Papel E Celulose

O processo Kraft é um processo alcalino responsável pela maior parte da polpa que se fabrica nos dias de hoje. A produção de celulose pelo método Kraft (forte, em alemão) é o dominante no Brasil e no mundo em geral pelo fato de gerar poucos resíduos além de que o licor negro, principal subproduto do processo, pode ser totalmente reaproveitado, o que torna este processo ecologicamente correto.

HISTÓRICO

As primeiras tentativas de registrar as atividades humanas foram feitas em pedras, posteriormente em cascas de árvores, folhas e marfim, somente entre 2500 a.c e 2000 a.c o papel de escrever foi fabricado a partir de uma gramínea que cresce nas margens do Nilo, o papiro, de onde vem o nome papel. Por sua vez o papel foi inventado somente por volta de 105 d.C. pelos chineses, mas só pelo final do século XIV o processo de fabricação foi aperfeiçoado e se tornou conhecido no sul da Europa. No século XVII, se solidificou na Inglaterra e, em 1690 foi construía a primeira fabrica de papel americano. A Bíblia de Gutenberg marcou o inicio da impressão de livros e daí nasceu à crescente demanda de papel (baseado em trapos).

Por volta de 1750, foi desenvolvida a batedeira holandesa, desde então adotada. Em 1799, o francês Rober, inventou um processo de forma com uma folha de papel sobre uma tela metálica móvel. Esta máquina é conhecida hoje como a máquina Fourdrinier. Em 1809 Dickinson inventou a máquina a cilindro, que por sua vez levou à máquina Fourdrinier a inatividade até 1830 quando sua importância foi finalmente reconhecida, passando a utilizar as duas máquinas na fabricação de papel, a uma produção foi tamanha, que logo se estabeleceu um regime de escassez de trapos.

Em 1844, porém, Keller, da Saxônia, inventou um processo mecânico de fazer polpa a partir de madeira. O processo à solda foi desenvolvido por Watt e Burgess em 1851. Em 1867, o químico americano Tilghman conseguiu a patente fundamental (patente americana 70.485) para processo ao sulfito. Em 1909, o processo ao sulfato foi introduzido nos EUA, nessa época a produção de polpa estava dividida da seguinte forma: mecânica: 48%, sulfito: 40%; soda: 12%. Umas das maiores mudanças na indústria do papel foram à elevação do processo do sulfato a uma posição de importância máxima na indústria.

Por sua vez o controle e a utilização dos subprodutos da indústria receberam ampla atenção, com a obtenção de matérias úteis a partir da lignina e dos licores de despejos, principalmente do processo ao sulfito, constitui um aumento de renda para a indústria, assim como uma solução parcial para o seu problema mais importante, evitar a poluição dos cursos de água.

Na fabricação da polpa para papel existem duas fases distintas na redução da madeira bruta e de outros materias até o papel acabado: Cerca de 80% do polpeamento são efetuados mediante processo químico, que desenvolvem a lignina das fibras de celulose. Entre os processos de polpeamento usados 1976, o processo ao sulfato alcalino; ou processo Kraft, respondia por 72%; o processo ao sulfito ácido, por 5%; o semiquímico (principalmente o semiquímico ao sulfito neutro, com a sigla inglesa NSSC) por 9%; o mecânico, por 11% e o restante estava distribuído entre os outros diversos procedimentos.

MATÉRIA PRIMA

A madeira é a principal fonte de celulose para a fabricação de papel. Muitas fábricas usam também algodão, trapos e papel velho, alem de várias fibras, cujo principal fonte é as cordoarias e os rejeitos das indústrias têxteis.

Os produtos químicos mais usados nos diversos procedimentos são basicamente: soldas, sulfatos (alcalino, neutro ou ácido), sulfato de sódio impuro, ozônio, oxigênio, dióxido de cloro, peróxido de hidrogênio, peróxido de sódio, hipoclorito de cálcio, sódio, bissulfeto de cálcio, dióxido de enxofre, leite de cal, solvente orgânicos (fenol e alcoóis), cal cáustico, alume, cala, amidos modificados, amido- aldeídos, corantes (ácidos, básicos, diretos, enxofre ou naturais e sintéticos).

A CELULOSE

É um composto natural existente nos vegetais, de onde é extraída, podendo ser encontrada nas raízes, tronco, folhas, frutos e sementes. Segundo a autora é um dos principais componentes das células vegetais que, por terem forma alongada e pequeno diâmetro (finas), são freqüentemente chamadas “fibras”. Os outros componentes encontrados, entre os principais, são a lignina e hemiceluloses. A preparação da pasta celulósica para papéis ou outros fins (pasta solúvel para a produção de celofane, rayon etc.) consiste na separação das fibras dos demais componentes constituintes do organismo vegetal, em particular a lignina, que atua como um cimento, ligando as células entre si e que proporciona rigidez à madeira.

Fibras Longas - Coníferas

Pinho araucária abeto cipreste spruce

Fibras Curtas - Folhosas

Eucalipto álamo carvalho gmelina bétula

Fibras Muito Longas - Têxteis

Algodão linho juta kenaf cânhamo rami

Crotalária sisal fórmio

Estudos feitos por técnicos e cientistas ao longo de vários anos demonstraram que a produção de celulose e papel é inviável a partir da madeira de florestas nativas. Foi comprovado também que os papéis feitos a partir de florestas plantadas de eucaliptos e pinus resultam em produtos com alta qualidade e produtividade.

a) Tipos de processo de produção da celulose:

- Polpa Kraft ou ao sulfato:

É um processo químico que visa dissolver a lignina, preservando a resistência das fibras, obtendo-se dessa maneira uma pasta forte (Kraft significa forte em alemão), com rendimento entre 50 a 60%. É muito empregado para a produção de papéis cuja resistência é o principal fator, como para as sacolas de supermercados, sacos para cimento.

Segundo neste processo usa-se uma pré-hidrólise, para remover as pentosas e as polioses, que é seguida por um tratamento de sulfato (sulfato de sódio impuro), seguido de um alvejamento em várias etapas. Para o autor, as reações químicas são pouco definidas, mas envolvem a hidrólise da lignina. A hidrólise também produz mercaptans e sulfetos, que são responsáveis pelo habitual cheiro desagradável das fábricas de polpa ao sulfato.

-Descortificação e Picagem

Para a obtenção da celulose, primeiramente as toras de madeira, ainda com casca são cortadas em tamanho uniforme. Depois são descortificadas por atrito dentro de tambores descascadores rotativo, as cortadeiras providas de quatro ou mais facas compridas e pesadas, que reduzem a madeira a pequenos cavacos para o cozimento químico. Além desse tipo de descascamento há também outro tipo, que consiste no atrito mecânico ou jatos de água a alta pressão.

A polpação química, processo pelo qual a madeira é reduzida a uma massa fibrosa, apresenta como principais processos o Kraft ou Sulfato, onde são utilizados como reagentes no cozimento dos cavacos (toras de madeiras picadas) o Naoh, Na2S e Na2CO3; o processo Soda que é muito semelhante ao sulfato sendo seus processos apenas alcalino e o processo Sulfito que utiliza bissulfeto de cálcio e dióxido de enxofre.

- Cozimento

Os reatores, chamados digestores são carregados com os cavacos (3); adiciona-se o licor branco de cozimento que contêm essencialmente sulfito de sódio e soda cáustica e liga-se ao vapor de água. O licor branco cozinha em alta temperatura e pressão numa solução a 12,5% de Naoh, Na2S e Na2CO3. O período de cozimento leva cerca de 3 horas. Esse licor causa a dissolução da lignina, um polímero amorfo que confere firmeza e rigidez ao conjunto de fibras da madeira.

A polpa depois da separação do licor de cozimento é lavada (4). O licor de cozimento usado (licor negro ou lixívia negra) é bombeado para a estocagem para aguardar a recuperação das substâncias dissolvidas mediante evaporação (cinco e seis) e, depois, a combustão da matéria orgânica dissolvida nas fornalhas de recuperação (8) para reutilização no processo.

- Lavagem da Polpa Marrom

Ao sair do reator a pasta de celulose ainda apresenta licor preto e fibras, impregnados com lignina, por isso é submetida a uma lavagem com água quente (4), a fim de retirar tais resquícios, e assim o licor preto é encaminhado para o processo de recuperação enquanto as fibras são enviadas para o branqueamento. Outra vantagem da lavagem é que ela reduz o consumo de alvejante utilizado no branqueamento. O licor de cozimento usado (licor negro ou lixívia negra) é bombeado para a estocagem para aguardar a recuperação das substâncias dissolvidas mediante evaporação (cinco e seis) e, depois, a combustão da matéria orgânica dissolvida nas fornalhas de recuperação (8) para reutilização no processo.

A polpa lavada passa para a sala das peneiras, onde atravessa grades, calhas de sedimentação peneiras, que separam quaisquer lascas de madeira não cozida, após o que entra nos filtros e espaçadores.

- Evaporação

O licor preto gerado nas etapas anteriores pode, a partir de tratamentos químicos, voltarem na forma de licor branco para o cozimento de cavacos. Mas este resíduo antes de ir para a caldeira de recuperação deve passa por evaporadores para que sua concentração possa ser elevada, uma vez que baixas concentrações inviabilizam o processo de recuperação. Após a passagem pelos evaporadores, a concentração que era cerca de 10% de sólidos passa a ser acima de 80% de sólidos. Na caldeira de recuperação o licor preto concentrado é pulverizado através de bicos injetores. As gotas formadas entram em contato com o ar de combustão, sofrendo o processo de secagem e combustão, nessa etapa grande parte da água presente no licor é evaporada.

- Caldeira de Recuperação

O licor negro separado da polpa no lavador no lavador de polpa, ou difusor, contém de 95 a 98% do total de substâncias que entram no digestor. Os compostos orgânicos do enxofre estão presentes em combinação com o sulfeto de sódio. O carbonato de sódio está presente, assim como pequenas quantidades de sulfato de sódio, de cloreto de sódio, de sílica, além de traços de cal, de óxido de ferro, de alumina e de hidróxido de potássio. Este licor negro é concentrado queimado e sofre encalagem. No forno, decompõem-se quaisquer compostos orgânicos remanescentes, o carvão é queimado e as substâncias inorgânicas são fundidas.

Reação I:

Na2SO4 + 2C → Na2S + 2CO2

O fundido, Na2CO3, juntamente com o Na2S, vão para uma solução de licor branco de baixa concentração (9), formando o licor verde que vai para a etapa de caustificação Fluxograma do processo Kraft, ou da polpa de sulfato.

- Caustificação

Antes dessa etapa, o licor verde é levado aos clarificadores e por decantação é separado dos sólidos insolúveis (dregs) presentes nele, a fim de não haver problema no ciclo do cálcio. O licor verde segue então aos caustificadores onde é tratado com óxido de cálcio (CaO) que ao reagir com água forma hidróxido de cálcio (Ca (OH)2), de acordo com a Reação II. O Ca (OH) dois converte o carbonato de sódio (Na2CO3), presente no licor verde, em hidróxido de sódio (NaOH) conforme a reação III, recuperando assim o NaOH que é ingrediente do licor branco usado no cozimento Reação II:

CaO + H2O → Ca(OH)2 + 270 kcal/Kg de CaO

Reação III:

Ca(OH)2 + Na2CO3 ↔ 2NaOH + CaCO3

A lama aquosa proveniente do caustificador contém carbonato de cálcio (CaCO3 – lama cal). Esse composto é levado par o forno cal onde é convertido em cal virgem (CaO)- conforme a Reação IV. Depois o CaO volta ao processo de tratamento de licor verde, fechando o ciclo de caustificação. O filtrado é o licor branco usado no cozimento das fibras. Contém soda cáustica, sulfito de sódio e pequena quantidade de carbonato de sódio, de sulfato de sódio, de sulfito de sódio e de tiossulfato de sódio. Os gases gerados na caldeira de recuperação alimentam turbinas que geram grande parte da energia necessária no processo Kraft .

Reação IV:

CaCO3 → CaO + CO2

Figura 4: Diagrama cíclico do processo de recuperação Kraft.

- Branqueamento

Pode-se considerar o branqueamento como sendo uma continuação da deslignificação iniciada no cozimento, utilizando-se para isso o cloro e seus compostos (hipoclorito e dióxido de cloro) e, ainda, a soda cáustica.

A polpa lavada passa para a sala das peneiras, onde atravessam grades, calhas de sedimentação e peneiras, que separam quaisquer lascas de madeira não cozida, após o que entra nos filtros e espessadores. A polpa espessada é em seguida alvejada, usando pelo menos um estágio a dióxido de cloro, seguido de neutralização e tratamento a hipoclorito de cálcio. Na etapa do branqueamento há a remoção, através de agentes oxidantes, da lignina restante na polpa celulósica a fim de obter uma polpa com maior alvura.

Antes de iniciar o processo de secagem a polpa celulósica passa por um novo processo de depuração semelhante ao da polpa marrom saída do digestor.

A formação das folhas é feita num espessador a úmido constituído, essencialmente, por um cilindro que mergulha numa cuba, ou tanque, cheia de polpa, por uma correia sem fim em feltro, que arrasta a folha de polpa através de rolos de secagem e, depois, através de rolos de prensagem. As lâminas contêm de 35 a 45% de fibra seca ao ar. Estas folhas “’úmidas” são empilhadas em prensas hidráulicas e sujeitas a pressões até 3.000psi(204 atm). O produto resultante contém de 50 a 60% de fibra seca ao ar.

- Resíduos

Em meio às etapas do processo Kraft são gerados vários resíduos, entre eles: a cinza da caldeira de recuperação que por possuir alta concentração de carbono e nitrogênio tem sido usado como corretivo no solo das plantações de eucalipto; o talol, proveniente da recuperação do licor negro, que apresenta grande quantidade de compostos de resina e ácidos graxos, e resíduos tem sido usado na fabricação de sabões e graxas; e por fim os compostos organoclorados presentes nos efluentes do branqueamento, que por não serem biodegradáveis entram na cadeia alimentar e, dependendo da concentração, é altamente tóxico, por isso o método STD tem sido substituído pelo TCF e o ECF que dão possibilidade do tratamento dos efluentes do branqueamento.

FABRICAÇÃO DO PAPEL

O primeiro procedimento realizado para a produção de papel é, sem dúvida, a produção da polpa. Depois de realizado este procedimento, a indústria do papel utiliza a polpa para fabricar as variedades existentes do papel, os classificados como: papéis para impressão (acetinado, bíblica, jornal, monolúcido), papéis para escrever, papéis para embalagem, papéis para fins sanitários, cartões e cartolinas, papéis especiais (bases para carbono, cigarro e afins, para desenho) e papéis não classificados (Kraft especial para cabos elétricos, fios telefônicos e condensadores). Normalmente, a produção de papel consiste em dois processos gerais: na batedeira e no refinador, sendo que a fábrica utiliza usa uma ou outra, ou até ambas.

PROCESSO A SECO

Existe considerável interesse num processo a seco para fabricar papel e panos não tecidos em virtude do preço e da complexidade do equipamento de secagem e da grande quantidade de água necessária nos processos convencionais.

Operações de acabamento O papel sai da fábrica é convertido ao seu uso terminal mediante vários processos, que dependem da forma final requerida. A modificação mais ampla é provavelmente a aplicação e o alisamento de revestimentos para papéis especiais. O revestimento mineral, ou pigmentação da superfície; é aplicado para melhorar o recebimento da impressão. O pigmento básico usado é a argila. Também são usados em grandes quantidades de caseína (adesivo de proteína) e o carbonato de cálcio, e em menor escala, outros pigmentos minerais.

PAPÉIS ESPECIAIS

Existem centenas de produção e uso de papel, e todos na sua finalidade. Os papéis industriais especiais são os que não se enquadram na categoria geral, e entre eles incluem-se: papéis para cigarros. Papéis filtro; papel transparente impermeável; papel de embalagem para alimentos, como papel de pratos, papel para copos e tigelinhas, papel d embrulho com revestimento de plástico ou de folha de alumínio, para conservar o gosto e a textura, impedir a contaminação e obstar a entrada de umidade; materiais para saco sanfordizado, conhecido como Chupak; papel pergaminho; papel de parede e papel com superfície encerrada. Os fabricantes de papel, associados aos fabricantes de tecidos, estão tentando desenvolver um papel conveniente para aventais cirúrgicos e roupa de cama, descartáveis. No terreno dos papéis sintéticos, atualmente existem alguns tipos especiais em volume pequeno. Atualmente os “materiais” não tecidos têm considerável importância para uma ampla variedade de usos nos hospitais, indústrias e lares.

PAPEL USADO

O papel é um grande suprimento potencial, que pode se transformar em polpa a um baixo custo. Segundo os ecologistas os papéis usados devem ser reciclados e reutilizados. Existem quatro grandes categorias de massa de papel de primeira qualidade, como os recortes de blocos e de envelopes; a mista, como a que se encontra nas cestas de lixo; as folhas de papelão ondulado velhas; e o papel de jornais velhos. Os meios mecânicos são suficientes para transformar a massa de papel em polpa apropriada para o papel de telhados e papel para caixas de papelão. Em virtude de o produto ter coloração escura, não é necessário remover as tintas e os pigmentos; são suficientes, por isso, as operações de desintegração e de desfibramento.

Destintamento depois de os fardos serem inspecionados e lançados na polpadeira, se junta soda cáustica, que é o reagente usado em geral para destintamento. A barrilha, o peróxido de sódio, o silicato de sódio ou um dos compostos fosfáticos do sódio podem ser adicionados à formulação, dependendo de diversos fatores, como, por exemplo, tipo da massa de papel, água da localidade e equipamento disponível. O cozimento e o polpeamento são efetuados rapidamente numa só operação, numa temperatura um pouco inferior a 200ºF (93.3 ºC). O material estranho, como clipes, é coletado no peneiramento da polpa, antes da lavagem. O alvejamento, leva em muitos casos, a um produto branco como a neve.

CHAPAS ESTRUTURAIS

As chapas de fibra são folhas rígidas, ou semi-rígidas, formada pelo feltramento das fibras a úmida ou a seco. As espécies de baixa densidade são em geral usadas para isolamento. Os tipos modernos de densidade média são empregados em móveis, e os tipos de alta densidade são empregados em móveis e painéis de parede. As fibras usadas provem de madeiras moles ou duras, de refugos de madeira e de resíduos de fábricas; a madeira é polpeada por processos mecânicos, termomecânicos ou explosivos. Usa-se um pouco de adesivo, em geral resina de fenol-formaldeido, particularmente com as chapas feltradas a seco. È comum fazer um tratamento para melhorar a resistência à chama ou a água, ou para proteger a madeira contra a ação de insetos.

As chapas de aglomerados usam serragem, aparas e lascas com formas especiais, a fim de combinar as propriedades físicas convenientes com a aparência atrativa. Os adesivos de resina sintética e as diferentes condições de prensagem dão produtos com diversas densidades, resistências, e com diversas gofragens. Está surgindo uma nova classe de chapas, usam adesivos de resina e tem os elementos básicos alinhados substancialmente numa direção. Os aglomerados são utilizados em pisos de assentamentos de assoalhos, nos móveis chapeados, nos painéis decorativos, e estão substituindo a madeira compensada, ou a maciça, em algumas aplicações estruturais.

Os laminados à base de papel são folhas múltiplas de papel tratado a resinas coladas sob pressão elevada com ação do calor; nestas circunstâncias, tornam-se rígidas e não tem as características do papel. Dependendo do processo usado, os produtos são com carga de resina ou com impregnação de resina. Tem diversas características como estabilidade e resistência, que os tornam úteis na indústria de construção.

PERSPECTIVAS DE PRODUÇÃO

Atualmente, o Brasil vive uma grande ascendência no desenvolvimento da indústria de celulose. O país possui condições climáticas favoráveis ao plantio das árvores além de que a tecnologia que esta sendo investida permite que a indústria alcance qualidade no seu processo de produção, em níveis superiores aos do mercado mundial, gerando alta escala produtiva e diminuição de custos.

Em 2008 o Brasil alcançou o posto de 4º maior produtor de celulose do mundo.

CONSIDERAÇOES FINAIS

Ao analisar a Cadeia Produtiva de Papel e Celulose conclui-se que o mercado

internacional exerce em seu desempenho uma forte influência. Isso se deve ao fato de a demanda de papel e de celulose ser maior que a oferta mundial, levando a que grande parte da produção seja destinada para a exportação.

O setor produtivo brasileiro de papel e celulose mostra possuir um grande

potencial, situando-se como o sétimo maior produtor mundial de celulose, o décimo primeiro maior produtor de papel e um dos quinze maiores mercados consumidores,verificando-se nos últimos anos um acelerado crescimento o qual, pelo visto, continuará na próxima década.

BIBLIOGRAFIA

http://www.celuloseriograndense.com.br/produtos

www.google.com.br papel e celulose