Efeito de aditivos nas propriedades físico-mecânicas da polpa celulósica industrial para produção de papéis de embalagens | Effect of additives on the physical-mechanical properties of industrial cellulosic pulp for the production of packaging papers

A indústria papeleira é representada por uma gama diversificada de papéis. O setor de embalagens sempre se destacou e durante a pandemia do COVID-19 evidenciou-se ainda mais a sua relevância para o mercado consumidor. O auxilio emergencial permitiu que mais pessoas tivessem acessos a compras pela internet ou procurassem serviços de delivery. Isso implicou em um maior número de caixas de papelão e sacos de papel circulando pelo mercado, aumentando as exigências de qualidade deste produto. Diante disso, investimentos em pesquisa buscam aperfeiçoar as propriedades físico-mecânicas dos papeis de embalagens por meio de alternativas inovadoras e sustentáveis, como por exemplo, uso de aditivos a partir de biopolímeros. A utilização de aditivos no papel é necessária, pois além de incorporar em propriedades físico-mecânicas também agrega valor de mercado. Os aditivos mais usuais de mercado são amido catiônico, nanoceluloses (CM/NF) ou carboximetilcelulose, que na maioria dos casos podem apresentar altos valores de compra. Poucos trabalhos utilizando tanino como aditivo para papel são encontrados na literatura e diante desse contexto, o objetivo do presente trabalho foi avaliar o impacto da aplicação de diferentes aditivos nas propriedades físico- mecânicas na polpa de alto kappa para produção de embalagens. Para a fabricação do papel kraftliner foi utilizada uma polpa de alto kappa fornecida por uma empresa do setor. Essa polpa foi caracterizada a nível de número kappa, viscosidade intrínseca, alvura, grau Schopper Riegler, índice de retenção de água e morfologia das fibras. Todos os biopolímeros (celulose microfibrilada – CMF, carboximetilcelulose – CMC, tanino catiônico e tanino aniônico) foram adquiridos através de empresa fabricantes. A incorporação dos aditivos na polpa foi realizada com três níveis de dosagem sendo: 0, 3, 6, e 9 Kg/t de polpa de polpa com etapas de aditivação, agitação, formação de folhas e testes físicos e mecânicos. Para os biopolímeros de característica aniônica como a CMF, CMC e tanino aniônico, foi necessária a utilização de agentes de retenção com carga de 1Kg/t de polpa de polpa, sendo a poliacrilamida (PDAC) para CMC e CMF e o hexametilenotetramina (HMTA) para o tanino aniônico. A gramatura adotada foi de 120 g/m², usual para papéis kraftliner. Foram realizados os testes físico-mecânicos de índice de tração (IT), índice de arrebentamento (IA), resistência ao esmagamento do anel (RCT), compressão do papelão ondulado (CMT) e resistência à passagem de ar (RPA). Em geral, todos os tratamentos com aplicação dos biopolímeros apresentaram ganhos em propriedades do papel quando comparados ao controle (sem aplicação) comprovando que houve adesão dos aditivos na matriz fibrosa. Dentre os taninos o que sobressaiu em incremento das propriedades físico- mecânicas do papel foi o tanino catiônico. Para índice de tração, índice de arrebentamento, resistência ao esmagamento do anel, compressão do papelão ondulado e resistência à passagem de ar os ganhos em porcentagem para estas propriedades representadas com o uso do tanino catiônico foi 9,5%, 24,42%, 20,7%, 7,0% e 48,82%, respectivamente. Ainda que foram constatadas a superioridade dos biopolímeros usuais, o tanino catiônico apresentou potencial como aditivo em papel para embalagem com menor custo de mercado, resultando em aumentos significativos no IA, RCT e RPA, podendo substituir aditivos de alto custo. Palavras-chave: Biopolímeros. Tanino. CMF. CMC. Polpa de alto kappa. Kraftliner.

The paper industry is represented by a diverse range of papers. The packaging sector has always stood out and during the COVID-19 pandemic, its relevance to the consumer market was even more evident. The emergency aid allowed more people to have access to online shopping or to look for delivery services. This resulted in a greater number of cardboard boxes and paper bags circulating in the market, increasing the quality requirements of this product. Therefore, investments in research seek to improve the physical-mechanical properties of packaging papers through innovative and sustainable alternatives, such as the use of additives from biopolymers. The use of additives in the paper is necessary, because in addition to incorporating physical-mechanical strength, it also adds market value. The most common additives on the market are cationic starch, nanocelluloses (CM/NF) or carboxymethylcellulose, which in most cases can have high purchase values. Few studies using tannin as an additive for paper are found in the literature and in this context, the objective of the present work was to evaluate the impact of the application of different additives on the physical-mechanical properties of high kappa pulp for packaging production. For the manufacture of kraftliner paper, a high kappa pulp supplied by a company in the sector was used. This pulp was characterized in terms of kappa number, intrinsic viscosity, brightness, Schopper Riegler grade, water retention index and fiber morphology. All biopolymers (microfibrillated cellulose – CMF, carboxymethyl cellulose – CMC, cationic tannin and anionic tannin) were acquired through manufacturing companies. The incorporation of the additives in the pulp was carried out with three dosage levels: 0, 3, 6, and 9 Kg/t de polpa with stages of additivation, agitation, sheet formation and physical tests. For anionic biopolymers such as CMF, CMC and anionic tannin, it was necessary to use retention agents with a load of 1Kg/t de polpa, with polyacrylamide (PDAC) for CMC and CMF and hexamethylenetetramine (HMTA) for the anionic tannin. . The weight adopted was 120 g/m², usual for kraftliner papers. The physical-mechanical tests of tensile index (TI), burst index (IA), ring crush strength (RCT), corrugated cardboard compression (CMT) and air passage resistance (RPA) were performed. In general, all treatments with the application of biopolymers showed gains in paper properties when compared to the control (without application) proving that there was adhesion of the additives in the fiber matrix. Among the tannins, the one that stood out in increasing the physical-mechanical properties of the paper was the cationic tannin. For tensile index, burst index, ring crushing strength, corrugated cardboard compression and air passage resistance, the percentage gains for these properties represented with the use of cationic tannin were 9.5%, 24.42%, 20.7%, 7.0% and 48.82%, respectively. Although the superiority of the usual biopolymers was verified, the cationic tannin showed potential as an additive in packaging paper with the lowest market cost, resulting in significant increases in IA, RCT and RPA, being able to replace high-cost additives. Keywords: Biopolymers. Tannin. CMF. CMC. High kappa pulp. Kraftliner.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior