Cationization of cellulose nanofibrils (CNF) for application as additive to improve quality of eucalyptus kraft pulp on paper production

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Gomes, Claudia Marcia
• Orientador(a): Oliveira, Rubens Chaves
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Viçosa
• Área do conhecimento CNPq: Tecnologia e Utilização de Produtos Florestais
• Link de acesso: http://www.locus.ufv.br/handle/123456789/9384

Celulose nanofibrila (CNF) refere-se aos aglomerados de fibrilas de celulose com diâmetro na ordem de nanômetros, obtidos a partir de fibras celulósicas, por processamento mecânico. As principais características da CNF são elevadas resistência mecânica e transparência, além do baixo peso específico e coeficiente de expansão térmica. Outro fator de relevância é ser um polímero biodegradável, portanto interessante do ponto de vista ambiental. Adicionalmente, a superfície da CNF apresenta elevada concentração de grupos hidroxilas, o que a torna adequada para a introdução de moléculas ou polímeros, a fim de melhorar o seu desempenho ou desenvolver novas funcionalidades. A CNF tem sido investigada com um substituto aos polímeros sintéticos nas mais diferentes áreas. Este estudo trata da modificação da CNF para utilização como aditivo na produção de papel e foi dividido em três etapas. Na primeira etapa foi realizada uma revisão de literatura sobre modificação superficial de CNF. Na segunda etapa a CNF foi cationizada com o objetivo de tornar a sua distribuição homogênea na estrutura do papel e promover ligações entre as fibras em maior quantidade e mais fortes. As propriedades físico- químicas e ultraestruturais da CNF antes (P-CNF) e após a cationização (C1- CNF e C2-CNF) foram mensuradas com a finalidade de comprovar a cationização e verificar o seu efeito na estrutura da CNF. As CNFs cationizadas apresentaram conteúdos de trimetilamônio de 0.68 (C1-CNF) e 1.21 mmol·g -1 (C2-CNF). As reações de cationização diminuíram a espessura e o comprimento das fibrilas, bem como degradaram a cadeia e a estrutura cristalina da celulose, sendo esses efeitos mais pronunciados para a reação que resultou na C2-CNF. Na terceira etapa, as C-CNFs foram utilizadas como aditivo na melhoria de qualidade da polpa kraft de eucalipto para a produção de papel. O efeito da adição das C-CNFs no tempo de drenagem da polpa e nas propriedades físico-mecânicas e ópticas do papel foi avaliado. Após a cationização, a CNF apresentou distribuição homogênea na estrutura do papel. Somente as polpas com elevadas cargas de C-CNFs (3% and 5%) apresentaram tempos de drenagem maiores que aquelas com adição de P- CNF. A adição de C2-CNF resultou em polpas com tempo de drenagem estatisticamente maior que a adição de C1-CNF. Quando comparado com os papéis com adição de P-CNF, aqueles com adição de C-CNFs possuem menores volume específico aparente (VEA) e maiores resistência à passagem de ar (RPA) e lisura. Somente a adição de elevadas cargas de C-CNFs resultou em papéis com índices de rasgo e arrebentamento estatisticamente maiores que aqueles com P-CNF. Uma possível explicação seriam os maiores flóculos presentes durante a formação do papel, o que levou ao maior entrelaçamento entre as fibras. Quando comparada com a P-CNF, a adição de diferentes cargas de C-CNFs não resultou aumento do índice de tração dos papéis. A redução da resistência mecânica para a polpa com baixas cargas de C-CNFs se deve, possivelmente, ao rompimento do papel ter ocorrido na C- CNF, que foi degradada durante a reação de cationização. Os papéis com C- CNFs apresentaram menores coeficientes de dispersão de luz (CDL) e maiores transparências do que aqueles com P-CNF. No geral, o grau de cationização da CNF teve efeito nas propriedades físicas e ópticas do papel, mas não teve efeito nas propriedades mecânicas. Para o uso da CNF cationizada na melhoria das propriedades do papel, a reação de cationização deve ser realizada em meio compatível com a produção de papel e não prejudicar a estrutura da CNF. Adicionalmente, o grau de cationização e a carga de CNF precisa ser otimizada para melhorar as propriedades do papel sem aumentar o tempo de drenagem da polpa.