Estratégias para aumento do alongamento do papel para ser utilizado na produção de formas 3D

Abstract

A crescente problemática ambiental causada pelo uso excessivo de matéria-prima de origem fóssil na produção de embalagens tem levado à procura de soluções mais sustentáveis para solucionar os problemas a si associados. Atualmente, o paradigma tem vindo a mudar e o setor das embalagens, que nas últimas décadas tem tido como matéria-prima o plástico, tem vindo a substituir esta matéria-prima por materiais celulósicos, nomeadamente papel, no caso de materiais não perecíveis e/ou que não requeiram condições específicas de embalagem.Apesar das soluções já existentes, há necessidade de estudos acrescidos para o desenvolvimento de embalagens "verdes", e, neste sentido, esta dissertação tem como objetivo avaliar o potencial para o uso de pastas de fibra curta de alto rendimento proveniente de eucalipto globulus (HYKEP) com o propósito de a tornar aplicável em embalagens de papel. Esta fibra permite a produção de maior quantidade de papel usando menos recursos florestais.O alongamento é, entre várias propriedades papeleiras, a mais importante a ter em conta para a utilização de papel em formação 3D. Com o intuito de melhorar o alongamento e outras propriedades papeleiras de papel de HYKEP foram estudados os efeitos da secagem sem restrição, da incorporação de fibra longa e da incorporação de xilanas extraídas de faia. Foram ainda realizados ensaios de revestimento de papel de HYKEP por lâmina com agar, contudo não foi possível atingir a qualidade desejada. Por fim, foram estudados parâmetros que afetam a termoformabilidade do papel, tais como a humidade relativa e a temperatura de formação 3D.Os resultados obtidos mostram que a secagem sem restrição tem efeitos mais benéficos nas propriedades papeleiras do que a secagem com restrição, aumentando o alongamento do papel de 3.0% para 5.2%.A incorporação de fibra longa (ºSR 16), apesar de ter menor efeito que a secagem no alongamento, demonstrou correlacionar-se positivamente com o aumento desta propriedade e também melhorar outras propriedades mecânicas como o índice T.E.A. e o índice de tração. Através da incorporação de fibra longa mais refinada (ºSR 35) foi possível constatar ainda que uma maior refinação conduz ao aumento do alongamento e da formabilidade do papel. De entre as amostras de papel estudadas, as que possuíam 30% de fibra longa (ºSR 16) e 20% de fibra longa (ºSR 35) nas suas composições revelaram ser mais resistentes à formação 3D.A incorporação de xilanas aumentou o valor de propriedades como o índice de tração, índice de T.E.A. e índice de rasgamento, para níveis de incorporação de 1.5%. Já um teor superior de xilanas levou à redução destas propriedades. Relativamente à formação 3D, a produção de folhas segundo as estratégias de incorporação de xilanas não demonstrou trazer vantagens.Os ensaios de formação 3D revelaram que a obtenção de formas é beneficiada por humidades relativas de 85% face a valores mais baixos. Por outro lado, na gama de humidades relativas [75,85]%, o aumento da temperatura reduziu a capacidade de formação 3D do papel.

The growing environmental issue caused by the excessive use of fossil-based raw materials in packaging has led to the search for more sustainable solutions to address the associated problems.Nowadays, the paradigm has been shifting and the packaging that has been predominantly done with plastic in recent decades is being replaced by cellulose-based materials, particularly paper, for non-perishable and/or non-specific packaging requirements.Despite the existing solutions, additional studies are needed for the development of "green" packaging, and, in this regard this dissertation aims to use of hThe growing environmental issue caused by the excessive use of fossil-based raw materials in packaging has led to the search for more sustainable solutions to address the associated problems. Nowadays, the paradigm has been shifting and the packaging that has been predominantly done with plastic in recent decades is being replaced by cellulose-based materials, particularly paper, for non-perishable and/or non-specific packaging requirements.Despite the existing solutions, additional studies are needed for the development of "green"packaging, and, in this regard this dissertation aims to use of high-yield short-fiber pulp from eucalyptus globulus (HYKEP) with the purpose of making it suitable for paper packaging. This fiber allows for the greater quantity of paper using fewer forest resources.The elongation is, among various paper properties, the most important one to consider for the use of paper in 3D forming. In order to improve the elongation and other paper properties of HYKEP paper, the effects of unrestrained drying, the incorporation of softwood pulp, and the incorporation of xylans extracted from beechwood were studied. Attempts were also made to coat HYKEP paper with agar film; however, it was not possible to achieve the desired quality. The relative humidity and temperature conditions of 3D formation has also been studied.The results show that the unrestrained drying has more beneficial effects on paper properties, increasing the elongation from 3.0% to 5.2%.The incorporation of long fiber (ºSR 16), while having a lesser effect compared to drying on elongation, demonstrated a positive correlation with the increase in this property and also improved other mechanical properties such as Tensile Energy Absorption index (T.E.A.) and tensile index.Through the incorporation of more refined long fiber (ºSR 35) it was further observed that increased refining is associated with an increase in elongation and paper formability. Among the paper samples studied, those containing 30% long fiber (ºSR 16) and 20% long fiber (ºSR 35) in their compositions were found to be more resistant to 3D formation.The incorporation of xylans increase the value of properties like the tensile index, T.E.A. index and tear index for incorporation levels of 1.5%. Indeed, a higher content of xylans led to a reduction in these properties. Regarding 3D formation, the production of sheets using paper with xylans did not demonstrate any advantages.The 3D formation tests revealed that the shaping process benefits from relative humidity levels of 85% compared to lower values. On the other hand, within the range of relative humidities [75,85]%, an increase in temperature reduced the paper’s 3D formation capacity.