Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10316/30002
Title: Revestimento de cargas minerais para papéis finos de impressão e escrita
Authors: Xavier, Marco Joel Freitas Carvalho 
Orientador: Ferreira, Paulo
Keywords: Papéis de impressão; Cargas minerais
Issue Date: 2012
Citation: XAVIER, Marco Joel Freitas de Carvalho - Revestimento de cargas minerais para papéis finos de impressão e escrita. Coimbra : [s.n.], 2012. Dissertação de mestrado. Disponível na WWW em: <http://hdl.handle.net/10316/30002>.
Project: info:eu-repo/grantAgreement/FCT/5876-PPCDTI/120578/PT 
Abstract: Este trabalho de Dissertação teve como objetivo melhorar as ligações entre as cargas minerais e as fibras celulósicas que compõem o papel, para que, dessa forma, seja possível obter melhores propriedades no papel e, consequentemente, aumentar a quantidade de PCC atualmente inserida numa folha de papel de impressão e escrita, cerca de 20 a 25% w/w. A inserção de uma maior quantidade de cargas minerais no papel conduzirá sobretudo a uma redução dos custos económicos da matéria-prima, uma vez que se poderia substituir a fibra por um material mais barato. Para promover as ligações entre o PCC e as fibras celulósicas, as partículas de PCC foram revestidas com derivados de celulose por adsorção/precipitação destes na superfície do PCC. Os derivados de celulose utilizados foram o acetato de celulose, hidroxipropilmetilcelulose (HPMC), carboximetilcelulose (CMC), etilcelulose e acetatobutirato de celulose. Para além da metodologia referida, foi também utilizada o método de revestimento por polimerização por emulsão para revestir o PCC, tanto in-situ como exsitu, usando como monómeros o acrilato de butilo e o metacrilato de metilo. Os PCC modificados foram devidamente caracterizados, avaliando-se o sucesso do revestimento em causa através da visualização das suas imagens SEM, da determinação do seu tamanho de partículas (D50) e potencial zeta e da determinação da sua composição química (FTIR e Termogravimetria). Após a caracterização das partículas, aquelas que revelaram melhores resultados foram submetidas a testes de retenção de sólidos em pasta (DDA), utilizando dois agentes de retenção diferentes, e em folha (Formador) utilizando um único agente de retenção. Foram também avaliadas as principais propriedades estruturais, óticas e mecânicas das folhas produzidas contendo o PCC modificado. Aplicando o procedimento desenvolvido para os derivados de celulose, o revestimento do PCC com CMC e HPMC mostrou ser ineficiente, não se verificando qualquer diferença significativa entre estas amostras e o PCC original. Por outro lado, as amostras com acetato de celulose, etilcelulose e acetatobutirato de celulose, apresentaram um incremento no tamanho de partículas, a carga superficial destas alterou-se no sentido da carga superficial do polímero utilizado e a sua análise química revelou a presença dos constituintes adicionados, permanecendo nas amostras cerca de 90% do polímero adicionado. As partículas obtidas por polimerização por emulsão também revelaram uma boa adesão polimérica nas partículas. No entanto, algumas delas foram descartadas por conterem demasiado polímero ou por apresentarem uma cor demasiado amarela. As retenções em pasta dos PCC modificados com derivados de celulose foram também satisfatórias, verificando-se uma pequena diminuição na retenção de PCC (comparativamente com a retenção do PCC original) na maior parte dos ensaios. Com o PCC modificado com etilcelulose, utilizando o agente de retenção A, e com o PCC modificado com acetatobutirato de celulose, utilizando o agente de retenção B, obteve-se, por outro lado, valores de retenção semelhantes aos apresentados com o PCC original (~93%). A retenção da amostra revestida com o copolímero sintetizado não foi muito baixa mas comparativamente com as amostras com os derivados de celulose, esta amostra não demonstrou resultados promissores, não se tendo feito folhas laboratoriais com esta. Foram também realizados ensaios de retenção de PCC modificado utilizando amostras preparadas com o mesmo derivado de celulose mas com diferentes pesos moleculares. Os resultados desses ensaios foram contraditórios, uma vez que utilizando o PCC modificado com etilcelulose a retenção diminuiu com a diminuição do peso molecular do polímero utilizado, enquanto que a retenção do PCC modificado com acetatobutirato de celulose aumentou com a diminuição do peso molecular do polímero utilizado. A retenção das partículas diminuiu nas folhas laboratoriais como era expectável. Contudo, essa diminuição foi maior do que o esperado, principalmente com o PCC modificado com acetato de celulose (87% - DDA para 39% - Formador). Utilizando o agente de retenção A, as amostras contendo etilcelulose continuaram a ser aquelas que apresentaram melhores valores de retenção de PCC (~60%). Para avaliar as propriedades estruturais, óticas e mecânicas das folhas com os PCC modificados, foram também produzidas folhas contento apenas fibra, contento fibra mais aditivos e contento fibra mais aditivos mais PCC, tal como aconteceu no DDA. A maioria das propriedades das folhas avaliadas varia com a retenção de acordo com o esperado, ou seja, as propriedades finais das folhas variam significativamente com a quantidade de PCC retido. Dessa forma, o PCC modificado com etilcelulose (maiores retenções) é aquele que apresenta piores propriedades, nomeadamente mecânicas, enquanto que o PCC modificado com acetato de celulose (menores retenções) é aquele que apresenta melhores resultados. Apesar disso, é possível concluir que os resultados obtidos não dependem apenas da quantidade de PCC retido. As folhas com o PCC revestido com etilcelulose, por exemplo, apresentam diversas resistências mecânicas mais fracas do que as folhas com o PCC original, sendo dessa forma óbvio que a etilcelulose não melhora a ligação entre as cargas minerais e as fibras. Por outro lado, algumas propriedades mecânicas das folhas com o PCC modificado com acetato de celulose são melhores do que as obtidas com as folhas de fibra e aditivos, sendo por isso possível concluir que o acetato de celulose melhora as ligações entre as cargas minerais e as fibras celulósicas na presença dos aditivos utilizados. O acetatobutirato de celulose apresenta resultados intermédios entre o acetato de celulose e o etilcelulose. Contudo, comparativamente ao PCC com acetato de celulose, a retenção do acetatobutirato de celulose é superior e as propriedades mecânicas das suas folhas não são muito inferiores, pelo que consideramos os resultados do acetatobutirato de celulose também promissores. Concluindo, podemos afirmar que, muito provavelmente, o revestimento de PCC com acetato de celulose promoveu alguma melhoria das ligações entre as cargas minerais e as fibras celulósicas. No entanto, é necessário melhorar a retenção destas partículas para que seja possível aumentar a quantidade de PCC modificado a inserir nas folhas de papel de impressão e escrita.
This work had as objective to improve the bonds between cellulosic fibers and fillers, like PCC, used in paper. In that way, we can improve several properties in paper and consequently, we can raise the amount of filler used in paper. In our days, that amount it’s fixed approximately in 20-25 % (w/w). A considerable raise in filler amount used will cause significant money savings, because we could substitute the cellulosic fibers by a cheaper material (fillers). To promote the bonds between PCC and cellulosic fibers, the PCC particles were covered with cellulose derivatives by an adsorption/precipitation method. The cellulose derivatives used in this work were cellulose acetate, hidroxypropyl methylcellulose (HPMC), carboxymethyl cellulose (CMC), ethyl cellulose and acetate butyrate cellulose. Another way used to cover PCC particles was the emulsion polymerization method, in-situ and ex-situ, using butyl acrylate and methyl methacrylate as monomers. In the end, we evaluate the shape, the size, the zeta potential and chemical composition of all particles obtained, to analyze the success of PCC cover. After particles characterization, the best ones were submitted to retention tests in pulp (DDA) using two different retention aids. The particles which demonstrated better results in retention tests (with DDA) were used to do laboratory papers with a paper former. With the papers made with modified PCC we tested their solids content and the most important structural, mechanical and optics properties. Using our developed procedure, the PCC covered with CMC and HPMC has shown to be ineffective without a significant difference between the modified and original PCC. On the other hand, the samples with cellulose acetate, ethyl cellulose and acetate butyrate cellulose has shown good results, with an increment in their size, a zeta potential change and a good polymer retention on samples (90%). The samples obtained by emulsion polymerization cover method also revealed good polymer retention. However, some samples with synthesized polymers were eliminated due to their color and excessive polymer content. The modified PCC with cellulose derivatives has a good retention on pulp too, with a little decrease in retention values compared to original PCC in most samples. With PCC modified with ethyl cellulose, using the retention aid A, and PCC modified with acetate butyrate cellulose, using the retention aid B, we obtained a little increase on PCC retention. The sample with synthesized copolymer doesn’t have a bad solid retention but its global results were worst than samples with cellulose derivatives. Because of that, the sample was not used in paper formation. Were also made retention tests with samples covered with the same polymers but with different molecular weights to study their influence on samples behavior. The results of that study were contradictory, using the PCC modified with ethyl cellulose, the retention values decrease with decreasing polymer molecular weight and, on other hand, the retention values of PCC modified with acetate butyrate cellulose increase with decreasing polymer molecular weight. The modified particle retention decreased in laboratory papers like we expected. However, that decrease was bigger than we considered, mainly in modified PCC with acetate cellulose (87% - DDA) to 39% - Former)). Using retention agent A, the sample with ethyl cellulose continues to be the one which leads to better PCC retention (~60%). To analyze the structural, optics and mechanical properties of papers with modified PCC, papers with fiber only, with fiber plus additives and with fibers plus additives plus PCC were made. Most of papers properties vary with PCC retention like were expected because their negative influence on fiber bonding. For that reason, bigger retention values will promote worse paper properties, as we can see with the results of acetate cellulose (worse retention and better mechanical properties) and ethyl cellulose (better retention and worst mechanical properties). Nevertheless, we can evaluate the influence of polymer on papers properties, comparing them with papers without PCC and with original PCC. The most important properties of papers with PCC with ethyl cellulose had been worse than the ones we can see in paper with original PCC. In that way, we can conclude that the ethyl cellulose doesn’t promote the filler-fiber bonding if they conduct to worse properties even with lower PCC content on paper. On the other hand, papers with cellulose acetate have showed better mechanical properties than paper with fiber and additives, showing an improvement on mechanical properties with PCC addition. The acetate butyrate cellulose shown intermediate results between cellulose acetate and ethyl cellulose. However, we believe that the difference in mechanical properties between acetate butyrate cellulose and cellulose acetate are lower than the differences on their retention, making that sample promising modified filler too. Concluding, we can say that, probably, the PCC modified with cellulose acetate improves the filler-fiber bonding but we must improve the particles retention to promote an increasing amount of modified PCC on writing and printing paper.
Description: Dissertação de mestrado em Engenharia Química, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra
URI: http://hdl.handle.net/10316/30002
Rights: openAccess
Appears in Collections:FCTUC Eng.Química - Teses de Mestrado

Files in This Item:
File Description SizeFormat
Revestimento de cargas minerais para papéis finos de impressão e escritar.pdf13.7 MBAdobe PDFView/Open
Show full item record

Page view(s)

195
checked on Oct 14, 2020

Download(s) 50

419
checked on Oct 14, 2020

Google ScholarTM

Check


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.