Reologia de suspensões de carbonato de cálcio e de caulino aplicada ao revestimento de papel

Abstract

Este trabalho visa a formulação de caldas de revestimento com pigmentos à base de carbonato de cálcio natural e de caulino e tem como objectivo o estudo de alguns factores mais relevantes na reologia das diferentes formulações das caldas de revestimento e nos seus efeitos sobre as propriedades dos papéis revestidos. O revestimento do papel consiste na cobertura de um papel base por uma mistura contendo, pelo menos, um ligante e um pigmento. Os revestimentos modernos são compostos, não apenas por pigmentos e por ligantes, mas também por aditivos e por água. Actualmente, mais de 60% das caldas de revestimento usam o caulino como pigmento, sendo o carbonato de cálcio natural o segundo pigmento mais importante sendo todos eles usados para aumentar o grau de brancura, a opacidade e a receptividade da tinta do papel, entre outras propriedades. Este estudo dividiu-se em duas partes: - Efeito da carga de sólidos, dos ligantes de carboximetil celulose e do latex na reologia das caldas de revestimento, contendo carbonato de cálcio natural e caulino. - Caracterização dos papéis revestidos pelas anteriores caldas de revestimento. A primeira parte do trabalho consiste basicamente, no estudo da influência de diversos factores na reologia das caldas de revestimento, nomeadamente: diferentes teores de sólidos e adição de diferentes aditivos (dois carboximetil celulose de diferentes pesos moleculares, com diferentes concentrações, e latex). Para isso, fizeram-se medições reológicas num reómetro rotacional (Control-Stress, Carri-med 500 CSL, UK) e realizaram-se experiências de enchimento por barbotina, já que estas são um bom índice do grau de dispersão alcançado pelas suspensões. A segunda parte do trabalho foi feita num laboratório onde foram feitos alguns ensaios de revestimento de papel de maneira a analisar como é que os diferentes pigmentos e as suas concentrações, assim como o peso molecular e a concentração de carboximetil celulose e latex, influenciam as propriedades dos papéis revestidos. Os resultados referentes a este trabalho demonstram que os ligantes carboximetil celulose adicionados às formulações das caldas de revestimento dos papéis podem ter papéis completamente diferentes em termos de reologia e de “runnability”, assim como nas propriedades dos papéis revestidos, dependendo da interligação entre o comprimento das cadeias polimerícas (peso molecular), da quantidade adicionada e da concentração do pigmento.

This work analyse the development of coating colours with ground calcium carbonate and kaolin as pigments. The main goal is the study of some relevant factors to the rheology of the different coating colours and its effects on the coating paper properties. The coating paper consists in the coverage of a paper base with a mixture that has, at least, a binder and a pigment. The actual coating colours are composed, not only with pigments and binders, but also with additives and water. At present, more than 60% of coating colours use kaolin as pigment, and the natural calcium carbonate is in the second position. All of them are applied in order to improve whiteness, opacity and printability of the paper. This study was divided in two parts: - Effect of solid loading, of binder’s carboximethyl cellulose and latex in the rheology of the coating colours with natural calcium carbonate and kaolin. - Characterization of the papers coated with the former coating colours. The first part of the work is based mainly on the study of the influence of different factors in the rheology of coating colours, namely: different concentration of pigment and the addition of different additives (two carboximethyl cellulose with different molecular weight and different concentration, and latex). Therefore, rheological measurements were performed using a rotational stress controlled rheometer (Control-Stress, Carri- -med 500 CSL, UK) and some experiences of slip casting were carry out, because the packing ability of the dispersed particles on slip casting is a good index of the dispersion degree achieved in the suspensions The second part of the work was carried out in a laboratory, where coated paper were produced and characterised. Relationship between paper properties and coating colours rheology were analysed. The results reveal that the carboximethyl cellulose binders added to paper coating formulations might play completely different roles in terms of rheology and runnability of the coating colors, as well as in the properties of the coating papers, depending on the interplay between the polymeric chain length (molecular weight, Mw) the added amount, and the pigment concentration.