AULA 6 - Papel e celulose

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TECNOLOGIA ORGÂNICA –
AGROINDÚSTRIA E MADEIREIRA
AULA 6
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Profª Lígia Fernanda Kaefer Mangini
CONVERSA INICIAL
PAPEL E CELULOSE
A indústria brasileira de celulose e papel destaca-se pela sustentabilidade de suas ações, sendo
capaz de gerar e distribuir riqueza de forma equilibrada entre negócio, sociedade e meio ambiente.
As florestas plantadas são responsáveis por gerar benefícios econômicos, sociais e ambientais.
Fornecem matéria-prima renovável e reciclável para a totalidade do papel produzido no Brasil.
Também protegem a biodiversidade e conservam o solo e a água.
Além disso, o processo de sequestro de carbono da atmosfera contribui significativamente para
o combate às mudanças climáticas. Fornecem alimentos e sustento para milhões de pessoas, gerando
valor social e valorizando pequenos produtores rurais.
A maior parte das indústrias de celulose no Brasil e no mundo utiliza o processo de polpação
Kraft. Esse processo caracteriza-se por permitir o reaproveitamento e recuperação dos resíduos
gerados no processo, reduzindo impactos ambientais e custos operacionais.
Com o avanço da engenharia genética e o desenvolvimento de novas tecnológicas, o Brasil
tende a se firmar entre os principais produtores de madeira, celulose e papel do mundo.
TEMA 1 – MATÉRIAS-PRIMAS FIBROSAS
Para a produção de celulose e papel são utilizadas, em sua maior parte, fibras de origem vegetal.
Porém, em casos especiais, podem ser utilizadas, isoladamente ou associadas às fibras vegetais, fibras
de origem mineral (asbesto e fibra de vidro), animal (lã, couro) ou sintética (poliéster, poliamida).
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As fibras vegetais podem ser provenientes do tronco das árvores (parte lenhosa), das folhas (sisal
e cânhamo), de frutos (algodão) e de rejeitos industriais (bagaço de cana, palha de cereais, entre
outros).
Mas você sabe por que as fibras vegetais são as mais utilizadas? Essas fibras são abundantes e
renováveis, além de apresentarem um custo relativamente baixo. Além disso, possuem a capacidade
de absorver água entre os seus componentes e, com isso, incham e tornam-se flexíveis. Também
apresentam a propriedade de se ligarem através de ligações eletrostáticas, formando uma rede
bastante resistente.
1.1 MADEIRA COMO MATÉRIA-PRIMA PARA A FABRICAÇÃO DE CELULOSE
Atualmente, em termos globais, aproximadamente 90% do material fibroso utilizado para a
produção de celulose é extraído da madeira.
As espécies de madeira usadas no Brasil são:
Folhosas (fibras curtas) ou Hardwood: Eucalyptus spp. (originário da Austrália e Tasmânia) –
saligna, grandis, urophylla, robusta, globulus, teriticornis etc.; e
Coníferas (fibras longas) Ou Softwood: Pinus spp. (originárias dos EUA e América Central): elliotii,
taeda, caribaea, patula, radiatta etc.
No Brasil, a espécie de conífera nativa Araucaria angustifólia (Pinho do Paraná) já foi bastante
utilizada na produção de polpa mecânica, principalmente, para a produção de papel-jornal. No
entanto, atualmente, seu uso está restrito a algumas plantas que produzem pasta mecânica em
pequena escala de produção.
A espécie Mimosa scabrella (Bracatinga) não é explorada comercialmente para a produção de
celulose. No entanto, poderia ser aproveitada para a produção de papel para escrita e impressão.
Outras fibras usadas fora do Brasil:
Hardwood: bétula (birch), bordo (maple), álamo ou faia (aspen), carvalho (oak) etc.; e
Softwood: abeto vermelho (spruce).
1.2 CARACTERIZAÇÃO BOTÂNICA DAS ESPÉCIES MAIS UTILIZADAS NO BRASIL
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O gênero Pinus engloba mais de 100 espécies. São plantas lenhosas, geralmente arborescentes,
podendo atingir grandes alturas, entre 30 e 50 m, dependendo da espécie. Possuem tronco reto, mais
ou menos cilíndrico, e copa em forma de cone. Suas folhas possuem forma de acículas (agulhas),
agrupadas em fascículos. A cor do cerne varia entre o amarelo-claro e o alaranjado ou castanho-
avermelhado.
Figura 1 – Pinus elliotti
PINUS
Classe: Conífera
Família: Pináceas
Gênero: Pinus
Crédito: Helissa Grundemann/shutterstock.
Trata-se de uma madeira de fibra longa, cujas fibras possuem comprimento médio de 3,34 mm e
largura média de 46,75 μm. A densidade da madeira, a 15% de umidade, varia entre 400 e 520 kg/m³.
Figura 2 – Eucalipto
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EUCALIPTO
Classe: Folhosas
Família: Myrtaceae
Gênero: Eucalyptus
Crédito: Wuttichok Panichiwarapun/Shutterstock
São plantas arbóreas, variando de 25 a 54 m de altura, de acordo com a espécie. A cor do cerne
varia do amarelo ao pardo-acinzentado ou, ainda, róseo-avermelhado.
A madeira é considerada como madeira de fibra curta, cujas fibras possuem comprimento médio
de 1,0 mm, largura de 20 m e espessura de parede celular de 6,0 m. Sua densidade varia bastante de
espécie para espécie, que vai desde 300 a 600 kg/m³.
Trata-se da espécie florestal mais plantada em todo o mundo. Existem mais de 700 espécies
conhecidas, sendo a grande maioria nativa da Austrália. O eucalipto é encontrado em mais de 100
países, nos cinco continentes. No Brasil, o cultivo do eucalipto iniciou nas primeiras décadas do
século XIX, como planta ornamental. Porém, a partir do século XX, deu-se início ao seu uso para fins
industriais.
O Brasil é referência mundial no cultivo de eucalipto, apresentando a maior produtividade, isto é,
o maior volume de madeira produzida por unidade de área por ano. Além disso, nossos plantios
possuem o menor tempo de rotação do mundo, que é o tempo entre o plantio e a colheita das
árvores. Apenas a título de comparação, o tempo de rotação no Brasil é de cerca de 6 a 7 anos,
enquanto em países de clima temperado, esse tempo pode chegar a 30 anos .
As florestas plantadas ocupam menos de 1% do território nacional e são responsáveis por mais
de 90% da madeira utilizada para fins produtivos. O eucalipto cultivado e manejado de forma correta
produz efeitos benéficos ao meio ambiente, tais como:
contribui com políticas de preservação das matas nativas;
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recupera áreas degradadas; e
contribui para a redução da quantidade CO2 na atmosfera.
A Figura 3 apresenta uma vista aérea de uma floresta de eucalipto plantada. Conforme pode ser
visto, os plantios de eucalipto são feitos entre corredores de vegetação nativa, dando a aparência de
um mosaico. O mosaico florestal, então, é uma técnica de manejo sustentável bastante utilizada por
empresas que produzem celulose e papel porque permite conciliar desenvolvimento econômico e
conservação ambiental.
Figura 3 – Mosaico florestal
Crédito: rahmat iqbal/Shutterstock.
Neste sistema, formam-se corredores ecológicos que permitem que a fauna e a flora possam
circular livremente, resultando em uma convivência harmoniosa que resulta em ganhos para a
biodiversidade e produtividade.
Nesta sistemática, as florestas nativas atuam na proteção das nascentes, na prevenção da erosão
e da degradação do solo, na ciclagem de água e de nutrientes e, ainda, são o habitat para uma
grande quantidade de espécies. Ao mesmo tempo, abrigam as plantações florestais de alto
rendimento que garantem a matéria-prima necessária para a crescente demanda mundial por papel e
produtos de madeira de baixo custo.
Mas, então, o que define uma boa matéria-prima para a produção de celulose e papel?
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a matéria-prima precisa ser fibrosa;
deve estar disponível em grandes quantidades, preferencialmente, durante todo o ano. No caso
de sazonalidade, deve permitir seu fácil armazenamento;
a exploração deveser econômica e acessível; e
deve ser renovável, ter custo baixo e, principalmente, fornecer ao produto final as características
desejadas.
TEMA 2 – COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA MADEIRA
Em relação à composição química elementar, não existem diferenças significativas entre as mais
variadas espécies de madeira. Os principais elementos químicos presentes são: carbono (C), oxigênio
(O) e hidrogênio (H), além de pequenas quantidades de nitrogênio (N).
A composição percentual dos principais elementos químicos, em relação ao peso seco da
madeira, para diversas espécies de coníferas e folhosas é: 49 a 50% de C, 6% de H, 44 a 45% de O e
0,1 a 1% de N.
Além desses elementos, alguns minerais também estão presentes em pequenas quantidades:
cálcio (Ca), potássio (K), magnésio (Mg), entre outros.
2.1 SUBSTÂNCIAS MACROMOLECULARES
As principais substâncias macromoleculares presentes em todas as madeiras são: celulose,
hemiceluloses (polioses) e lignina. Já os componentes minoritários de baixo peso molecular são os
extrativos e substâncias minerais. A Tabela 1 apresenta a composição média dos principais
constituintes de madeiras de coníferas e folhosas.
Tabela 1 – Composição química de madeiras de coníferas e folhosas
  Celulose (%) Hemiceluloses (%) Lignina (%) Extrativos (%)
Coníferas 42 ± 2 27 ± 2 28 ± 2 5 ± 3
Folhosas 45 ± 2 30 ± 5 20 ± 4 3 ± 2
Fonte: Klock; Andrade, 2013.
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2.1.1 Celulose
É o principal constituinte da parede celular da fibra. Praticamente a metade das madeiras de
coníferas e folhosas é a celulose. Trata-se de um polímero linear de alto peso molecular (entre
162.000 e 2.400.000), formado exclusivamente por β-D-glucose. O prefixo D, de dextrogira, indica
que essa substância gira a luz polarizada no sentido horário (Figura 4).
Figura 4 – β-D-glucose
Crédito: Bacsica/Shutterstock.
Para formar a celulose, as unidades de β-D-glucose se ligam através dos carbonos 1 e 4. A Figura
5 apresenta a fórmula de representação da celulose:
Figura 5 – Fórmula da celulose
Crédito: petrroudny43/Shutterstock.
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À temperatura ambiente, a celulose é insolúvel em solventes orgânicos, água, ácidos e álcalis
diluídos. Isto é consequência do comprimento da sua cadeia.
As moléculas de celulose têm forte tendência a formar pontes de hidrogênio intermoleculares
(entre moléculas de glucose adjascentes) e intramoleculares (dentro da molécula de glucose). Por
esse motivo, feixes de moléculas de celulose se unem na forma de microfibrilas, em que regiões
altamente ordenadas (cristalinas) se alternam com regiões menos ordenadas (amorfas). As
microfibrilas formam as fibrilas e estas formam as fibras celulósicas, conforme pode ser visualizado na
Figura 6. Essa estrutura fibrosa confere à celulose alta resistência à tração.
Figura 6 – Formação da fibra de celulose
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Crédito: Smile Ilustras.
Para formar a fibra de celulose, unem-se moléculas de celulose de diferentes tamanhos. Por esse
motivo, o grau de polimerização ou massa molecular de certa amostra é sempre um valor médio. A
massa molecular pode variar de 50.000 a 2.500.000, dependendo da origem da amostra.
2.1.2 Hemiceluloses
A mistura de polissacarídeos com massa molecular entre 25.000 e 35.000 é chamada de
hemiceluloses. Essas substâncias estão estreitamente ligadas com a celulose e com a lignina nos
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tecidos das plantas.
Diferentemente da celulose, que é formada por apenas um tipo de monossacarídeo (β-D-
glucose), as hemiceluloses são formadas por vários tipos, tais como: xilose, manose, glucose,
arabinose e galactose. E, ainda, o ácido galactourônico, ácido glucourônico e ácido
metilglucourônico. Sendo assim, o termo hemiceluloses designa um conjunto de compostos
poliméricos encontrados nos vegetais fibrosos e não um único composto químico definido. O teor e
a proporção das substâncias formadoras das hemiceluloses variam bastante com a espécie e, até
mesmo, de árvore para árvore. Na sequência, seguem os grupos de hemiceluloses que estão
presentes em todas as plantas.
Glucouranoxilanas: são polímeros de xilose com ácido poliglucourônico. Encontrados nas
madeiras de folhosas, sendo a hemicelulose majoritária (25 a 35% de sua massa seca).
Galactoglucomananas: nesses polímeros, unidades de manose e glucose alinham-se ao longo
da cadeia, enquanto unidades de galactose encontram-se dispostas lateralmente à cadeia
polimérica. Na madeira das coníferas, podem ocorrer em proporções de até 20% de sua massa
seca.
Glucomananas: polímeros formados por unidades de manose e glucose. Também são
encontradas na madeira das coníferas.
Arabinoglucouranoxilanas: encontradas na madeira de coníferas nas proporções de 5 a 10%
de sua massa seca. É o polissacarídeo mais difícil de ser isolado puro.
Arabinogalactanas: são hemiceluloses extracelulares, ou seja, presentes fora da parede celular.
Encontradas em quantidades mínimas e são facilmente extraídas pela água.
Sendo assim, podemos verificar que a madeira de folhosas apresenta maiores teores de
glucouranoxilana. Já a madeira de coníferas apresenta maiores teores de glucomananas,
galactoglucomanana e, ainda, arabinoglucourano-xilana. Mas qual é a importância das hemiceluloses
para a produção de celulose e papel?
As hemiceluloses são substâncias amorfas, de baixa massa molecular, de configuração irregular e
ramificada. Essas características contribuem para o intumescimento e aumento da flexibilidade das
fibras e, consequentemente, a redução do tempo e da energia de refino das pastas celulósicas e ao
aumento da área de ligação das fibras.
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Outro aspecto bastante importante é a influência das hemiceluloses no processo de secagem
das pastas celulósicas. Por serem amorfas e adesivas, na secagem, as hemiceluloses perdem a
elasticidade e endurecem. Com isto, tornam-se inacessíveis à água e aos agentes de intumescimento,
estendendo essas características às fibras. Sendo assim, a presença das hemiceluloses deve ser
mínima em pastas celulósicas que serão secas.
2.1.3 Lignina
A lignina é um polímero de natureza aromática composta por unidades de fenil-propano,
formada por um sistema heterogêneo e ramificado, sem nenhuma unidade que se repete. Possui alto
peso molecular. O sistema é totalmente amorfo e, provavelmente, está ligado às hemiceluloses da
madeira. As ligninas são a fração não carboidrato da madeira. São extremamente complexas e difíceis
de caracterizar.
A estrutura química da lignina não é totalmente conhecida (Figura 7). No entanto, já está
comprovado que na composição química elementar estão presentes apenas carbono, hidrogênio e
oxigênio.
Figura 7 – Molécula da Lignina
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Crédito: Ali DM/Shutterstock.
As coníferas apresentam teores de lignina entre 24 e 34%, contra 16 a 24% encontradas nas
folhosas de zona temperada. No entanto, as folhosas de zona tropical apresentam teores mais altos,
entre 25 e 33%.
Nas plantas, a lignina possui a função de aumentar a rigidez da parede celular e reduzir a
permeabilidade da parede à água. Além disso, é a lignina que une as células umas às outras. Esse
composto ainda protege a madeira contra micro-organismos, pois é uma espécie de fungicida
devido à sua característica fenólica.
A lignina na madeira é incolor ou levemente bege. No entanto, devido à sua reatividade e
tendência a formar grupos cromóforos, a lignina é responsável pela cor da pasta celulósica.
2.2 COMPONENTES ACIDENTAIS DA MADEIRA
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Os componentes acidentais são substâncias que não integram a parte estrutural da parede
celularou lamela média. Entre esses compostos estão os extrativos, substâncias facilmente solúveis
em solventes orgânicos neutros ou água. Outros compostos, tais como proteínas, materiais
inorgânicos e ácidos e sais orgânicos são parcialmente insolúveis nos solventes usados para remover
os extrativos.
Os extrativos são responsáveis por conferir algumas características à madeira, tais como: cor,
cheiro, resistência ao apodrecimento, gosto e propriedades abrasivas. Cerca de 3 a 10% da madeira
seca é constituída de extrativos. Nas coníferas, o teor fica entre 5 e 8%. Já nas folhosas de regiões
temperadas na faixa de 2 e 4%, podendo ultrapassar 10% na madeira de espécies de lugares
tropicais.
Agora que já conhecemos os principais componentes da madeira, vamos esquematizar para uma
melhor compreensão:
Figura 8 – Fluxograma resumo da constituição química da madeira
TEMA 3 – PREPARO DA POLPA DE CELULOSE
Aprendemos nas seções anteriores que a madeira é uma matéria-prima fibrosa, ou seja, que a
madeira é formada por fibras que estão ligadas entre si por forças interfibrilares e pelos polímeros
intercelulares (lignina e carboidratos) que atuam como ligantes.
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Para a produção da polpa celulósica, essas fibras, unidas por forças coesivas intermoleculares,
precisam ser separadas por meio da aplicação de certa quantidade de energia. Sendo assim, define-
se polpação ou desfibramento como o processo de separação das fibras da madeira mediante a
utilização de energias mecânica, térmica, química ou uma combinação destas. A forma e a
quantidade de energia utilizada para isolar as fibras determinam as características da polpa
produzida.
Polpação mecânica é a denominação do processo de desfibramento realizado por ação
mecânica. Neste caso, obtêm-se fibras inteiras, fibras danificadas, pedaços e aglomerados de
fibras e finos.
Polpação química é o processo de desfibramento resultante da dissolução quase total da
lignina, seguida pela liberação das fibras celulósicas. Neste caso, as fibras são separadas
inteiras, totalmente individualizadas.
Entre esses dois processos, há os chamados processos termomecânicos, quimiotermomecânicos
e químico-mecânico que envolvem um prévio tratamento químico e/ou térmico dos cavacos, seguido
pelo desfibramento mecânico. Nesses processos, as fibras são obtidas inteiras, danificadas e em
pedaços.
O tipo de processo define o rendimento em polpa, conforme pode ser visualizado na Tabela 2.
Tabela 2 – Rendimento em polpa dos principais processos de polpação
PROCESSOS RENDIMENTO (%)
Mecânicos 90 a 95
Químico-mecânicos e semiquímicos 65 a 90
Químicos 30 a 65
Fonte: Lígia Fernanda Kaefer Mangini, 2021.
3.1 POLPAÇÃO DE ALTO RENDIMENTO
Processos de alto rendimento são os processos cujos rendimentos na transformação da matéria-
prima em pasta são superiores a 80%. Os principais processos são:
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3.1.1 Pasta Mecânica Convencional (PMC)
O princípio básico desse processo envolve pressionar a madeira contra a superfície de uma
pedra de um desfibrador, na presença de água. O principal equipamento, sem dúvida alguma, é o
desfibrador de pedra. A madeira pode ser alimentada de forma manual ou automática.
Chuveiros de água são utilizados para diminuir a temperatura e ainda remover a pasta
produzida. São alcançados rendimentos de aproximadamente 95%. A polpa produzida por esse
processo possui fibras com formas e tamanhos variados.
3.1.2 Pasta Termo Mecânica (PTM)
Neste caso, cavacos de madeira são pré-aquecidos com vapor saturado e, na sequência,
desfibrados sob pressão. Isto permite que o consumo de energia mecânica seja reduzido.
Sendo assim, esse processo é composto por dois estágios:
1º. Estágio – ocorre o aquecimento dos cavacos com vapor saturado a 120 - 140 ºC durante 1 a
3 minutos; e
2º. Estágio – os cavacos amolecidos pelo calor e umidade do vapor são desfibrados em
desfibradores de discos giratórios.
Com relação às variáveis do processo, tem-se que: o vapor utilizado deve estar saturado e a
pressões entre 1 e 3 atm; o tempo de amolecimento deve variar entre 1 e 3 minutos, pois acima
desse tempo a pasta pode escurecer, e o teor de umidade da madeira deve estar entre 20 e 40%
(teor de umidade baixo aumenta o teor de rejeitos e fibras quebradiças).
3.1.3 Pasta Químico-Mecânica
Neste processo, os cavacos de madeira são, inicialmente, encharcados com reagentes químicos
e, posteriormente, recebem tratamento mecânico em desfibradores de disco, à pressão ambiente.
O licor empregado pode conter apenas hidróxido de sódio (NaOH), mas outros reagentes
químicos também podem eventualmente ser usados. O estágio de impregnação pode ocorrer à
temperatura ambiente ou a temperaturas mais elevadas.
No processo soda a frio, a solução de hidróxido de sódio tem a função de romper algumas
forças adesivas intercelulares. Assim, a pasta produzida contém uma maior quantidade de fibras
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completamente separadas quando comparado ao processo termomecânico. Em contrapartida, o
rendimento tende a ser menor devido à dissolução de certa quantidade de lignina e algumas
hemiceluloses. O uso da energia química reduz o consumo de energia mecânica.
3.1.4 Pasta Químico-Termo-Mecânica (CTMP)
Neste caso, os cavacos são, primeiramente, impregnados com reagentes químicos (sulfito e/ou
hidróxido de sódio) e pré-aquecidos de 90 a 150 ºC para ajudar a amolecer o material adesivo entre
as fibras. Os cavacos são, então, refinados em um desfibrador de disco pressurizado. A pasta
produzida apresenta uma quantidade relativamente alta de finos.
Esse processo foi, inicialmente, desenvolvido para folhosas que possuem madeira mais fácil de
impregnar. No entanto, atualmente, aplica-se também para coníferas.
Se, por um lado, as pastas mecânicas possuem resistências físico-mecânicas reduzidas, por outro,
apresentam boas propriedades para impressão, além de boa opacidade e baixo custo de produção.
Essa pasta é utilizada, principalmente, para a produção de: papel-jornal, catálogos, revistas, papéis
absorventes (guardanapos, toalhas, higiênicos) e papelão.
3.2 POLPAÇÃO QUÍMICA
Nos processos químicos, a separação das fibras ocorre pela ação de produtos químicos que
atuam, principalmente, sobre a lignina que compõe a lamela média e que une as fibras entre si.
Existem vários processos químicos, mas os de maior importância industrial envolvem a polpação
Kraft e a polpação soda (processos alcalinos) e a polpação sulfito (processo ácido).
A operação inicial de deslignificação é denominada cozimento ou digestão da madeira. Em um
processo de cozimento, procura-se atingir: grau de cozimento, viscosidade, rendimento e teor de
rejeitos.
Grau de cozimento: indica quanto de lignina foi removida das fibras durante o cozimento. O
número Kappa é a medida utilizada para determinar o grau de cozimento da polpa. Quanto
maior o número Kappa, maior a quantidade de lignina presente e menor o grau de cozimento.
Viscosidade: a viscosidade é proporcional ao peso molecular médio e comprimento das fibras.
Fibras danificadas, degradadas devido a cozimento excessivo ou branqueamento possuem
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cadeias celulósicas menores e, consequentemente, viscosidade mais baixa.
Rendimento: é a variável mais importante do ponto de vista econômico. É a relação entre a
quantidade de polpa produzida e a madeira alimentada.
Teor de rejeitos: independentemente do tipo de madeira e do processo de cozimento, os nós
estão sempre presentes. Os nós possuem alta densidade e baixa porosidade. Logo, não
cozinham facilmente e são rejeitos inevitáveis.
3.2.1 Processo sulfato ou Kraft
Atualmente, a maior parte das polpas químicas é produzida pelo processo Kraft, devido às
vantagens desse processo, tais como os que se seguem.tempos curtos de cozimento.
flexibilidade quanto às matérias-primas utilizadas (coníferas, folhosas, resíduos agrícolas).
excelente resistência mecânica da celulose obtida.
permite a recuperação do licor residual (licor negro).
Esse processo consiste no cozimento dos cavacos de madeira junto com uma solução de
hidróxido de sódio e sulfeto de sódio que visa dissolver a lignina, preservando a resistência das fibras,
obtendo-se, assim, uma celulose forte. Kraft significa forte em alemão.
Tanto o rendimento, quanto a qualidade da celulose produzida pelo processo Kraft são
influenciados por diversos fatores. Os principais são: a matéria-prima utilizada, a composição química
do licor de cozimento, a relação licor: madeira, a temperatura e o tempo de cozimento, além do tipo
de digestor.
Antes de entrarmos no processo propriamente dito, alguns termos precisam ser conhecidos.
Licor branco: é o licor usado no cozimento. Esse licor contém, principalmente, NaOH e Na2S.
Licor negro: é o licor recuperado do digestor após o processo de cozimento. A composição
desse licor é mais complexa. Possui diversos sais de sódio e compostos orgânicos.
Licor verde: é o licor obtido após o processo de recuperação, ou seja, logo após a queima do
licor negro e antes da caustificação. Nesse licor, estão presentes, principalmente, Na2S e
Na2CO3.
A composição do licor de cozimento é expressa pelas variáveis álcali-ativo (AA) e sulfidez.
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Álcali Ativo (AA): inclui NaOH e Na2S, expresso como Na2O. É, geralmente, expresso em %
sobre o peso de madeira absolutamente seca. Varia de 13 a 25%.
Sulfidez ou sulfididade: a sulfidez do licor é dada pela presença do Na2S. É a porcentagem
encontrada ao dividir Na2S, expresso como Na2O pelo álcali ativo. Em geral, emprega-se de 20
a 30% de sulfidez.
Então, vamos ao processo! A polpação Kraft pode ser realizada em batelada ou continuamente.
No processo em batelada, o digestor é preenchido com cavaco e licor branco. A carga de cavaco e
licor é aquecida, geralmente, por circulação forçada do licor através de trocador de calor. Ar e gases
não condensáveis são removidos do digestor através de válvulas de controle de pressão dispostas no
topo do digestor.
Após 1 a 1,5 h, a temperatura máxima (normalmente ao redor de 170 ºC) é atingida, o que
permite a impregnação do cavaco com o licor de cozimento. O cozimento é mantido, então, por 1 a 2
horas, tempo necessário para que as reações de cozimento se completem. Após o cozimento, o
material é descarregado em tanques pressurizados. Na saída do digestor, os cavacos estão
amolecidos, mas ainda não foram desfibrados, o que irá acontecer nos refinadores de disco. Os
vapores resultantes do processo são condensados e o condensado é utilizado na lavagem da polpa.
Em cozimentos contínuos, os cavacos são primeiramente aquecidos em um vaso com vapor.
Neste vaso, ar e gases não condensáveis são removidos. Na sequência, os cavacos e o licor branco
entram no digestor contínuo. Em uma primeira etapa, cuja temperatura é intermediária (115 a 120
ºC), ocorre a impregnação do cavaco com o licor.
Conforme o material move-se dentro do digestor, vai sendo aquecido até atingir a temperatura
de cozimento. O aquecimento se dá por injeção de vapor ou por circulação forçada do licor através
de trocador de calor. A mistura é, então, mantida na temperatura de cozimento por 1 a 1,5 h.
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Após esse tempo, o licor quente é retirado para um tanque de baixa pressão, onde ocorre a
geração de vapor. Este é o vapor usado no vaso de vapor. A polpa é esfriada abaixo de 100 ºC com
licor frio. Na sequência, é lavada em tambores lavadores a vácuo dispostos em série em sistema
contracorrente para minimizar a diluição do licor. Após lavagem, a polpa é peneirada e limpa o
grama
Conforme comentado anteriormente, o licor branco é uma solução de hidróxido de sódio e
sulfeto de sódio, sendo estes reagentes responsáveis pela dissolução da lignina. No entanto, o licor
industrial também possui outros sais de sódio que se formam ou durante o cozimento ou,
posteriormente, na fase de recuperação do licor. Os principais sais de sódio são: carbonato, sulfato,
sulfito e tiossulfato.
As reações que se desenvolvem no processo Kraft são bastante complexas e ainda não foram
totalmente elucidadas. Mas, de forma simplificada, a lignina é quimicamente quebrada em
fragmentos pelos íons hidroxila (OH-) e hidrosulfitos (SH-) presentes no licor de cozimento. As
hemiceluloses e a celulose também são quimicamente atacadas e dissolvidas em alguma extensão. O
sulfeto de sódio em solução hidrolisa, conforme equação mostrada a seguir:
Na2S + H2O ↔ NaOH + NaHS
Assim, o sulfeto de sódio presente no licor tem a função de aumentar a disponibilidade de
NaOH, à medida que este vai sendo consumido durante o processo de cozimento. Além disso, o
sulfeto age aumentando a velocidade e efetividade da remoção de lignina. Isto porque o grupo –SNa
reage com a lignina tornando-a mais solúvel. Outro aspecto positivo é a inibição do ataque do NaOH
à celulose, melhorando a qualidade da polpa produzida.
O principal inconveniente do uso do Na2S está relacionado à formação de mercaptanas e os tio-
éteres durante o cozimento, compostos que possuem odores bastante desagradáveis.
As forças motrizes do processo de polpação Kraft são a concentração de álcali e a temperatura.
Para que a reação de deslignificação ocorra a uma velocidade industrialmente interessante, a
temperatura deve ser mantida entre 165 e 175 ºC. Abaixo de 170 ºC, não se observam ganhos de
rendimento. Acima de 180 ºC, a celulose torna-se susceptível à degradação.
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Tempo e temperatura são variáveis interdependentes. À medida que se aumenta a temperatura,
pode-se diminuiu o tempo de cozimento. O Fator H é um fator que associa o tempo e a temperatura
de cozimento em uma única variável. Celuloses produzidas com o mesmo fator H possuem
características semelhantes. O fator H é muito útil, pois permite que se altere o tempo ou a
temperatura do cozimento, sem alteração no tipo de celulose produzida.
As polpas produzidas pelo processo Kraft são muito utilizadas na fabricação de papéis, cuja
resistência é essencial, tais como sacolas, sacos de cimento etc. Em geral, o rendimento obtido é
baixo, sendo de 40 a 45% para as coníferas e entre 45 e 54% para as folhosas.
As principais desvantagens do processo Kraft:
altos custos energéticos;
geração de mercaptanas, responsáveis pelo odor;
baixo rendimento (40 – 50%);
baixa alvura da polpa não branqueada; e
custo de implantação da planta industrial elevado.
TEMA 4 – BRANQUEAMENTO
O branqueamento é um processo físico-químico que visa branquear a polpa celulósica, ou seja,
remover ou modificar alguns constituintes da polpa não branqueada, tais como a lignina e seus
produtos de degradação, extrativos, íons metálicos, carboidratos não celulósicos e impurezas de
vários tipos. O objetivo principal do branqueamento é melhorar as propriedades ópticas da polpa
celulósica, levando-se em consideração os seguintes parâmetros: menor dano às fibras; mínima perda
de rendimento, baixo custo e o menor impacto ambiental possível.
Os parâmetros normalmente utilizados para medir a eficiência do branqueamento são as
propriedades óticas da celulose (alvura, brancura, opacidade e estabilidade de alvura), relacionadas
com a absorção ou a reflexão da luz.
O aumento da alvura ocasiona um aumento da qualidade visual e, consequentemente, do valor
dos papéis para impressão e escrita e dos materiais de embalagem. Além disso, aumenta a aceitação
do mercado por produtos absorventes, tais como toalhas de papel, lenços de papel e fraldas.
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No caso de polpas solúveis, o branqueamento é necessáriotanto para branquear quanto para
reduzir a viscosidade da polpa até o nível desejado. Nos estágios de pré-branqueamento, a avalição
da intensidade de deslignificação se dá pelo teor de lignina residual. O teor de lignina residual indica,
ainda, a quantidade de reagentes de branqueamento que será utilizada nos estágios posteriores. É o
número Kappa que expressa o teor de lignina para a polpa Kraft.
A viscosidade tem relação com o grau de polimerização da celulose e varia inversamente com a
resistência do papel. A viscosidade da polpa diminui durante o processo de branqueamento porque
ocorre certa degradação dos carboidratos à medida que a lignina vai sendo removida e modificada.
Assim, deve-se estabelecer um ponto de equilíbrio entre todas as variáveis de controle do
branqueamento. A Figura 10 apresenta a relação entre viscosidade, alvura e número Kappa.
Figura 10 – Relação entre as variáveis de controle do branqueamento
4.1 PROPRIEDADES ÓTICAS DA POLPA
Alvura e brancura são propriedades da celulose que indicam o quão branca a celulose está. A
alvura (brightness) é definida como a refletividade de uma amostra comparada com a refletividade de
uma superfície padrão especificada (refletividade de 100%), usando luz azul como um comprimento
de onda específico de 457 nm.
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Um bom padrão de referência é um bloco de óxido de magnésio (MgO) recentemente
preparado. A alvura é medida como uma porcentagem desse padrão. Devido à praticidade, utiliza-se
muito o BaSO4, que apresenta características de alvura semelhantes às do MgO.
A celulose branqueada tem valores de alvura entre 86 e 94% ISO. A alvura exigida depende da
finalidade da polpa celulósica. Uma polpa branqueada que será comercializada no mercado
internacional deve ter alvura de 90% ISO. Já uma polpa semi-branqueada deve ter alvura entre 60-
70% ISO. A celulose não branqueada tem alvura entre 20 e 30% ISO.
Já a brancura (whiteness) considera a refletividade em toda a região do visível, que vai de 400 a
700 nm. Assim, a brancura expressa um valor para o branco mais próximo com a percepção do olho
humano. Mas, então, qual é a melhor medida alvura x brancura?
A resposta é: depende! A alvura é muito utilizada pela indústria de celulose. Isto porque a
celulose um material amarelado que absorve radiação violeta e azul-violeta. Assim, quando se
removem os compostos que conferem a coloração amarelada, ocorre um aumento da reflexão de
radiação na faixa do azul e a alvura aumenta. Portanto, a análise de alvura é um método eficiente
para o controle do processo de branqueamento. Por outro lado, as indústrias de papel precisam de
um controle mais rigoroso das características óticas dos seus produtos. Logo, utilizam a brancura.
4.2 TIPOS DE BRANQUEAMENTO
O branqueamento da polpa celulósica pode ocorrer:
por modificação dos grupos cromóforos da polpa; e
por remoção dos grupos cromóforos e leuco-cromóforos da polpa.
4.2.1 Branqueamento por modificação dos grupos cromóforos
É utilizado, principalmente, nas polpas mecânicas, semiquímicas e fibras recicladas. Conforme
visto na seção anterior, no processo mecânico quase todos os componentes originais da madeira
permanecem na polpa. Sendo assim, o branqueamento deve ser conduzido de maneira que não
ocorra a solubilização da lignina, pois isto ocasionaria uma significativa perda de rendimento e um
consumo excessivo de reagente de branqueamento.
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Os agentes de branqueamento, neste caso, são limitados àqueles que não extraem os
componentes da madeira, mas convertem as substâncias cromóforas em incolores ou leuco-
cromóforas. O hipoclorito tem sido usado, principalmente, para polpa de madeira de folhosas.
Os hidrossulfitos e peróxidos são os agentes mais eficientes e mais usados. Esses reagentes não
são capazes de produzir elevada alvura ou proporcionar uma maior estabilização da reversão após o
envelhecimento. No entanto, são suficientes para melhorar o aspecto visual do papel-jornal e do
papel-cartão e, ainda, produzir um papel revestido com qualidade satisfatória.
O branqueamento é efetuado em sequências mais curtas:
Em um único estágio (P ou Y ou FAS);
Em duplo estágio (P-P, P-Y, Y-P, FAS-P); e
Em triplo estágio (P-P-Y).
Em que P = peróxido de hidrogênio, Y = hidrossulfito de sódio, FAZ = ácido formamidino
sulfínico.
4.2.2 Branqueamento por remoção de cromóforos e leuco-cromóforos
No caso das polpas químicas, a maior parte da lignina é removida na etapa de polpação e a
lignina remanescente acaba sofrendo uma modificação considerável durante o cozimento. Assim, o
branqueamento acaba por completar a remoção da lignina modificada que ainda permanece na
polpa.
Isto é feito por meio de uma série de tratamentos envolvendo cloro, soda cáustica e agentes
oxidantes (hipocloritos, dióxido de cloro e, às vezes, peróxidos) que solubilizam e oxidam
seletivamente qualquer traço de material colorido remanescente na polpa a um estado incolor. O
reagente apropriado deve ter baixo custo, ser seletivo e deve oxidar a lignina rapidamente, sem
atacar os carboidratos. Os principais tratamentos são:
Convencional = Standard
Com cloro ativo
ECF = Elemental Chlorine Free
Com dióxido de cloro
ECF-light = Elemental Chlorine Free, com pouco ClO2
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Com menor dosagem de dióxido de cloro
TCF = Totally Chlorine Free
Sem cloro ou dióxido de cloro
4.2.3 Branqueamento em multiestágios
A tecnologia moderna de branqueamento favorece sequências de branqueamento de multi-
estágios para a produção de polpa com alta alvura, boa qualidade e baixo custo. O tipo e o número
de estágios de branqueamento devem considerar:
aspectos ambientais;
o fim a que se destina a polpa branqueada (alvura, qualidade etc.);
processo de polpação (Kraft, soda, sulfito etc.);
tipo de material fibroso (fibra curta, fibra longa etc.); e
número Kappa da polpa marrom.
O branqueamento de polpas químicas ocorre em 3 etapas:
Deslignificação – dissolução ou ativação para dissolução de estruturas de cromóforos que não
foram removidas durante o cozimento da madeira (deslignificação com oxigênio, cloração,
dioxidação, ozonólise);
Extração – dissolução de fragmentos da lignina solúveis em álcali e, quando desejável,
eliminação de carboidratos não celulósicos (extração alcalina simples e oxidativas); e
Alvejamento – oxidação de grupos cromóforos remanescentes na polpa para produzir material
de alta lavura (hipocloração, dioxidação, peroxidação).
O branqueamento de polpas químicas é efetuado passo a passo, em sequências de 2 a 10
estágios. As sequências típicas de branqueamento são:
Convencional
CEH, CEHH, C(EPO)HP
CEHD, CEDED, (DC)(EPO)EDE
O(DC)(EPO)D, O(DC)(EPO)DED
ECF
D(EO)D(EP)D, D(EPO)DED, D(EPO)D(EP)D
OD(EPO)D, OD(EPO)DD, OD(EPO)DO, OD(EPO)DED
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FAZ/D(EPO)DP, OD*(EPO)DP
O(ZD)(EPO)D, OZ/EDP
ECF-light = Elemental Chlorine Free, com pouco ClO2
OQ(EPO)DP
O(ZD)(EPO)/P, OZ/EDP
TCF = Totally Chlorine Free
OQ(EPO)(ZQ)P, O(ZQ)(EPO)(ZQ)P
OQ(EPO)Q(EPO)/P, AO(EPO)Q(EPO)/P, OQ(EPO)PaaP
Tabela 3 – Símbolos representativos dos estágios de branqueamento
Símbolo Nome do estágio Reagentes usados
C Cloração Cloro gasoso ou água de cloro
E Extração alcalina Solução de hidróxido de sódio
(EH) Extração oxidativa Inclusão de hipoclorito no estágio de extração
(EP) Extração oxidativa Inclusão de peróxido no estágio de extração
(EO) Extração oxidativa Inclusão de oxigênio no estágio de extração
(EPO) Extração oxidativa Inclusão de peróxido de hidrogênio e oxigênio no estágio de extração
H Hipocloração Solução de hipoclorito de sódio ou cálcio
D Dioxidação Solução aquosa de dióxido de cloro
P Peroxidação Solução aquosa de peróxido / álcali
O Oxigenação Gás oxigênio e álcali
O/O Oxigenação em duploestágio Gás oxigênio e álcali
Z Ozonólise Gás ozônio (2-15% em oxigênio) e ácido
(C+D) Cloro + dióxido de cloro Mistura de cloro com dióxido de cloro
(CD) Cloro ® dióxido de cloro Cloro seguido de dióxido de cloro sem lavagem intermediária
(DC) Dióxido de cloro ® cloro Dióxido de cloro seguido de cloro sem lavagem intermediária
(DZ) Dióxido de cloro ® ozônio Dióxido de cloro seguido de ozônio sem lavagem intermediária
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(ZD) Ozônio ® dióxido de cloro Ozônio seguido de dióxido de cloro sem lavagem
A Lavagem ácida Tratamento da polpa com ácido para remover metais
Q Quelação Tratamento da polpa com quelante (EDTA, DTPA etc.)
Y Redução com hidrossulfito Solução de ditionito ou hidrossulfito de sódio ou zinco
FAZ Redução com FAZ Solução de formamidina ácido sulfínico
Fonte: elaborado com base em IPT, 1988.
A Figura 11 apresenta um fluxograma de processo de branqueamento, em que os estágios
individuais (CD)(O) DED podem ser observados. Cada estágio utiliza produtos químicos, água para
lavagem e vapor para aquecimento. Os efluentes ácidos e alcalinos são mantidos separados. Eles
serão combinados com outros efluentes da fábrica, neutralizados e tratados antes de serem
descartados.
Figura 11 – Fluxograma de uma planta de branqueamento
Portanto, cada estágio (Figura 12) envolve a mistura da polpa com reagentes químicos e vapor, a
reação da mistura em recipientes adequados e a lavagem da polpa após reação. A lavagem entre
estágios tem por objetivo remover o material já oxidado e expor novas superfícies à ação do
oxidante, reduzindo, assim, o consumo de reagentes.
Figura 12 – Operações unitárias no estágio de branqueamento
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A eficiência de cada operação impacta significativamente no desempenho da planta de
branqueamento. Por exemplo, uma mistura ineficiente pode acarretar um alto consumo de produtos
químicos, baixa alvura e degradação da polpa. Já a presença de caminhos preferenciais dentro do
reator pode causar baixa alvura e controle deficiente. Uma lavagem deficiente, principalmente na
etapa de deslignificação, acarretará num aumento do consumo de produtos químicos.
O branqueamento da polpa química ocorre pela reação química entre a lignina e os
componentes cromóforos com os reagentes. Existem quatro variáveis básicas que afetam as reações
químicas.
Concentração: mantendo-se as demais variáveis constantes, o aumento da consistência da
polpa ou a adição de maiores quantidades de reagentes aumenta a taxa de reação.
Tempo de retenção: quanto maior o tempo de exposição da fibra celulósico aos reagentes,
maior será o grau de branqueamento.
Temperatura de reação: os limites variam de reagente para reagente. No entanto, o aumento da
temperatura acelera a reação de branqueamento.
pH: indica o nível de acidez ou alcalinidade em que a concentração do reagente ativo é
máxima, favorecendo o branqueamento.
O branqueamento convencional da polpa Kraft é realizado em 5 a 6 estágios, pelas sequências
CEDED, CEHDED ou OCEDED para a produção de polpa de alta qualidade e baixo custo. Já as
sequências de 3 a 5 estágios, tais como CEHD, CEHDH e CEHED, são, normalmente, utilizadas em
plantas integradas para produzir polpa com menor alvura.
TEMA 5 – FABRICAÇÃO DE PAPEL
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O papel é um material constituído por elementos fibrosos unidos tanto fisicamente (por
entrelaçamento), como quimicamente (por pontes de hidrogênio). Independe do tipo de fibra
utilizada, o processo de fabricação do papel é sempre o mesmo (Figura 13):
Figura 13 – Diagrama de blocos do processo de fabricação do papel
Fonte: Lígia Fernanda Kaefer Mangini, 2021.
A fabricação do papel inicia com a chegada da suspensão de fibras em água ao setor de preparo
de massa em que a polpa será preparada para entrar na máquina de papel.
O preparo de massa inicia com o processo de depuração da polpa. A depuração retira sujeiras e
corpos estranhos (palitos provenientes de um mau cozimento, plásticos, areia, ou partículas
metálicas) que prejudicam a aparência e a resistência mecânica da folha de papel. Além disso, a
presença de impurezas volumosas ou gelatinosas pode causar perfurações e quebras no papel
durante sua produção ou na saída da máquina.
As impurezas são classificadas como: sujeiras pesadas e volumosas, sujeiras pesadas e finas e
sujeiras leves. Os sistemas de depuração mais utilizados são: peneiramento ou “screen” – depuradores
pressurizados e centrifugação (“cleaner”) – depurador centrífugo.
Após a limpeza, a massa vai para o sistema de refino. O refino é o tratamento mecânico das
fibras, cujo principal objetivo é melhorar a capacidade de entrelaçamento das fibras, originando um
papel homogêneo e resistente aos esforços mecânicos, seja durante o processo de consolidação na
máquina de papel, ou durante os processos de acabamento e conversão, ou durante sua aplicação
final. É considerado como um dos processos mais importantes na produção de papel, justamente
porque altera a característica das fibras.
Na sequência, é realizada a adição de produtos químicos. O objetivo da química do papel é
melhorar as propriedades do papel com o auxílio de aditivos químicos. Além disso, o uso de
químicos também pode facilitar a fabricação do papel ou tentar melhorar a economia do processo.
Assim, os aditivos químicos podem ser separados em duas categorias:
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aditivos de performance – substâncias que afetam as propriedades do papel; e
aditivos de processo – substâncias que facilitam o processo de fabricação do papel.
Os principais produtos químicos utilizados na química da parte úmida são:
Sulfato de alumínio;
Policloreto de alumínio (PAC);
Ácido sulfúrico;
Cola de breu;
Cola AKD;
Amido;
Antiespumantes;
Biocidas;
Agentes de retenção e drenagem;
Agente de resistência a úmido; e
Corantes.
O sistema que une a área de preparo de massa e a unidade de formação da máquina de papel é
denominado circuito de aproximação (Approach Flow). A função desse sistema é transportar a
suspensão fibrosa até a máquina e garantir um fluxo estável e homogêneo.
O circuito de aproximação engloba a caixa de nível, a válvula de gramatura, bomba de mistura e
o sistema de depuração de cabeça de máquina (cleaners e depurador vertical pressurizado). Esse
sistema, quando corretamente projetado, mantém a estabilidade do fluxo fibroso e garante uma boa
mistura, dispersão e limpeza da polpa.
Conforme pode ser visualizada na Figura 14, a máquina de papel é dividida em duas grandes
seções: a parte úmida e a parte seca. A parte úmida envolve a seção de formação e a seção de
prensagem. Já a parte seca envolve as seções de secagem, acabamento e enroladeira.
Figura 14 – Representação esquemática de uma máquina de papel
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Crédito: Elias Aleixo.
A caixa de entrada é o início da máquina de papel. Possui a função de distribuir a suspensão
fibrosa de maneira uniforme em toda a largura da máquina, com um fluxo com volume e pressão
constantes em relação ao tempo e ao ponto de incidência na seção de formação, com consistência
uniforme do material fibroso. O projeto e a operação da caixa de entrada são críticos para a
fabricação do papel.
O conceito de formação da folha de papel está relacionado com uniformidade na distribuição
das fibras no papel. A mesa plana é responsável pelo suporte da tela e por receber o jato de massa
da caixa de entrada. Trata-se de uma tela sem fim que desliza sobre elementos desaguadores
sustentados por uma estrutura física. A figura 15 mostra a mesa plana e seus principais componentes.
Figura 15 – Desenho esquemático da mesa plana e seus principais componentes
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Fonte: Campos, 2011.
A seção de formação é a primeira etapa de desaguamento da máquina de papel. O rolo
cabeceira suporta a tela abaixo da caixa de entrada e é acionado pela tela formadora. O Forming
Board ou mesa de formação é o nome que se dá ao suporte construído em aço inoxidável e
recoberto de lâminas cerâmicas, colocado na mesa plana, logo após o rolo cabeceira e antes do
primeiro foil, para suportar a tela ao receber o impacto do jato de massa vindo da caixa de entrada.
Além disso, o Forming Board tem a importante função de evitar a drenagem da massa de forma
brusca.
Na sequência, os hidrofoils ou foils (caixa de sucção úmida) são elementos estáticos de
desaguamento composto por lâmina cerâmica com inclinação entre 0 e 5º. Realizam o
desaguamento pela ação da gravidade. Após, os vacuum foils (caixa de baixo vácuo) consistem em
várias lâminas instaladas num compartimento fechado, permitindo a aplicação de uma fonte de
vácuo externa.
Sua função é aumentar a taxa de drenagem acima da capacidade dos hidrofoils. Seguindo, as
caixas de alto vácuo retiram a água interfibras uma vez que a folha já está mais fechada e formada,
oferecendo maior resistência à drenagem.
Por fim, o rolo couch é o último elemento de drenagem, sendo operado com altos vácuos. O
percentual de sólidos na entrada do rolo couch é normalmente de 12 a 18%. Sua ação eleva esse
percentual para a faixa de 18 a 25%. Além da drenagem, o rolo couch também tem a função de
acionar a tela.
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Uma máquina de papel pode ter mais de uma seção de formação, conforme pode ser
visualizado na Figura 16. Neste caso, o papel é formado por mais de uma camada fibrosa e cada
camada pode ter uma composição fibrosa diferente.
Figura 16 – Esquema da seção de formação de uma máquina de papel-cartão
Fonte: Campos, 2011.
A seção de prensagem, que é uma extensão da seção de formação, tem a função de remover
água, consolidar e aperfeiçoar as propriedades físicas da folha. Além disso, deve promover uma
maior resistência a úmido para proporcionar um bom desempenho da folha na seção de secagem. A
prensagem úmida baseia-se na compressão mecânica da folha de papel, em contato com feltro entre
dois rolos, combinada com a sucção de água pelo rolo inferior.
Figura 17 – Esquema do funcionamento do sistema de prensagem
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O processo de secagem térmica do papel é primordial para remoção de água da folha, não só
pela sua importância na qualidade final do papel, mas por ser o maior consumidor de energia de
toda a planta. O processo de secagem envolve dois fenômenos físicos: transferência de calor (nos
cilindros secadores) e de massa (na capota).
O cilindro secador nada mais é do que um trocador de calor de dupla natureza, pois em seu
interior ocorre a condensação do vapor e em sua superfície ocorre a evaporação da água contida no
papel. A superfície externa dos cilindros deve ser extremamente lisa, polida e livre de imperfeições,
de forma a não deixar marcas ou defeitos no papel produzido.
O processo de secagem produz uma grande quantidade de vapor-d’água que deve ser retirada
do edifício da máquina e transportada para a atmosfera. Para isto, é imprescindível a instalação da
capota e seus sistemas de ventilação na seção de secagem. A capota fechada permite regular o fluxo
de ar através dos sistemas de insuflamento e exaustão.
O vapor-d’água presente na capota é carregado para fora do ambiente da máquina através do
uso de ar quente e seco. A temperatura interna é mantida a aproximadamente 80 ºC. O sistema de
secagem pode envolver de 20 a 70 cilindros em função do tipo de papel a ser produzido e da
velocidade de projeto da máquina.
Conforme pode ser observado, a função da máquina de papel é retirar água da suspensão
fibrosa, o que é feito em três setores que operam sob diferentes princípios:
Formação;
Prensagem; e
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Seção de secagem.
A dificuldade em retirar a água vai aumentando a cada fase e, consequentemente, o custo da
operação. A Tabela 4 apresenta alguns dados médios de remoção de água em cada uma das seções.
Tabela 4 – Parâmetros médios de remoção de água em cada seção da máquina de papel
SEÇÃO Teor seco na entrada (%) Teor seco na saída (%) Água eliminada (%)
Formação < 1 18 95,4
Prensagem 18 42 3,2
Secagem 42 94 1,4
Fonte: Lígia Fernanda Kaefer Mangini, 2021.
Após o papel estar formado e parcialmente seco, podem ser aplicados produtos químicos em
sua superfície, tais como amido e colas de dextrina. A esse processo dá-se o nome de colagem
superficial.
Essa colagem é aplicada ao papel contendo entre 4 e 12% de umidade. Por esse motivo, o
equipamento é colocado entre grupos secadores. A size-press é o equipamento mais utilizado para o
tratamento de superfícies. Com ele, podem ser realizadas a colagem superficial, pré-revestimento,
coloração e revestimento. Já o speed-sizer é um equipamento de colagem utilizado em máquina de
alta velocidade.
Entre a última bateria de rolos secadores e a enroladeira, quando a folha já adquiriu o nível de
umidade desejado, localiza-se a calandra. Normalmente, as calandras possuem dois, quatro, seis ou
mais rolos de ferro fundido, sendo a quantidade de rolos utilizados função ou do grau de lisura
desejado ou da dificuldade de lisura do papel fabricado.
Assim, a função da calandra é promover um melhor acabamento superficial do papel, ao longo
de toda a largura da máquina. O processo de calandragem aumenta a densidade do papel e
uniformiza o perfil transversal de espessura.
O enrolamento é a última seção da máquina de papel. É responsável por enrolar o papel
produzido em grandes rolos chamados rolos Jumbo. A uniformidade de enrolamento determina, em
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grande parte, a qualidade das bobinas de papel obtidas posteriormente na rebobinadeira.
O rolo Jumbo não pode ser fornecido como produto final devido ao seu peso e às suas
dimensões. Desta forma, é necessário rebobinar o rolo Jumbo e o transformar em bobinas com
larguras e diâmetros especificados. As bobinas podem seguir diretamente para o processo de
embalagem ou para o processo de corte em folhas.
No processo de embalagem, as bobinas ou os skids são pesados, embalados e etiquetados.
Seguem, então, para o armazenamento ou transporte para o cliente.
5.1 REVESTIMENTO DE PAPÉIS
O papel formado apenas por fibras de celulose possui uma superfície bastante irregular. Caso o
papel precise ser impresso, torna-se necessário preencher as depressões de sua superfície e os poros.
Sendo assim, o revestimento do papel tem por objetivo melhorar as propriedades de impressão
do papel através do recobrimento deste com uma fina camada de pigmentos (caulim/carbonato de
cálcio) e ligantes denominada tinta couché.
São vários os motivos que levam a revestir o papel, tais como:
reduzir a ação da tinta de impressão;
aumentar o brilho do papel;
aumentar o brilho impresso; e
aumento da opacidade do papel.
Os componentes mais importantes da tinta couché são: água, pigmentos, ligante, coligante,
corantes e demais aditivos, tais como antiespumante, biocidas, entre outros.
Os pigmentos são compostos minerais ou sintéticos. É o constituinte que entre em maior
quantidade nas tintas de revestimento. Representam de 80 a 95% da massa seca do revestimento. Os
pigmentos mais usados são: caulim, carbonato de cálcio natural ou precipitado, talco e dióxido de
titânio. Os pigmentos influenciam nas propriedades de recobrimento, tais como brilho, opacidade e
brancura. A função dos ligantes é de manter a ligação das partículas do pigmento e entre estas e a
superfície do papel. Os ligantes mais utilizados são:
Ligantes sintéticos – látex estireno butadieno e estireno acrílico; e
15/03/2023, 06:50 UNINTER
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Ligantes naturais – amido e proteína de soja.
O revestimento pode ser aplicado em equipamento acoplado na máquina de papel (online) ou
em equipamento separado (off line).
FINALIZANDO
Nesta aula, vimos que a principal matéria-prima fibrosa utilizada na produção de celulose é
proveniente da madeira. Também conhecemos quais são as principais espécies de madeira de fibra
longa (softwood) e curta (hardwood), utilizadas comercialmente no Brasil e no mundo.
Compreendemos a importância das florestas plantadas para o setor madeireiro e as vantagens da
técnica de manejo sustentável, como é o caso do mosaico florestal.
Na sequência, vimos que os materiais lignocelulósicos são compostos por substâncias
macromoleculares, tais como: celulose, hemiceluloses e lignina e por substâncias de baixo peso
molecular, orgânicas e inorgânicas.
Também vimos que a polpação é o processo de separação das fibras da madeira. Pode ser
realizada por meios mecânicos e químicos. Estudamos diferentes processos, cada um com suas
características operacionais.
Dependendo do uso final da polpa, a celulose marrom produzida pode ser branqueada.
Aprendemos que o branqueamento é um processo físico-químico que visa branquear a polpa
celulósica, ou seja, remover ou modificar alguns constituintes da polpa marrom, tais como a lignina e
seus produtos de degradação, extrativos, íons metálicos, carboidratos não celulósicos e impurezas de
vários tipos.
Por fim, vimos que o papel é um material constituído por fibras unidas fisicamente e
quimicamente. Também foi mostrado que a função da máquina de papel é retirar água da suspensão
fibrosa, o que é feito em três setores: formação, prensagem e secagem. A dificuldade em remover
água aumenta no sentido da formação para a secagem, bem como o custo de remoção.
REFERÊNCIAS
CAMPOS, E. da S. Curso básico de fabricação de celulose e papel. Apostila (revisão 1), 2011.
15/03/2023, 06:50 UNINTER
https://univirtus.uninter.com/ava/web/roa/ 38/38
HOLIK, H. Handbook of Paper and Board. 6. ed. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KgaA, 2006.
IPT. Celulose e papel: tecnologia de fabricação de pasta celulósica. 2. ed. São Paulo, 1988. v. 1.
KLOCK, U.; ANDRADE, A. S. Química da Madeira. 4. ed. Revisada. Curitiba: 2013.
SENAI-CETCEP. Curso em Fabricação de Celulose. Apostila.
SIXTA, T. Handbood of Pulp. Wiley-VCH Verlag GmbH&Co. KgaA: 2006. v. 1.
 Disponível em: <https://www.clonareucalipto.com.br/eucalipto-por-que-se-tornou-a-arvore-
mais-plantada-no-brasil/>. Acesso em: 14 mar. 2022.
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