4. Empiri og drøfting av studiens funn
5.1 Bidrag fra studien og konklusjon
A Figura 8 apresenta as propriedades mecânicas em relação ao índice de tração (IT) com a evolução do refino. É apresentado o comportamento das seguintes propriedades: Índice de rasgo, Índice de arrebentamento, Módulo de elasticidade específico e Alongamento.
O índice de rasgo, Figura 8(a), é uma propriedade influenciada pelo número de ligações interfibras e pela resistência individual da fibra. Fibras cuja parede celular é mais espessas tendem a apresentar maior índice de rasgo, após o refino, (SILVA, 1996). A polpas das duas madeiras não apresentaram diferenças significativas, em relação ao índice de rasgo, que foi representado por uma única curva gerada por apenas uma equação em relação ao índice de tração. Os valores máximos de índice de rasgo foram obtidos no índice de tração de 60N.m/g, e, a partir, deste ponto, houve um efeito negativo do refino no índice de rasgo.
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O índice de arrebentamento, Figura 8(b), é influenciado pelo número de ligações interfibras e pelas forças dessas ligações. Com a evolução do refino, ocorre um colapsamento das fibras, favorecendo o número e as forças das ligações entre as fibras, resultando em maior compactação e maior área de contato das mesmas e, conseqüentemente, em aumento no índice de arrebentamento. Alto índice de arrebentamento confere maior flexibilidade e melhor conformidade às fibras. As polpas das madeiras de baixa e alta densidade não apresentaram diferenças no índice de arrebentamento, tendo uma única equação (curva) representado a evolução desta propriedade com o refino.
(a) (b) Y = - 0,0049x2 + 0,6372x- 8,9386 R2 = 0,96 0 2 4 6 8 10 12 14 0 20 40 60 80 100 Índice de tração (N.m/g) Índice de rasgo (mN.m 2/g) BD AD 11.6 Y = 0,0736x - 0,8455 R2 = 0,97 0 1 2 3 4 5 6 0 20 40 60 80 100 Índice de tração (N.m/g)
Índice Arrebentamento (KPam
2/g) BD AD 3.6 (c) (d) Y= 0,0373x + 0,9709 R2 = 0,97 0 1 2 3 4 5 0 20 40 60 80 100 Índice de tração (N.m/g) Alongamento (%) BD AD 3.2 Y = 0,7022 + 0,1269x- 0,0007x2 R2 = 0,99 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 20 40 60 80 100 Índice de tração (N.m/g) Módulo elasticidade (MN.m/Kg) BD AD 6.0
Figura 8. Efeito das propriedades mecânicas em função do índice de tração das polpas branqueadas.
A propriedade de alongamento das polpas expressa a capacidade de deformação máxima do papel medido no ponto de ruptura. O refino apresenta uma influência positiva, em relação ao alongamento. Na Figura 8(c), é apresentado o comportamento do alongamento em relação ao índice de tração, com a evolução do refino, para as polpas das duas madeiras. Não houve
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diferenças significativas entre as duas polpas, resultando numa única equação (curva) para representar as duas polpas.
O módulo de elasticidade específico é uma propriedade, que expressa a capacidade do material em resistir à deformação, quando sobre este é aplicado uma força, sem que ele sofra deformação permanente. Na Figura 8(d), é apresentado o comportamento do módulo de elasticidade específico com a evolução do refino, em relação ao índice de tração. Verifica-se que o módulo de elasticidade especifico não apresentou diferenças significativas para as polpas das duas madeira, dando origem a uma única equação.
4.10.2 Propriedades estruturais
As propriedades estruturais, tais como peso específico aparente (PEA) e volúmen específico aparente (VEA), estão associadas à habilidade de consolidação da estrutura do papel. O PEA tende a aumentar com a intensidade do refino, devido ao colapsamento das fibras e produção de finos. O VEA, entretanto, apresenta comportamento contrário, o que é desejável para papéis de imprimir e escrever, pois, há um aumento da opacidade, característica esta muito importante para tais papéis. Para os papéis absorventes, é desejável um alto volume específico aparente que expressa, indiretamente, a quantidade de espaço vazios presente na estrutura da folha.
Nas Figuras 9(a) e 9(b), são apresentados, respectivamente, os comportamentos do peso específico aparente e volume específico aparente com a evolução do refino, para as madeiras de baixa e alta densidade. Estas duas propriedades não apresentaram diferenças significativas e estão, portanto, representadas por uma única equação.
Outra propriedade estrutural é a resistência à passagem de ar, que aumenta com o refino da polpa. Esta é também, influenciada pela características morfológicas da fibra, principalmente a espessura da parede, pelo número de elementos celulares e pelo número de fibras por grama presente na polpa. É uma propriedade importante para papéis revestidos, pois, a quantidade de
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revestimento gasto é proporcional à porosidade interna do papel e à sua rugosidade superficial. A resistência à passagem de ar está, ainda, relacionada à quantidade de espaços vazios do papel, à porosidade do material e à formação de finos no decorrer do refino, o que provoca uma maior fragilidade da fibra. Apesar da madeira de alta densidade ter apresentado maior (6,23%) número de fibras por gramas (Quadro 18) e, também, maiores dimensões das fibras, em relação à madeira de baixa densidade (Quadro 8), as resistências à passagem de ar das duas polpas não apresentaram diferenças significativas. Assim, conforme apresentado na Figura 9(c), uma única equação representou as duas polpas.
(a) (b) Y = 5,1102x + 398,362 R2 = 0,93 0 200 400 600 800 1000 0 20 40 60 80 100 Índice de tração (N.m/g)
Peso espec. aparente (Kg/m
3) BD AD 705 Y = - 0,0124x + 2,1922 R2 = 0,94 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 0 20 40 60 80 100 Índice de tração (N.m/g)
Volume espec. aparente (m
3/Kg) BD AD 1.5 (c) (d) Y = 0,0451e0,0843x R2 = 0,91 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 20 40 60 80 100 Índice de tração (N.m/g) Resist. passagem ar (s/100ml) BD AD 7.1 Y = 0,4389x +0,4843 R2 = 0,89 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 20 40 60 80 100 Índice de tração (N.m/g) Lisura (s/50cm³) BD AD 26.8
Figura 9. Efeito das propriedades estruturais em função do índice de tração das polpas branqueadas.
A lisura é outra propriedade estrutural importante em papéis para impressão e revestidos. Quanto mais lisa e uniforme for a superfície desses papéis, menor será o consumo de produtos químicos e melhor a qualidade do revestimento e de impressão desses papéis.
53
A Figura 9(d) apresenta o comportamento da lisura Gurley, em relação ao índice de tração, com a evolução do refino. As polpas das duas madeiras são representadas por uma única equação, pois não houve diferenças significativas entre as mesmas.
A similaridade de comportamento das duas polpas, quanto às propriedades mecânicas e estruturais, pode estar associada ao teor de carboidratos (Quadro17), principalmente xilanas. As duas polpas, após branqueamento, não apresentaram diferenças significativas nos teores de carboidratos.
4.10.3 Propriedades ópticas
As propriedades ópticas, representadas por opacidade e coeficiente de dispersão de luz, dependem das características das fibras que constituem a folha do papel. As características das fibras são fundamentais, uma ve z que o papel caracteriza-se como um material poroso e não homogêneo, com estruturas internas constituídas por vários elementos que formam interfaces entre si e com o ar, causando fenômenos óticos de reflexão, dispersão e absorção de luz. A opacidade e o coeficiente de dispersão de luz são parâmetros importantes para papéis utilizados para imprimir e escrever, pois, são indicadores que determinam a habilidade da folha de papel em obstruir a passagem da luz.
As diferenças de intensidade de ligações interfibras, do número de superfícies óticas de refração e de partícula com potenciais de dispersão de luz são as causas das grandes diferenças entre as propriedades óticas do papel, (SALVADOR et al., 2001). As propriedades ópticas do papel dependem, também, do arranjo espacial da área superficial e espessura da parede dessas fibras (FERREIRA e FIGUEIREDO, 2001). SILVA (1996) relata que a dispersão da luz no papel é proporcional ao número de interfaces fibra-ar, que a luz incidente encontra ao atravessar sua estrutura e que polpas com maior número de fibras por grama contribuem para aumento no coeficiente de dispersão de luz e para maior opacidade do papel.
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Na Figura 10(a), observa-se que a polpa da madeira de alta densidade apresentou, em geral, opacidade superior à da madeira de baixa densidade e que a opacidade diminui com o aumento no índice de tração, para ambas as polpas. A diminuição da opacidade pode ser explicada pelo aumento na compactação da estrutura da folha de teste, o que reduz o número de interfaces fibra-ar. O mesmo ocorreu com o coeficiente de dispersão de luz (Figura 10(b)), para as duas madeiras. No tempo zero do refino, a polpa da madeira de baixa densidade apresentou coeficiente de dispersão de luz superior (39,61m²/kg) àquela, da madeira de alta densidade (38,26m²/kg); entretanto com a evolução do refino, houve uma inversão nos valores. Os valores estimados da opacidade e do coeficiente de dispersão de luz para o índice de tração de 60 N.m/g, conforme mostrado nas Figuras 10(a) e (b), foram superiores para a madeira de alta densidade. (a) (b) Y(BD) = - 0,2525x + 86,583 R2 = 0,98 Y(AD) = - 0,1722x + 83,137 R2 = 0,99 50 55 60 65 70 75 80 0 20 40 60 80 100 Índice de tração (N.m/g) Opacidade (%) BD AD 72.8 71.4 Y(BD) = - 0,3321x + 48,825 R2 = 0,99 Y(AD) = - 0,2611x + 45,657 R2 = 0,99 20 25 30 35 40 0 20 40 60 80 100 Índice de tração (N.m/g)
Coef. Dispersão Luz (m²/kg)
BD AD 30.0
28.9
Figura 10. Efeito das propriedades ópticas em função do índice de tração das
polpas branqueadas
No Quadro 18, observa-se que tanto a polpa proveniente da madeira de baixa densidade quanto da madeira de alta densidade apresentaram pequenas diferenças, relativamente ao número de fibras por grama, "coarseness", comprimento de fibra e teor de finos, o que pode explicar o fato de as duas madeiras mostrarem comportamento similar quanto às propriedades mecânicas (Figura 8).
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Quadro 18. Análise das fibras das polpas branqueadas das madeiras de baixa e alta densidade
Madeira Comprimento médio, (mm) Nº de fibra/g, (milhões) "Coarseness", (mg/100m) Finos*, (%)
BD 0,66 28,07 5,37 6,72
AD 0,70 26,32 5,40 8,10
* Finos: abaixo de 0,07mm
As diferenças quanto à quantidade de ligações interfibras, bem como o número de superfície ótica de refração e de partículas com potenciais de dispersão de luz são as causas das grandes diferenças entre as propriedades ópticas dos papéis.
4.11 Refino
O consumo de energia no refino é parâmetro importante, pois, impacta o custo operacional do fabricante de papel. Uma maior demanda de energia para atingir determinado nível de refino resulta em custo mais elevado, para a indústria papeleira.
As Figuras 11(a) e (b) apresentam o consumo de energia no refino e a drenabilidade no desenvolvimento da resistência à tração, assim como a evolução do índice de tração para as duas polpas. Tanto o consumo de energia quanto a drenabilidade não apresentaram diferenças significativas e estão representados por uma única equação.
56 (a) (b) Y = 4,3020x - 45,9531x1/2 + 45,657 R2 = 0,9590 0 10 20 30 40 50 60 0 20 40 60 80 100 Índice de tração (N.m/g) Energia W/h BD AD 25.0 Y =- 29,0954X + 326,996X1/2 - 323,26 R2 = 0,96 0 100 200 300 400 500 600 0 20 40 60 80 100 Índice de tração (N.m/g) Drenabilidade (CSF) BD AD 464
Figura 11. Consumo de energia e drenabilidade em função do índice de tração
57
5. CONCLUSÕES
No presente estudo, foram avaliados os efeitos das características anatômicas e químicas da madeira sobre a densidade básica e a qualidade da polpa kraft branqueada. Foram usados dois clones de Eucalyptus com densidades básicas, 450kg/m³ e 550kg/m³. As madeiras foram analisadas quanto às características físicas, químicas e anatômicas. As polpas foram produzidas com número kappa 18±0,5 e foram branqueadas pela seqüência ECF (ODEopDD) a alvura de 90±1 %ISO. Após branqueadas, as polpas foram refinadas e analisadas suas propriedades físico-mecânicas e ópticas.
Os resultados obtidos permitiram concluir que:
• A madeira de densidade mais alta, por apresentar maior resistência
mecânica, durante a picagem dos cavacos, proporcionou cavacos com maior espessura, além de maior variabilidade nas dimensões dos cavacos.
• A densidade básica foi influenciada pela espessura da parede e diâmetro
do lúmen das fibras. Entretanto, a largura e o comprimento das fibras não tiveram efeito sobre a densidade básica.
• A madeira de alta densidade apresentou maior freqüência de vasos com
58
• Os teores de extrativos, embora apresentando diferenças tanto em
álcool/tolueno quanto em diclorometano, não afetaram a densidade básica.
• A madeira de baixa densidade utilizou menor carga de álcali para atingir
número kappa 18±0,5 e, consequentemente, proporcionou maior rendimento depurado e maior viscosidade do que a madeira de alta densidade.
• A madeira de baixa densidade deverá sobrecarregar menos a área de
recuperação química, devido o licor residual ter apresentado menor teor de sólidos.
• O teor de ácido hexenurônico na polpa marrom da madeira de baixa
densidade foi inferior ao da polpa marrom da madeira de alta densidade,
possivelmente devido à menor carga de álcali utilizada.
• Após o branqueamento, as polpas das duas madeiras não apresentaram
diferenças quanto ao teor de ácido hexenurônico, possívelmente devido à diferença em dosagens de dióxido de cloro utilizado para braqueamento
das polpas.
• A polpa da madeira de baixa densidade respondeu melhor à
deslignificação com oxigênio quanto ao ganho de alvura e queda do número kappa.
• A diferença de densidade das madeiras não teve influência sobre as
propriedades mecânicas e estruturais, consumo de energia e drenabilidade das polpas.
• A madeira de alta densidade proporcionou polpa com melhores
características de opacidade e de coeficiente de dispersão de luz, quando refinada.
59
• A madeira de baixa densidade apresentou-se como sendo a mais
recomendável para produção de celulose, pois, teve maior rendimento depurado e maior viscosidade, requerendo menor carga de álcali, ter proporcionado menor teor de sólidos no licor residual e menor consumo de reagentes químicos no branqueamento.
60
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67 APÊNDICE
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Quadro 1A. Densidade básica e a granel dos cavacos das madeiras estudadas
Densidade a granel 0% (kg/m³) Densidade Básica (kg/m³) NºRepetição Baixa densidade - BD Alta densidade - AD Baixa densidade - BD Alta densidade - AD 1 281,52 359,75 449,0 551,4 2 280,21 347,55 443,0 547,0 3 276,28 347,55 447,0 552,9 4 274,98 356,39 451,0 557,6 Média 278,25 352,81 447,0 552,2 Desvio 3,1 6,2 3,4 4,3
Quadro 2A. Análise das características químicas das madeiras de baixa (BD) e alta densidade (AD)
Madeira Lig.insol., % Lig. sol., % Lig.total, % Pentosanas, % Ext. A/T, % Ext. DCM, % 23,8 3,4 27,18 13,8 2,57 0,33 BD 23,6 3,5 27,07 13,8 2,88 0,33 Média 23,7 3,5 27,13 13,8 2,73 0,33 24,0 2,9 26,9 15,0 3,1 0,46 AD 23,4 3,0 26,4 14,9 3,8 0,47 Média 23,7 3,0 26,65 15,0 3,45 0,47
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Quadro 3A. Mensuração das fibras de madeira e anatômica das madeiras de baixa (BD) e alta densidade (AD)
Valores determinados
Máximo Mínimo Médias CV**
Elementos Anatômicos Unidade de medida Número de medições BD AD BD AD BD AD BD AD Fibra Comprimento mm 100 1,33 1,46 0,58 0,55 0,90 1,02 15,31 17,12 Largura da fibra µm 100 27,84 26,20 11,54 12,94 19,14 18,13 16,73 14,02 Lúmen µm 100 19,80 18,65 2,87 3,61 11,47 7,90 27,10 31,39
Espessura das paredes µm 100 6,78 7,23 2,33 3,28 3,83 5,11 20,17 18,74
Área ocupada por fibra* % -- -- -- -- -- 69,29 66,50 -- --
Área ocupada por lúmen % -- -- -- -- -- 24,9 12,6 -- --
Vasos
Freqüência nº/mm² 10 13,65 19,48 8,52 17,21 11,22 18,17 1,3 0,7
Diâmetro mm 100 0,165 0,164 0,044 0,065 0,124 0,116 21,7 19,1
Área ocupada por Vaso % -- -- -- -- -- 13,6 19,2 -- --
Parênquima radial ( raios)
Altura µm 50 274,96 321,81 73,75 49,88 148,96 141,77 30,59 14,93
Largura µm 50 19,55 15,29 8,97 9,66 14,08 12,19 1,13 0,80
Área ocupada por raio % -- -- -- -- -- 17,16 14,30 -- --
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Quadro 4A. Teores dos ácidos hexenurônicos (polpas) e açúcares (serragem e polpa) das madeiras de baixa (BD) e alta densidade