Em geral a celulose é fornecida na forma de polpa ou placas e suas propriedades são reflexos de características intrínsecas da madeira, das fibras, presença de outras substâncias e do tipo de processo de produção.
3.6.1 Propriedades anatômicas da celulose
Dentre as propriedades anatômicas o teor de finos é uma importante propriedade a ser considerada na fabricação de papeis por estar relacionada com perda de rendimento no processo de fabricação, conforme definido no manual do equipamento e/ou metodologias correlatas das normas técnicas: ABNT NBR ISO ou TAPPI.
As imagens foram feitas no modo tapping com o microscópio de força atômica, com modo de operação AFM, modelo MFP-3D-AS, conforme descrito no item 4.2.3.
3.6.2 Propriedades químicas
Dentre as propriedades químicas (pentosanas, solubilidade e resistências em soda cáustica, teor de extrativos, cinza, etc.), a viscosidade é a mais considerada na fabricação da pasta celulósica como na produção de papéis e derivados da celulose (CMC), desde o recebimento da matéria-prima (celulose) quanto para o monitoramento do processo e classificação do produto final.
3.6.2.1 Viscosidade
Segundo D’Almeida (1988), para determinação desta propriedade a pasta celulósica é dissolvida em um solvente apropriado, e é medida a viscosidade da solução. É um método rápido para caracterização da celulose e detectara degradação resultante de ação de aquecimento, luz, ácidos, álcalis e agentes oxidantes. Esta propriedade pode ser determinada por análise gravimétrica, conforme definido na norma ABNT NBR 7730.
3.6.2.2 Pentosanas e Solubilidades em soda
Conforme D’Almeida (1988), para polpa de madeira de eucalipto o teor de pentosanas consiste em determinar uma parte do teor de hemicelulose através de hidrólise com ácido clorídrico concentrado que leva a formação do furfurol, o qual é separado da mistura por destilação. As polpas de folhosas, por exemplo: Eucalyptus spp., o teor pentosanas material removido por solução de hidróxido de sódio a 5% consiste, praticamente de xilanas, e a 10% a glucanas.
De acordo com Palmeiras et al (2005), uma solubilidade de 10% em hidróxido de sódio 5% equivale a 15,1% de pentosanas, isso confirma a predominância das pentoses como hemiceluloses das madeiras de Eucalyptus spp. As percentagens de pentosanas e xilanas apresentaram boa correlação entre si (R2 = 0,94). Um teor de 15,3% de xilanas equivale a 15,1% de pentosanas.
Outras propriedades químicas são comuns para qualificação da pasta celulósica, dentre estas a pentosanas e a solubilidade ou resistência em soda cáustica nas concentrações de 5% - S5 e 10% - R10, conforme definido nas normas ABNT NBR 6968 (pentosanas) e ABNT NBR 14002 (solubilidade em soda).
Portanto, estas duas técnicas podem ser usadas intercambiavelmente para medir o teor de hemiceluloses de polpa branqueada de Eucalyptus spp. (PALMEIRAS et al., 2010) , conforme as figuras 7 a 9.
Figura 7 – Correlação entre percentual de pentosanas e xilanas
Fonte: Adaptado de Palmeiras et al, 2010.
Figura 8 – Correlação entre material solúvel em soda 5% e xilanas
Fonte: Adaptado de Palmeiras et al, 2010.
y = 0,755x + 3,495 R² = 0,9368 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 16,5 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 16,5 P e rc e nt ua l de P e nt os ana s Percentual de Xilanas y = 1,0312x - 5,8357 R² = 0,9778 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 16,5 pe rc e nt ua l de m at e ri al s ol úv e l e m N aO H Percentual de Xilanas
Figura 9 – Correlação entre material solúvel em NaOH 5% e pentosanas
Fonte: Adaptado de Palmeiras et al, 2010.
3.6.3 Propriedades físico-mecânicas da celulose
Os ensaios físico-mecânicos são muito utilizados na avaliação das propriedades das fibras de celulose, principalmente para fabricação de papéis. As propriedades podem ser determinadas em folhas preparadas em laboratório, utilizando água padrão, na gramatura de 60g/m2, na polpa sem refino ou refinada, ou diretamente no papel industrial, conforme as metodologias: ABNT NBR 14031, 14344, 14181 e ABNT NBR ISO 5269-1.
3.6.3.1 Tração
Segundo D’Almeida (1988), dependendo do tratamento durante o processamento, as fibras podem ter sofrido degradação e enfraquecimento, dando origem a papéis fracos e rupturas quando o papel é tensionado durante o processo de impressão. Durante a determinação de tração é medido o alongamento que é a deformação máxima de um corpo-de-prova, sendo expresso em porcentagem O ensaio de tração é muito utilizado na avaliação das propriedades das fibras de celulose, sendo definido na norma TAPPI-T494, como a força de tração no instante anterior a ruptura do corpo de prova.
y = 1,2264x - 8,4875 R² = 0,8305 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 16,5 pe rc e nt ua l de m at e ri al s ol úv e l e m N aO H Percentual de Pentosanas
Nesta norma os resultados são expressos como força por unidade de largura do corpo de prova. É muito comum a utilização dos valores de índice de tração que são obtidos pela divisão do resultado de resistência a tração pela gramatura do corpo de prova.
3.6.3.2 Estouro
Conforme D’Almeida (1988), é definida como a pressão necessária para produzir o arrebentamento o material, ao aplicar uma pressão uniforme e crescente. A gramatura e espessura do papel ou folha de ensaios interferem no resultado desta propriedade. O índice de estouro é uma propriedade muito utilizada para papéis em forma de sacos, de embrulho e outros, sendo determinado conforme a norma TAPPI-403.
3.6.3.3 Rasgo
De acordo com D’Almeida (1988), a resistência ao rasgo mede o trabalho necessário para o rasgamento do papel, a uma distância fixada, depois do início do rasgo por meio de uma faca adaptada ao aparelho de medição. Entre os fatores que podem afetar esta propriedade tem-se o comprimento da fibra e a ligação entre as fibras. É utilizado para avaliação de etiquetas, papéis para fins higiênicos ou papéis submetidos à força de rasgamento.
O índice de rasgo é relatado como resistência intrínseca da fibra, mas também está muito relacionado às ligações interfibras. Neste ensaio é medida a energia necessária para fraturar o corpo de prova com esforço aplicado em ângulo de 90º (SHIN e STROMBERG, 2007 apud CAUX, 2009), sendo determinado conforme a norma TAPPI-414.
3.6.3.4 Dobras-duplas
Segundo D’Almeida (1988), o rasgo determina a resistência de um papel a sucessivas dobras de um corpo-de-prova cujos valores baixos indicam papel de fraca resistência. O número de dobras-duplas é uma das principais determinações para papel moeda sendo medido segundo a norma TAPPI-511.
3.6.4 Propriedade óptica da celulose
Em geral a degradação da celulose manifesta-se de forma rápida e pronunciada sobre suas propriedades ópticas sendo importantes no controle de qualidade dos produtos. As propriedades ópticas são de extrema importância para produtores de papel e para indústria farmacêutica fornecendo informações a respeito da cor, grau de brancura, opacidade e espalhamento de luz (CAUX, 2009).
3.6.4.1 Alvura
O ensaio de alvura é especialmente indicado para análise de materiais brancos é de fácil execução e fornece resultados rápidos e precisos, por isso é muito utilizada no monitoramento nas linhas de produção de celulose e papel. Este ensaio pode ser utilizado de forma satisfatória no monitoramento da degradação da celulose e sua estabilidade é frequentemente estudada (COSTA, 2001; COSTA et al. 2003). A alvura é medida em 457nm de comprimento de onda em equipamento capaz de fornecer iluminação difusa e as observações são feitas em termos da refletância absoluta. As medidas de refletância em luz azul são originalmente utilizadas como indicativo do grau de branqueamento adquirido pela polpa celulósica, portanto muito importante no controle de qualidade dos produtos (TAPPI-525, ISO 2470).