação interna (vórtice), gerando uma força centrífuga que retira, por diferença de densidade, todas as impurezas ou contaminantes mais pesados que as fibras. Os depuradores verticais são constituídos de uma carcaça cilíndrica vertical, no interior da qual existe uma peneira perfurada que retém todos os corpos estranhos e fibras enroladas, deixando passar a massa. Os equipamentos de depuração são indispensáveis numa máquina de papel, onde se pretende fazer papel de boa qualidade. Após passar pelo sistema de depuração, a suspensão de fibras com cargas minerais, químicos etc., alcança a máquina de papel propriamente dita. Máquina de Papel A máquina de papel, para melhor entendimento, pode ser dividida em partes fundamentais. A primeira delas é a caixa de entrada ou chegada. A) Caixa de Entrada A caixa de entrada trata-se de um compartimento que tem a largura da tela formadora (onde a folha de papel é formada), ou pouco mais, e que tem a função de distribuir a suspensão de fibras sobre a tela, como uma lâmina contínua, o mais uniformemente possível. O jacto de suspensão de fibras, ao sair da caixa de entrada, passa por uma abertura delimitada pelos lábios superior e inferior. O lábio superior é regulável e da sua maior ou menor abertura e da pressão no interior da caixa depende a vazão e a velocidade do jacto que desagua sobre a tela formadora. No interior de certas caixas de entrada existe um ou mais cilindros perfurados rotativos, que tem a função de uniformizar a suspensão próximo do ponto de saída gerando turbulência dentro da caixa, evitando floculação, isto é, aglomeração de fibras, formando flocos que prejudicam a uniformidade da folha de papel ou sua aparência e, consequentemente, a má formação. Outras caixas de entrada são desenhadas de forma a poderem prescindir dos cilindros perfurados. B) Mesa Plana Mesa plana é a parte da máquina de papel onde se dá a formação da folha. É constituída de uma mesa com suporte e colunas de aço, sobre o qual corre a tela formadora, apoiada sobre os elementos de drenagem, rolo de cabeça, rolo de sucção e rolos guia. A suspensão de fibras e cargas, ao passar pelos lábios da caixa de entrada, drena sobre a tela formadora que está em movimento. Esta suspensão tem uma concentração que varia entre 2 a 15 g/l (grama de sólidos por litro de suspensão), dependendo da máquina, do tipo de papel, da velocidade etc. A tela formadora é feita de plástico ou metal (bronze fosforoso ou aço inox) e tem a malha bastante fechada (80 mesh para papéis grossos e 100 mesh para papéis finos). Ao desaguar sobre a tela, as fibras ficam retidas na superfície e a água passa através da tela, caindo em calhas apropriadas. Esta água, rica em partículas de fibras e cargas, é recirculada para diluir a massa e realimentar a máquina. Os elementos de drenagem, além de apoiar a tela, ajudam a retirar a água em suspensão. São eles os cilindros esgotadores, lâminas foil, caixas de sucção etc. Além do movimento longitudinal, a tela tem um outro movimento transversal que é o vai-vem (shaker). A conjugação certa da frequência do sacudimento com a amplitude é um dos pontos-chave para uma boa formação do papel. C) Prensas A folha de papel, ao sair da mesa plana já está formada, porém 80 a 85 % de sua constituição ainda é pura água. A finalidade das prensas é retirar parte dessa água. A prensa é formada por 2 rolos cilíndricos, sendo o inferior de borracha ou ebonite e o superior, de material mais duro como granito ou microrock. As máquinas de papel têm 2 ou 3 prensas. As prensas trabalham com feltro especial, agulhado, que serve para apoio e condução da folha. No ponto de encontro entre os dois rolos é feita a prensagem do papel e feltro. A água contida no papel é transferida para o feltro. Ao sair das prensas para a fase seguinte do processo (secagem), a folha de papel ainda contêm 60 a 65 % de água. Em algumas máquinas, com determinados tipos de papel, se pode chegar a 50 - 55 %. D) Secagem A secagem é o sector da máquina de papel onde se faz a secagem final da folha e se realizam a cura das resinas adicionadas. A secagem é composta de inúmeros cilindros secadores. O número de secadores depende do tipo e do tamanho da máquina. Os secadores são cilindros de aço com superfície polida e trabalham com pressão de vapor. Para condução da folha, entre os cilindros secadores, usam-se feltros ou telas secadoras. A água evaporada do papel é extraída por campânulas especiais. A humidade da folha, ao deixar a secção de secagem, varia de 3 a 8 %. Algumas máquinas de papel dispõem, ainda nessa fase, de: cilindro monolustro ou monolúcido - grandes cilindros secadores onde o papel é prensado contra sua superfície, proporcionando em uma das faces lisura e brilho acentuados; prensa de colagem (size press) - equipamentos que se destinam à impregnação superficial com químicos, para as mais diversas finalidades. Como foi mencionado anteriormente, temos como exemplo o papel offset, no qual é aplicada uma solução de amido cozido, que lhe confere melhores características de impressão, maior resistência superficial e absorção mais controlada da tinta. E) Calandra e Enroladeira A calandra é usada para o acerto da espessura e lisura do papel, ainda na máquina de papel, enquanto que na enroladeira, a folha contínua de papel vai sendo bobinada até um determinado diâmetro, daí partindo para os vários processos de acabamentos.  Reciclagem de Papel No mundo moderno, desperdiçar recursos naturais é perder dinheiro e agredir ainda mais o meio ambiente. A saída para desenvolver com inteligência é o reaproveitamento de materiais. Um segmento que tem crescido considerável é o mercado de papel reciclado, forma mais barata e racional de aproveitamento de papel. O desenvolvimento das sociedades produz uma quantidade crescente de resíduos sólidos, industriais e urbanos, que poderá afectar as disponibilidades dos recursos naturais existentes, renováveis ou não, fazendo surgir problemas ambientais que, a continuar, afectarão o crescimento e a qualidade da vida dessas mesmas sociedades. A Reciclagem apresenta-se, hoje em dia, como uma indústria em franco desenvolvimento e aparece como alternativa muito importante à utilização de recursos naturais. Motivada por factores ambientais e económicos em países desenvolvidos, permite fazer face às necessidades de matérias-primas, para a crescente industrialização, em países em vias de desenvolvimento. Reciclar, constitui o processo preferido para a redução do fluxo de desperdícios, diminuindo os custos de deposição de resíduos em aterros ou lixeiras, aumentando o tempo de vida dos materiais e reduzindo o seu custo. Novas indústrias aparecem para recolher, separar e processar materiais abandonados como desperdício, isto é, sem qualquer valor económico. Os sectores de recuperação de metal, papel, produtos químicos e têxteis, há muito estabelecidos, são agora complementados pela recuperação de desperdícios sólidos urbanos. Reciclar pode dar origem a diversas vantagens económicas e ambientais : - fornecimento de matérias-primas para a indústria com custo normalmente mais baixo que as matérias-primas tradicionais; - menor utilização de recursos naturais - reduz a dependência pela importação de matérias-primas; - reduz a necessidade de espaço para a deposição de resíduos; - evita a poluição, convertendo desperdícios em novos produtos; - redução de consumo de energia, o que permite diminuir a utilização de combustíveis fósseis, seus desperdícios, e produção de gases poluentes causados pela combustão (CO2 - efeito de estufa). O "Papel Velho" e seus Contaminantes A produção de papel e a sua conversão num produto acabado pode ser realizada utilizando diferentes processos de fabrico que exigem a introdução de uma grande diversidade de materiais - tintas, colas, polietileno, cargas minerais, etc.. Durante o uso de produtos de papel e até que se chegue aos circuitos de recuperação de "papéis velhos", muitas oportunidades há para a entrada de materiais não-fibrosos - clips, agrafos, plásticos, borracha, colas, tinta, etc.. Como consequência, o papel recuperado apresenta uma contaminação que pode ir desde peças de sucata metálica até microcápsulas de tinta. Os progressos que surgiram em indústrias adjacentes como a gráfica a embalagem ou a informática, forçaram o desenvolvimento de novas tecnologias que permitem a reciclagem de papéis com contaminantes difíceis de remover (tintas flexográficas, tintas "densas" tipo Xerox, colas adesivas, "stickies"). Uma unidade de produção de pasta a partir de papel velho tem como objectivo a remoção de todos os contaminantes que possam influenciar o aspecto visual e propriedades físicas do produto acabado. A remoção dos diversos contaminantes é realizada selectivamente, em diferentes etapas, atendendo às diferentes características físicas e químicas que apresentam. Desagregação A Desagregação consiste na desintegração do papel velho por acção mecânica em meio aquoso e é efectuada num pulper a alta consistência (16%) que funciona em descontínuo. A alta consistência permite contacto mais efectivo entre fibras resultando numa desagregação mais rápida e eficiente. Além disso, o efeito sobre os contaminantes é reduzido o que facilita a sua remoção em etapas posteriores. No final da desagregação e durante a transferência da suspensão fibrosa é realizada uma depuração grosseira através de um crivo que efectua a remoção de partículas com dimensão superior a 10mm. Pré-Depuração Nesta etapa é realizada a rejeição de contaminantes grosseiros devido ao seu peso específico ser superior ao da celulose ou, devido ao seu tamanho. O primeiro tratamento é efectuado por depuração centrífuga, a média consistência (3.5%), em que partículas como agrafos, clips, pequenas pedras, metais, argila, etc., são rejeitadas por apresentarem significativas diferenças de densidade em relação às fibras. O segundo tratamento efectuado durante esta etapa é realizado através de crivagem, usando para isso um crivo vertical com orifícios de 2mm de diâmetro. Desta forma são removidos os contaminantes que apresentam tamanho superior a 2mm. O fluxo de rejeitos do crivo vertical é conduzido a uma segunda etapa de crivagem, equipada com um crivo horizontal, onde é efectuada a classificação dos rejeitos por forma a recuperar as fibras aí presentes. Depuração Fina A depuração fina rege-se pelos mesmos princípios de funcionamento apresentados para a depuração centrífuga no capítulo anterior, operando para isso a uma consistência mais baixa (0.8%). O objectivo desta etapa é efectuar uma separação mais rigorosa de partículas com densidade diferente das fibras, dando por isso origem a dois fluxos de rejeitos: rejeitos pesados e rejeitos leves. Nos rejeitos encontram-se normalmente partículas de pequena dimensão como areias, partículas adesivas (stickies), "pastilhas" de papel não desagregado, pedaços de esferovite, etc.. Esta etapa está equipada com um sistema de depuradores centrífugos de baixa consistência (0,8%) divididos em quatro estágios que funcionam em cascata. A operação em cascata, em que os rejeitos de um estágio servem de alimentação ao estágio seguinte, permite optimizar o rendimento da etapa, uma vez que ocorre uma separação mais rigorosa entre contaminantes e as fibras que com eles são arrastados. Crivagem Fina A utilização de um sistema de crivagem fina por ranhuras traduz-se normalmente por uma eficiência de remoção de contaminantes muito alta (até 80%) especialmente quando são usadas ranhuras de pequena dimensão. A separação baseia-se no tamanho, forma e tipo de contaminantes. A etapa de crivagem fina existente na DIRE está equipada com crivos verticais com ranhuras de 0,12mm de largura, funcionando em cascata, o que, como na depuração fina, permite uma eficiente remoção de contaminantes com um mímico de perdas de fibra. Uma boa eficiência nesta etapa tem efeitos muito importantes na produtividade das máquinas de produção de tissue, pois permite remover com eficiência partículas adesivas (stikies) que de outra forma se iriam depositar em teias de formação e feltros, obrigando a paragens frequentes para limpeza. Primeira Lavagem Uma das exigências para a produção de papel tissue é que o teor em cargas minerais presentes na suspensão fibrosa não ultrapasse os 5%. Na Divisão de Reciclagem da Renova existem duas etapas de lavagem que asseguram a remoção das cargas minerais presentes no papel velho desde um valor de 25% para valores abaixo de 5% na pasta final. Na 1ª etapa de lavagem, imediatamente após a crivagem fina, o teor em cargas minerais passa de 25% para aproximadamente 10%, sendo a ajuste final realizado pela 2ª lavagem, etapa que se segue à flotação. A remoção de cargas minerais é realizada num lavador (tipo Vario-Split) no qual a suspensão fibrosa a baixa consistência (0,8%) é posta em contacto com uma tela que é permeável a partículas de pequena dimensão. Assim, enquanto que as fibras ficam retidas, as cargas minerais e as pequenas partículas de tinta atravessam a tela e são rejeitadas. Dispersão Uma etapa de dispersão é normalmente utilizada para proteger as máquinas de produção de tissue de problemas de deposição de stickies. A inserção da dispersão na sequência de tratamentos permite não só cumprir esta função mas também melhorar a eficiência de remoção de partículas de tinta em etapas seguintes, quer por flotação, quer por lavagem. Durante a dispersão é realizado um tratamento a alta consistência (35%) e a temperatura elevada (110ºC) que culmina com a aplicação de trabalho mecânico sobre a suspensão fibrosa. Deste tratamento resulta a quebra dos contaminantes ainda existentes para partículas de tão pequena dimensão (praticamente invisíveis a olho nu) que possibilita a sua remoção em etapas posteriores. O trabalho mecânico exercido sobre a suspensão fibrosa é realizado através de dois discos, que se movimentam a curta distancia um do outro (0.2 mm), possuindo nas faces interiores "dentes" que provocam a quebra dos contaminantes. Flotação Durante a flotação são rejeitadas partículas de tinta de maior dimensão que não foram removidas durante a operação de lavagem. O princípio do funcionamento da flotação consiste em tornar hidrófobas as partículas de tinta por adição de um agente tensioactivo (um "sabão" industrial. Na presença de alguma dureza na água do processo e por associação com os iões de Cálcio, forma-se um sabão cálcico insolúvel que funciona como colector de partículas de tinta. Assim , as partículas tornadas hidrofobicas vão ficar adsorvidas nas bolhas de ar injectadas no sistema e sobem à superfície sendo então rejeitadas. Segunda Lavagem A 2ª etapa de lavagem permite, como foi atrás descrito, reduzir o teor em cargas de minerais para valores abaixo de 5%. Além deste efeito é possível a remoção de pequenas partículas de tinta que resultaram da acção mecânica da dispersão sobre a suspensão fibrosa. O princípio de funcionamento desta 2ª lavagem é descrito no cap. 6.5. Branqueamento A última etapa de tratamento de fibras recicladas é o branqueamento. Aqui, a adição de um agente oxidante ou redutor permite aumentar e uniformizar a brancura final da pasta reciclada. Introdução aos Processos de Produção de Celulose e Papel Renova – FPA, S. A. Página 39 de 40