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    1. POLPA E PAPEL Propriedades do papel AT059 Prof. Umberto Klock

    2. Propriedades fsicas do papel Gramatura A gramatura a massa do papel expressa em gramas por metro quadrado (g.m-2). A medio se realiza, em corpos de prova condicionados, por meio de uma balana analtica ou uma balana na qual possvel ler diretamente a massa em gramas por metro quadrado, quando se pesa uma folha de rea determinada.

    3. gramatura A gramatura do papel afeta a maioria das propriedades, principalmente as mecnicas e as pticas. Para facilitar uma comparao, comum relacionar algumas propriedades gramatura, como, por exemplo, o ndice de trao que o quociente entre a resistncia trao e a gramatura.

    4. gramatura

    5. Gramatura g/m2

    6. gramatura A gramatura comumente especificada na venda e compra do papel. O consumidor, na compra de papel em bobinas ou folhas, est interessado na gramatura, porque um papel mais pesado que o especificado resulta em menos folhas, sacos ou outras subunidades aps a converso, mas deficiente em, por exemplo, na resistncia e opacidade.

    7. gramatura BALANA DE GRAMATURA ELETRNICA

    8. espessura a espessura do papel definida como: Espessura de uma nica folha: quando esta colocada entre duas superfcies planas, circulares e sujeitas a uma presso constante.

    9. espessura Espessura mdia das folhas no mao: espessura de uma nica folha de papel, calculada a partir do valor da espessura das folhas no mao, quando estas so colocadas entre duas superfcies planas, circulares e sujeitas a uma presso constante (papis com gramatura at 224 g.m-2).

    10. espessura A medio se realiza atravs de um micrmetro padronizado que possui dois discos planos e paralelos, entre os quais se coloca o corpo de prova. O resultado expresso em milmetros,

    11. espessura A espessura afetada pela composio fibrosa, grau de refino e, principalmente pela calandragem; por sua vez, afeta as propriedades mecnicas e pticas do papel e relevante no desempenho de papis para fins eltricos

    12. refinao

    13. Refinao

    14. espessura MEDIDOR DE ESPESSURA

    15. densidade aparente do papel (?a) calculada pela relao: ?a = Gramatura (g.m-2 ) ( g.cm-3) Espessura (?m)

    16. densidade aparente do papel (?a) A densidade aparente assim denominada, por incluir os espaos do papel preenchidos por ar; considerada uma das mais importantes propriedades do papel, influenciando as propriedades fsicas e pticas, exceto a gramatura.

    17. densidade aparente do papel (?a) A densidade aparente da folha de papel afetada por muitos fatores que podem ser classificados em: grau de ligao das fibras, presena de materiais no fibrosos que preenchem os espaos vazios, e calandragem.

    19. Propriedades mecnicas de resistncia do papel A maneira do papel resistir ao de foras externas, da umidade e do calor, depende de sua composio fibrosa e de sua formao. A resistncia do papel muito importante nos casos onde o papel deve resistir a um esforo aplicado. Esta resistncia, sendo um termo vago, precisa ser identificada quanto sua natureza, como, por exemplo, resistncia trao, resistncia ao rasgo resistncia ao arrebentamento ou estouro

    20. resistncia do papel Na prtica, para o desempenho de um papel com fim determinado, s um ensaio mecnico no significativo para poder deduzir se o papel rene as condies necessrias para sua utilizao. muito importante obter pelo menos um par de ensaios mecnicos diferentes, significativos para uma determinada aplicao.

    21. resistncia do papel Existem vrios ensaios de resistncia que podem ser feitos no papel; os mais comuns so: resistncia trao, resistncia ao arrebentamento ou estouro, resistncia ao rasgo e resistncia a dobras duplas. Nenhum destes ensaios uma medida fundamental, mas uma combinao de vrios fatores, como flexibilidade, ligaes de fibras e resistncia da fibra.

    22. resistncia do papel Tais fatores dependem, entre outros, do tipo de fibras, do comprimento e espessura das fibras, da flexibilidade das fibras individuais, do nmero de ligaes entre fibras, da resistncia das ligaes individuais, da gramatura do papel, da densidade aparente e da umidade.

    23. umidade

    30. Resistncia trao Os papis devem resistir, pelo menos, aos diferentes tipos de fora que encontram ao longo do processo de produo e utilizao.

    31. Resistncia trao Para a determinao da resistncia trao, submete-se um corpo de prova de largura e comprimento especificados a um esforo de trao uniformemente crescente at a sua ruptura. Como as caractersticas diferem pela direo na folha de papel, os corpos de prova para o ensaio devem ser cortados nas direes longitudinal e transversal

    32. Resistncia trao O aparelho usado para determinar a resistncia trao o dinammetro, e os valores obtidos so reportados em kN.m-1, isto , divide a carga de ruptura pela largura do corpo de prova.

    33. Resistncia trao A resistncia trao tambm pode ser expressa pelo chamado comprimento de auto-ruptura (CAR), definido como o comprimento de uma tira de papel que, quando suspensa, se rompe sob seu prprio peso.

    34. Resistncia trao O comprimento de auto-ruptura expresso em metros, calculado da seguinte maneira: CAR = R x 1 000 000 (m) G x L onde: R = carga de ruptura em kgf (valor da leitura no dinammetro); G = gramatura da amostra em g.m-2; L = largura do corpo de prova em mm.

    35. Resistncia trao A resistncia trao relacionada com a durabilidade e utilidade de um papel, como, por exemplo, para embalagem e outros usos tambm sujeitos a foras de tenso direta. No caso de papis de impresso, a resistncia trao indica a probabilidade de ruptura quando so sujeitos tenso exercida durante o processo de impresso.

    36. Resistncia trao A resistncia trao controlada por fatores como: comprimento mdio das fibras; espessura da parede celular das fibras; formao e estrutura da folha. resistncia individual das fibras;

    37. Resistncia trao influncia de outras variveis foram verificadas, como por exemplo: ndice de Enfeltramento, relao entre o comprimento e o dimetro da fibra, a massa especfica da madeira, do Coeficiente de Flexibilidade da Fibra, relao entre o dimetro do lume e a largura da fibra.

    38. Resistncia ao arrebentamento (estouro) O ensaio de resistncia ao arrebentamento ou estouro um dos mais antigos; por ser simples, ainda usado nas fbricas, no controle de rotina e para caracterizao do papel.

    39. estouro A resistncia ao estouro definida como a presso necessria para produzir o arrebentamento do material, ao se aplicar uma presso uniformemente crescente, transmitida por um diafragma elstico, de rea circular. O corpo de prova, submetido ao ensaio, preso rigidamente entre dois anis concntricos.

    40. estouro A medio da resistncia independe da direo de fabricao do material, pois a fora transmitida pelo diafragma perpendicular superfcie do corpo de prova. O esforo ao qual o material est submetido simula o emprego prtico do papel, em forma de sacos, papel de embrulho e outros. Todavia, difcil, na prtica, se estabelecer uma correlao simples entre o valor da resistncia ao arrebentamento e o desempenho dos papis.

    41. estouro A presso limite no momento da ruptura, chamada de resistncia ao arrebentamento, expressa em kPa. Para sua determinao utiliza-se o aparelho Mullen.

    42. estouro MULLEN TESTER PARA PAPEL

    43. estouro A resistncia ao arrebentamento controlada por diversos fatores: a. A resistncia ao arrebentamento aumenta com crescente refinao, para decrescer com excesso desta. A baixa resistncia ao arrebentamento pode ser atribuda, em parte, ao corte das fibras;

    44. estouro b. As variaes na gramatura e na espessura causam comumente variao na resistncia ao arrebentamento; c. O uso de aditivos e colas afeta consideravelmente o comportamento do papel e o resultado do ensaio.

    45. estouro A flexibilidade das fibras, que pode ser verificada atravs do Coeficiente de Flexibilidade, e do ndice de Enfeltramento, apresentam influncia na resistncia ao estouro, bem como a massa especfica que como na trao se correlaciona de forma negativa com a resistncia ao estouro.

    46. Resistncia ao rasgo A resistncia ao rasgo mede o trabalho necessrio para rasgar o papel, a uma distncia determinada, depois do rasgo ter sido iniciado por meio de uma faca adaptada ao aparelho.

    47. rasgo A resistncia medida em um aparelho tipo pndulo Elmendorf, no qual os corpos de prova de dimenses especificadas so presos entre duas garras. O pndulo solto de forma a completar o rasgo iniciado, sendo o trabalho despendido nesta operao marcado em uma escala graduada de 0 a 100 gf, fixada no prprio aparelho.

    48. rasgo ELMENDORF ANALGICO E DIGITAL

    49. rasgo A fora mdia necessria para rasgar uma s folha com a distncia fixada expressa em mN e calculada da seguinte maneira: R = 16 x L n onde: R = resistncia ao rasgo em mN; L = mdia das leituras feitas; n = nmero de folhas ensaiadas em conjunto.

    50. rasgo Variveis que afetam a resistncia ao rasgo de forma positiva so a relao entre a espessura da parede celular e o dimetro do traqueide, seguido pelo comprimento do traqueide.

    51. Outras propriedades Dobras duplas a capacidade do papel suportar multiplas dobras antes de romper. definido como o nmero de dobras duplas que uma tira de 15 mm de largura por 100 mm de comprimento pode suportar sob uma carga especfica antes de romper-se. Tem sido til na determinao da degradao com o envelhecimento do papel. importante na classificao de papis que sero submetidos a dobramentos mltiplos como papel moeda, mapas, livros, panfletos, etc. Papel moeda tem a maior resistncia (>2000). Fibras longas e flexveis provem alta resistncia a dobras duplas.

    52. Dobras duplas

    53. Outras propriedades Permencia ao ar (porosidade) Opacidade Alvura Lisura Absoro de gua, etc.

    54. Prtica - I. RENDIMENTO DA CELULOSE 1 Passo - Determinar a consistncia da polpa (%AS) Exemplo: - Peso do recipiente vazio = 100 g - Peso da massa celulsica mida = 71,68 g - Peso total = 171,68 g - Leva-se a estufa a 105 + 3C, obtendo-se o peso seco da massa: - Peso da massa seca + recipiente = 114,71 g - Diminuir o peso do recipiente. ( - 100 g ) - Peso seco da celulose = 14,71 g

    55. Prtica - I. RENDIMENTO DA CELULOSE - Clculo da % AS : %AS = (Ps/Pu) x 100 %AS = (14,71/71,68) x 100 %AS = 20,52 %

    56. Prtica - I. RENDIMENTO DA CELULOSE 2 Passo - Clculo do Rendimento Bruto Exemplo: - Peso total da celulose bruta = 1.157 g (descontar o peso do saco plstico) - Peso seco da madeira utilizada = 500 g - Peso seco da celulose bruta : %AS = (Ps/Pu) x 100 Ps = (%AS x Pu)/ 100 Ps = (20,52 x 1.157) / 100 Ps = 237,42 g - Rendimento Bruto = (Ps da celulose bruta / Ps da madeira usada) x 100 RB = (237,42 / 500) x 100 RB = 47,48 %

    57. Prtica - I. RENDIMENTO DA CELULOSE 3 Passo - Clculo do Teor de Rejeitos : - Aps determinao do Rendimento Bruto, procede-se a depurao, que o peneiramento da celulose, visando a separao dos rejeitos, isto , partes dos cavacos que no foram suficientemente deslignificados. Seca-se os rejeitos em estufa a 105 + 3C, e calcula-se a sua porcentagem: % Rejeitos = (Ps rejeitos / Ps madeira) x 100 - Exemplo : peso seco dos rejeitos = 8,6 g % Rejeitos = (8,6 / 500) x 100 % Rejeitos = 1,72 % 4 Passo - Clculo do Rendimento Depurado : RD = Rendimento Bruto - % de Rejeitos RD = 47,48 - 1,72 RD = 45,76 %

    58. II . REFINO DA MASSA CELULSICA 1. - Faz-se o refino da massa no moinho Jokro, sendo que a massa colocada em panelas a consistncia de 6%, onde a massa refinada por tempos pr-determinados. 2. - As panelas so dimensionadas para 16 g absolutamente secas de polpa celulsica. 3. - preciso determinar a consistncia inicial da polpa, isto sua % AS. Exemplo : 1. Peso seco por panela = 16 g AS. 2. %AS da polpa = 20,52%, necessrio acrescentar gua. 3. Peso mido da polpa equivalente a 16 g AS. Pu = (Ps x 100) / %AS Pu = (16 x 100) / 20,52 Pu = 77,97 g ~ 78 g

    59. II . REFINO DA MASSA CELULSICA 1. - Faz-se o refino da massa no moinho Jokro, sendo que a massa colocada em panelas a consistncia de 6%, onde a massa refinada por tempos pr-determinados. 2. - As panelas so dimensionadas para 16 g absolutamente secas de polpa celulsica. 3. - preciso determinar a consistncia inicial da polpa, isto sua % AS.

    60. II . REFINO DA MASSA CELULSICA Exemplo : 1. Peso seco por panela = 16 g AS. 2. %AS da polpa = 20,52%, necessrio acrescentar gua. 3. Peso mido da polpa equivalente a 16 g AS. Pu = (Ps x 100) / %AS Pu = (16 x 100) / 20,52 Pu = 77,97 g ~ 78 g

    61. II . REFINO DA MASSA CELULSICA 4. Consistncia para o refino = 6% (estipulado por norma tcnica, e pelo fabricante do equipamento) , vai-se acrescentar gua, pois a consistncia da polpa de 20,52%. a. Peso mido total por panela Put = (16 / 6) x 100 Put = 267 g ( polpa + gua ) b. Volume de gua a adicionar por panela Vgua = Put - Pu Vgua = 267 - 78 = 189 ml Assim : - pesa-se 78 g da polpa, coloca-se na panela e acrescenta-se 189 ml de gua, o que d um total de 267 g, representando 6 % de consistncia.

    62. II . REFINO DA MASSA CELULSICA 5. Tempos de refino - normalmente 10,20,30, 40,50 e 60 minutos, o tempo de refino vai influir nas propriedades do papel a ser produzido.

    63. III. FORMAO DE FOLHAS - O equipamento existente no Laboratrio est dimensionado para a confeco de 8 folhas, das quais sero confeccionados os corpos de prova, para realizar os testes fsicos-mecnicos. - peso seco de polpa por panela de refinao = 16 g - 0,2 % de consistncia no aparelho distribuidor ( que tem por funo homogeneizar a suspenso de fibras para se ter a quantidade necessria para a formao da folha). - PUT no distribuidor = (16 / 0,2) x 100 = 8.000 ml = 8 litros - peso seco de polpa por folha = 2 g - vai-se ter 2 g de polpa por litro de suspenso.

    64. - As folhas sero formadas na formadora Koethen-Rapid, para cada folha ser tomado do distribuidor 1000 ml da suspenso de fibras, contendo cerca de 2 g de fibras. A soluo ser colocada na coluna de formao, e forma-se a folha mida sobre tela, que ser seca e acondicionada na camra climatizada at realizao dos ensaios mecnicos. - Com 1000 ml da suspenso de fibras, faz-se o teste de drenabilidade das fibras, Teste Schopper Riegler (SR), que determina o grau de refinao das fibras celulsicas. Aps o teste as fibras so secas em estufa para correo do SR, se o peso for diferente de 2 g.

    65. 1. Peso da Folhas Put ==> de 5 folhas, em balana analtica. Exemplo: 10,6965 g 2. Espessura ==> 5 folhas ==> 5 medidas, em micrometro 3. Confeco dos corpos de prova:

    67. Processo KRAFT VARIVEIS DO PROCESSO Existe um grande nmero de fatores influenciando o rendimento e a qualidade final da celulose pelo processo Kraft. As principais so: Matria-prima vegetal Licor de cozimento Relao licor:madeira Tempo de cozimento Temperatura de cozimento Tipo de digestor, etc.

    68. MATRIA-PRIMA VEGETAL: a. Espcie e tipo de fibra: Das matrias-primas fibrosas empregadas no processo Kraft, a madeira a mais importante. No obstante qualquer outro tipo de vegetal fibroso passvel de ser tecnicamente empregado no processo. Fibras Longas CONFERAS Fibras Curtas FOLHOSAS A celulose proveniente de conferas mostra uma maior resistncia ao rasgo e aquela proveniente de folhosas uma alta resistncia trao e ao estouro e um maior rendimento em celulose

    69. MATRIA-PRIMA VEGETAL b. Massa especfica bsica: Sua principal influncia se faz sentir no rendimento volumtrico do processo, penetrao do licor de cozimento, tempo de cozimento e qualidade da celulose. Geralmente as folhosas so mais densas que as conferas. Com o aumento da massa especfica, dentro de uma mesma espcie vegetal, normalmente aumenta a espessura da parede celular, diminuem as resistncias trao e ao estouro e aumenta a resistncia ao rasgo.

    70. MATRIA-PRIMA VEGETAL c. Composio qumica : Geralmente as folhosas contem maior porcentagem de celulose e hemiceluloses, enquanto que as conferas possuem maior teor de lignina. Como consequncia as folhosas fornecem maior rendimento em celulose, enquanto que as conferas requerem condies mais drsticas de cozimento para se obter uma polpa com determinado grau de deslignificao. Quanto aos extrativos e minerais, dentro dos teores normais de ocorrncia, no chegam a causar problemas graves dentro do processo Kraft, pelo fato da maioria deles serem solveis no licor de cozimento. Teores elevados so prejudiciais pelo fato de consumirem parte dos reagentes utilizados na deslignificao da madeira e podem dificultar a depurao e branqueamento da polpa.

    71. MATRIA-PRIMA VEGETAL d. Casca : A madeira pode ser processada com ou sem casca. Normalmente a casca da madeira removida, tendo em vista que: Diminui o rendimento obtido por carga de digestor, embora o rendimento em matria seca produzida seja aumentado. Diminui a alvura da celulose. Diminui as resistncias fsico-mecnicas da celulose. Dificulta a purificao ou depurao da celulose. Causa problemas durante o branqueamento da celulose.

    72. MATRIA-PRIMA VEGETAL e. Umidade : A influncia do teor de umidade da madeira empregada no processo Kraft tem mostrado ser insignificante. f. Tempo e condio de armazenamento : A madeira aps a derrubada e corte da rvore, pode ser armazenada na forma de toras ou cavacos. Existem vrios estudos procurando determinar a influncia do tempo e condies de armazenamento sobre a celulose resultante e a grande maioria das concluses so contraditrias, dado o grande nmero de variveis envolvidas. De uma maneira geral, a madeira recm cortada tem-se mostrado de melhor qualidade para a produo de celulose.

    73. MATRIA-PRIMA VEGETAL g. Tamanho dos cavacos : Para facilitar a penetrao do licor de cozimento a madeira reduzida a cavacos. O licor penetra nos cavacos em todas as direes, pelo fato das paredes celulares serem permeveis a solues alcalinas. O tamanho dos cavacos no to importante como sua uniformidade. Cavacos muito grandes so mais difceis de serem digeridos pelo licor, e como resultado ficam sub-cozidos, o que aumenta o teor de rejeitos e a lignina residual na celulose. Cavacos muito pequenos, misturados com cavacos normais so super-cozidos, o que leva a uma diminuio do rendimento e das resistncias fsico-mecnicas da celulose.

    74. MATRIA-PRIMA VEGETAL Efeito da dimenso dos cavaco Reduo na espessura do cavaco permite uma certa taxa de polpao mais rpida e reduz acentuadamente a quantidade de rejeitos. Uma reduo no uso do lcali e ligeira melhoria na reteno de carbohidratos possvel quando usa cavacos desintegrados (shredded). Entretanto a desintegrao de cavacos tem sido pouco usado comercialmente, e parece que os benefcios no justificam os requerimentos adicionais de manuseio e de energia. Geralmente, fragmentos de madeira de certo comprimento (farpas, cavacos, finos e serragem ) produzem polpas fracas e com rendimento baixo. Uma alta porcentagem de material fino no fornecimento de cavacos causar uma circulao baixa ou fraca do licor tanto nos digestores contnuos como nos digestores descontnuos (de batelada), sendo aconselhvel o cozimento deste material separadamente em reatores propriamente projetados.