A resistência à falha na dobra é um aspecto chave de qualidade em papéis revestidos, influenciando tanto a funcionalidade quanto a aparência do produto final. Daí a importância do trabalho “Modelagem e estudos experimentais para otimização do balanço entre resistência à falha na dobra e rigidez ao arqueamento em papéis revestidos com múltiplas camadas”, apresentado hoje no início da Sessão Técnica de Papel e avaliado com um dos melhores do Congresso. Julio Natalense, da Dow Química, mostrou aos participantes as duas etapas deste estudo, que compreendeu modelagem numérica e, posteriormente, estudos experimentais.
Considerando que a rigidez ao arqueamento e a falha na dobra estão intimamente relacionadas, o objetivo deste estudo é aperfeiçoar o balanço entre estas duas propriedades para papéis revestidos com múltiplas camadas e, a partir disso, sugerir estratégias para otimizar as tintas para papel, maximizando resistência à falha na dobra e rigidez ao arqueamento.
Inicialmente, modelos foram desenvolvidos para calcular rigidez ao arqueamento, prever o início da falha e, baseados nestes dados, calcular a capacidade do papel revestido em carregar carga residual. Os parâmetros do modelo incluíram o número de camadas de revestimento, espessura, e as propriedades mecânicas das camadas de revestimento em termos de tensão e compressão.
Já o estudo experimental contemplou papéis revestidos com duas e três camadas em equipamento de revestimento piloto e estudo das influências dos seguintes parâmetros: rigidez do ligante (incluindo a distribuição de rigidez entre as diferentes camadas), a espessura da camada de revestimento (incluindo a distribuição de espessura) e força do revestimento (incluindo a distribuição de força entre as camadas).
“Os resultados obtidos na modelagem foram comprovados pelos estudos experimentais, já que ambos apontaram que a melhor possibilidade para otimizar o balanço entre resistência à falha na dobra e rigidez ao arqueamento foi verificada para um revestimento em tripla camada”, afirma Natalense. O uso de uma camada inferior fina com látex rígido, combinada com uma camada intermediária espessa, de menor rigidez, e finalmente uma camada superficial fina e rígida, proporcionou o melhor balanço entre falha na dobra e rigidez do papel. As simulações demonstraram que é possível permitir a quebra da camada inicial fina e rígida, tendo a camada intermediária atuando como um absorvedor da propagação da quebra. Isto permite o uso de uma camada superficial rígida que contribui significativamente para a rigidez total do sistema multicamadas de revestimento.
CALANDRAGEM COM CINTA METÁLICA
Um outro trabalho que foi bem avaliado e despertou a atenção do público durante a Sessão Técnica de Papel foi o que apresentou o sistema de calandragem com cinta metálica. Afonso H. T. Mendes, da Metso Paper South America Sorocaba-SP, afirmou que a nova tecnologia de calandragem supera as limitações típicas apresentadas por processos convencionais de calandragem com rolos, tais como tempo de residência no nip insuficiente e assimetria. Isso porque o novo sistema incluiu a introdução de vários tipos de superfícies macias (rolos preenchidos, revestimentos com polímeros, mantas de poliuretano) e a multiplicação do número de nips, a fim de estender o tempo de residência e a transferência de calor para a folha. Contando com uma zona de calandragem de um metro de comprimento formada entre uma cinta metálica aquecida e um rolo térmico aquecido, as calandras com cinta metálica empregam tempos de residência aproximadamente 100 vezes maiores que os nips convencionais de rolos.
“A aplicação técnica se dá tanto para papel offset quanto para cartão revestido. No caso do cartão revestido, o sistema pode servir como uma pré-calandragem antes do revestimento, propiciando uma melhora na qualidade de impressão. É uma alternativa a calandras de sapata e de nip macio”, afirma Mendes.
As vantagens adicionais incluem aumento na capacidade de produção de cartão (utilização plena da seção de secagem; não há necessidade de secagem unilateral ou sobre-secagem; permite remoção de gargalos, tais como cilindros Yankee e calandras úmidas) e alto corpo (bulk) e rigidez para qualquer combinação de propriedades superficiais.
De acordo com Mendes, já existem três calandras do tipo em operação em máquinas de cartão revestido, na China, na Finlândia e em lugar confidencial, sendo que a primeira entrou em operação em 2006. Em dezembro deste ano, mais uma entrará em operação na Finlândia e, em 2010, estão previstas duas outras na China, uma para cartão e outra para offset.
Sobre os resultados até agora observados, Mendes destaca que a instalação de 2006, por exemplo, resultou em 26% de aumento na produção e queda de 8% na gramatura do cartão, além de ganhos na qualidade de impressão. “Já há clientes do Brasil fazendo testes no nosso Centro de Pesquisa e Desenvolvimento da Finlândia, e a expectativa é de que, nos próximos anos, três máquinas de papel brasileiras recebam o sistema de calandragem com cinta metálica”, adianta o executivo.
>> Além dos trabalhos acima, dois outros foram muito bem avaliados pela Comissão Avaliadora do Congresso. Veja a seguir os resumos de ambos:
Determinação de propriedades da celulose empregando espectroscopia no infravermelho próximo da madeira de eucalipto
Palestrante: Celio Pasquini
A espectroscopia de refletância difusa no infravermelho próximo (NIR) foi avaliada com o objetivo de determinar propriedades da celulose não branqueada, empregando os espectros obtidos das serragem da madeira de eucalipto. Os resultados obtidos foram tratados por técnicas quimiométricas de regressão multivariada. Cinco propriedades foram investigadas: Índice de Rasgo
(RASGO), Volume Específico (BULK), Elongamento (ELONGTO), Índice de Tração (TRAÇÃO) e Resistência ao Ar (RES-AR) da celulose produzida em nível de refino de zero e 1500 revoluções PFI.
Modelos de regressão tipo PLS foram construídos empregando espectros derivativos (1ª. derivada) e seleção de variáveis pelo algoritmo jack-knife (teste de estabilidade de Martens). Os erros quadráticos médios (RMSEP) de validação dos modelos construídos determinados por meio de um conjunto externo de amostras foram iguais a 0,91 Nm2kg-1, 0,090 cm3 g-1, 8,0 N.m g-1, 0,19 % e 2,9 s/100 mL, respectivamente para RASGO, BULK TRAÇÃO, ELONGTO e RES_AR no nível zero de moagem. Para 1500 revoluções, os valores de RMSEP foram, na mesma ordem anterior, iguais a 1,1 Nm2kg-1, 0,073 cm3 g-1, 7,9 N.m g-1, 0,19 % e 4,9 s/100 mL.
Os resultados da validação externa dos modelos construídos para previsão destas propriedades mostram que elas podem ser determinadas com exatidão e precisão adequadas para permitir a avaliação da qualidade da celulose que pode ser produzida a partir de uma determinada madeira, sem que seja necessário processá-la da forma usual, demorada e trabalhosa. A determinação das propriedades da celulose produzida por uma determinada madeira de eucalipto pode ser feita rapidamente empregando-se espectroscopia NIR (cerca de 10 minutos). Desta forma, a produção industrial de celulose pode ser planejada com maior eficiência de forma a atender a demanda de qualidade desejada pelo mercado.
Determinação do perfil de encolhimento transversal na estrutura do papelPalestrante: Afonso H. T. Mendes, da Metso Paper South America Sorocaba
Na fase de secagem, o papel sofre alterações dimensionais que diferem em magnitude ao longo da direção transversal (CD). O grau do encolhimento transversal pode ser bastante diferente quando se compara o efeito resultante nas bordas com o a região central da folha. A maior intensidade de encolhimento, que ocorre nas extremidades, pode variar em função das condições de operação e da configuração da seção de secagem. É fato bem conhecido, que as propriedades de resistência e as propriedades higro-elásticas do papel podem variar em grande percentual entre as bordas e o centro da folha de papel.
Valores extremos destas propriedades levam a diversos problemas, como, e.g., de estabilidade dimensional diferencial do papel, que limita a qualidade e a eficiência das operações de conversão e impressão do papel, especialmente em alta velocidade (e.g., em impressoras offset coloridas e máquinas copiadoras). A maximização da largura do papel na enroladeira é sempre de grande interesse para os fabricantes, mesmo quando os ganhos são da ordem de alguns milímetros apenas, devido à possibilidade de aumento na quantidade de papel produzido, bem como à melhor condição para conjugação de formatos na rebobinadeira, o que por sua vez, também leva a benefícios econômicos adicionais. Tornam-se claras então, consideradas as questões abordadas acima, as vantagens de se conhecer em detalhes os perfis de encolhimento transversal do papel.
Este trabalho se dedica a apresentar uma revisão de metodologias utilizadas, ao longo dos anos, para a sua medição, desde técnicas que usavam as propriedades hidro-expansivas do papel, até os métodos atuais, que se baseiam em na análise de imagem, pela aplicação da transformada rápida bidimensional de Fourier (2D-FFT). Os resultados experimentais mostram que a analise de imagem aplicada a amostras de papel retiradas da bobina jumbo, na enroladeira, converte-se em um método seguro para determinação do perfil transversal de encolhimento, apresentando resultados úteis para a análise do desempenho da máquina de papel.
