Avaliação de absortividade de pastas celulósicas para aplicações não papeleiras

Abstract

A capacidade de absorção é a característica chave no estudo de pastas celulósicas para aplicações não papeleiras. As propriedades de superfície de seis pastas celulósicas kraft de eucalipto, obtidas a diferentes condições de cozimento e branqueamento e desfibradas num moinho hammermill, foram estudadas através das isotérmicas de sorção e ângulos de contacto, de modo a determinar a relação entre estas propriedades e a sua capacidade de absorção de água. Além disso, estudou-se a influência da composição química e morfologia das fibras nas propriedades de superfície e de absorção. As isotérmicas de sorção foram determinadas para pressões relativas de água entre 0,05-0,95 a três temperaturas (25ºC, 30ºCe 35ºC), utilizando o instrumento de resolução DVS (Dynamic Vapour Sorption Resolution instrument). O modelo GAB foi utilizado para o ajuste aos dados de sorção obtidos e, os parâmetros deste modelo foram estimados por regressão não linear. Os ângulos de contacto foram medidos no sistema de ângulos de contacto OCA pelo método da gota séssil. O volume específico, a porosidade e a capacidade de absorção das pastas foram determinadas de acordo com procedimento Escandinavo de teste de absorção, SCAN-C33:80. Os resultados das isotérmicas de sorção demonstram que, a capacidade de formar a monocamada de moléculas de água na superfície diminui com o aumento da temperatura. Este resultado indica que, com aumento da temperatura, por aumentar o estado de excitação das moléculas de água, há aumento da distância entre estas e, consequentemente, diminuição das forças atrativas. Os resultados de calor isostérico de adsorção demonstram que, a força de ligação entre as moléculas e a superfície é superior à das moléculas na multicamada e que a presença de fibras mais aglomeradas e compactas (knots), torna a força efetiva de ligação entre as moléculas de água e estas fibras da superfície mais fraca. Os ângulos de contacto das pastas variam entre 17 º e 27 º, o que demonstra que a atração solido-líquido prevalece sobre a atração líquido-líquido e que, portanto, são molháveis. Da correlação entre a composição química e a morfologia das fibras com as propriedades de superfície e de absorção, verificou-se que, o teor em grupos carboxílicos, a maior porosidade e o maior volume específico favorecem o fenómeno de absorção mas têm efeito negativo na adsorção e que, a maior porosidade e o maior volume específico são favorecido pelo coarseness das pastas e pelas deformações kink e curl. Assim concluiu-se que a facilidade em formar a monocamada e multicamada de moléculas de água na superfície do material absorvente não está diretamente relacionado com uma melhor absorção, uma vez que as características que favorecem a absorção, nomeadamente maior porosidade e maior volume específico, não coincidem com a molhabilidade e a afinidade da superfície para as moléculas de água

Absorption capacity is a key characteristic for cellulosic pulps used for non-papermaking needs. The surface properties of six defiberized in a hammermill eucalyptus bleached Kraft pulps, obtained at different cooking and bleaching conditions, were studied employing sorption isotherms and contact angles in order to determine a relationship between them, their absorption capacity and their chemical composition and morphology of fibres. The sorption isotherms were obtained at three temperatures (25 º𝐶, 30 º𝐶 and 35 º𝐶) for relative pressure between 0,05-0,95 using the Dynamic Vapor Sorption Resolution instrumentation (DVS). The experimental sorption data of all samples were fitted to the GAB model and the parameters of this sorption model were estimated from the experimental results using the nonlinear regression analysis. The contact angles were measured in the OCA contact angle system using the sessile drop method. The specific volume and absorption capacity of pre-formed pulp fibre pads were determined according to a Scandinavian absorbency testing procedure (Scan-C33:80). The sorption isotherms showed, as expected, that an increase in temperature results in a decreasing at the equilibrium moisture content. This result can be explained by the increment of the molecules excitation state resulting in the increase between their mutual distances and, consequently, in the decrease of the binding energy between molecules becoming less stable and breaking away from the water binding site of the pulp’s surface. Isosteric heat of sorption showed that the binding energy between molecules in the monolayer is higher than in the multilayer and that the knot content affects negatively binding energy between surface fibres and water molecules. The contacts angles of pulps varied between 17º and 27º thus demonstrating their strong wettability, when the solid-liquid attraction prevailed over the liquid-liquid one. The correlation between chemical composition of pulp’s, morphology of their fibres and surface and absorption properties demonstrated that the carboxylic groups content, higher porosity and higher specific volume favoured absorption and have negatively effect on surface properties and that porosity and specific volume are correlated to higher coarseness of pulp’s and higher fibre deformations (curl and kink). Thus, an easier formation of the monolayer and multilayer didn´t correlate directly to a better absorption, since the same properties that improve absorption, namely higher porosity and higher specific volume, didn’t correlate to the wettability and affinity of the surface to water molecules