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1. O que é resistência à umidade?
A resistência à umidade refere-se à capacidade do papel de reter a resistência quando exposto à umidade. Ela é avaliada em duas etapas principais:
- Resistência inicial à umidade – A resistência da folha de papel antes da secagem, importante para a operacionalidade da máquina.
- Resistência à umidade re-umedecida – A resistência à umidade do papel acabado durante processos como revestimento ou impressão e no uso final (por exemplo, lenços de papel, embalagens).
Como esses dois tipos atendem a propósitos diferentes — com requisitos de desempenho distintos — eles devem ser otimizados de forma diferente.
2. Resistência inicial à umidade
Com menos de 30% de sólidos (ou seja, >70% de umidade), o papel retém apenas 15% a 20% de sua resistência a seco. A resistência inicial a úmido é afetada por:
- Composição da polpa, nível de refino e secura da folha
- Condições do processo e aditivos químicos na parte úmida
Máquinas de papel de alta velocidade usam sistemas avançados de suporte de banda úmida para minimizar a tensão e manter a estabilidade, permitindo papéis com gramaturas mais baixas e economia de custos.
Um modelo quantitativo (Page, 1993) relaciona a resistência úmida à tensão superficial (γ), área da película de água (A), raio de curvatura (r), atrito (µ) e rugosidade da fibra (C).
3. Re-umedecer a resistência à umidade
A resistência à umidade após reumedecimento refere-se à resistência retida por um papel seco após ele se tornar úmido novamente. Com o tratamento adequado de resistência à umidade, o papel normalmente retém de 20% a 40% (até 50%) de sua resistência à umidade em condições secas — um requisito essencial para muitos usos finais.
4. Como funcionam os agentes de resistência à umidade
A água rompe as ligações de hidrogênio entre as fibras, enfraquecendo o papel. Agentes de resistência à umidade neutralizam isso por meio de dois mecanismos:
- Proteção: Criação de uma rede rígida e reticulada ao redor das fibras para evitar o inchaço.
- Reforço: Formação de novas ligações químicas insensíveis à água que fortalecem a estrutura.
Com base na química de ligação, os agentes de resistência à umidade podem ser:
- Temporário: Forma ligações (por exemplo, hemiacetais) que se rompem ao serem reumedecidas (por exemplo, PAM glioxilado).
- Permanente: Cria ligações covalentes resistentes à água (por exemplo, PAE, UF, MF).
5. Agentes comuns de resistência à umidade
Ureia-Formaldeído (UF)
- Resina reativa mais antiga; forma redes reticuladas hidrofóbicas em pH 4–5.
- Normalmente usado na dosagem de 0.5–3%, aplicado próximo à bomba de mistura.
- Deve corresponder ao pH do sistema e evitar interação com tamanho de alúmen-colofônia para evitar resíduos.
Melamina-Formaldeído (MF)
- Resina solúvel em água usada em papéis especiais.
- Torna-se carregado positivamente em pH baixo e adere às fibras, melhorando a ligação.
- Aplicado na dosagem de 0.1–3% com cuidado para evitar manchas de amido/resina.
- Requer cura pós-secagem — a resistência máxima à umidade se desenvolve cerca de 10 dias depois.
Poliamida-Epicloridrina (PAE)
- Projetado para sistemas neutros/alcalinos, amplamente utilizado em papéis de seda e embalagens.
- Oferece alta eficiência de resistência à umidade em uma ampla faixa de pH (4–8).
- Forma ligações cruzadas covalentes por meio de anéis epóxidos; dosagem ~0.25–1%.
- Eficiência afetada pelo tipo de fibra, refino, pH, retenção, concentração de Ca²⁺ e ordem de adição química.
6. Considerações Ambientais e Regulatórias
Os principais subprodutos no processo de produção da resina PAE incluem: DCP = 1,3-dicloro-2-propano MCPD = 3-cloro-1,2-propilenoglicol EPI = epicloridrina Os três compostos orgânicos de pequenas moléculas contendo cloro acima são os principais subprodutos na resina PAE, definidos como haletos orgânicos adsorvíveis (AOX), que são produzidos pela hidrólise da epicloridrina, conforme mostrado na Figura 2.
Atualmente, o regulamento da UE REACH identificou claramente a toxicidade e a carcinogenicidade dos subprodutos AOX em resinas PAE. Entre eles, o 1,3-dicloro-2-propano DCP é identificado como um possível carcinógeno H 350 (cat. 1B), enquanto o 3-cloro-1,2-propanodiol MCPD é identificado como H 351 (cat. 2) suspeito de carcinógeno. Além disso, de acordo com as disposições do BfR XXXVI, para produtos de papel para contato com alimentos, após a amostra ser extraída em água, o limite superior da quantidade residual de 1,3-dicloro-2-propano DCP é de 2 μg/l, e o limite superior da quantidade residual de 3-cloro-1,2-propanodiol MCPD é de 12 μg/l. Isso, sem dúvida, impõe requisitos mais elevados à proteção ambiental e à limpeza da resina de resistência à umidade utilizada.
No descarte de águas residuais de fábricas de papel, como o agente de resistência à umidade PAE é a principal fonte de AOX, desde meados da década de 1980, a fim de reduzir a poluição causada por AOX no meio ambiente, a segunda e a terceira gerações de resinas PAE de resistência à umidade ecologicamente corretas foram introduzidas sucessivamente. Em comparação com a primeira geração de resinas PAE, as PAEs de segunda e terceira gerações reduziram significativamente o teor de epicloridrina residual e a quantidade residual de seus produtos de hidrólise, DCP e MCPD.
| Indicador | Primeira geração | Segunda geração | Terceira Geração |
|---|---|---|---|
| Tipo de produto | Agente de Resistência Úmida Industrial | Agente de Resistência Úmida Padrão | Agente de resistência úmida de grau alimentício |
| Conteúdo de sólidos (%) | 12.5 ± 1 | 15 ± 3 | 18 ± 2 |
| pH | 4 ± 1.5 | 4 ± 1.5 | 4 ± 1.5 |
| Viscosidade (cps) | ≤ 110 | ≤ 110 | ≤ 110 |
| DCP (ppm) | * (não controlado) | ≤ 100 | ≤ 10 |
| MCPD (ppm) | * (não controlado) | ≤ 100 | ≤ 10 |
| Diferenciais | Baixo custo com bom desempenho de resistência à umidade | Baixo teor de cloro residual, em conformidade com as normas de embalagem de alimentos e da UE | Totalmente livre de cloro; adequado para produção de longo prazo de papel para contato com alimentos |
| Desvantagens | Contém alto teor de cloro residual, potencialmente prejudicial à saúde humana | Preço ligeiramente superior ao da primeira geração, requer dosagem ~15% maior | Alto custo; desempenho de resistência úmida relativamente menor, requer ~5% mais dosagem do que a segunda geração |
7. Melhores práticas para uso de resistência à umidade
- Dosagem de controle (0.25–1%) para atingir o potencial zeta ideal.
- Adição de sequência para evitar incompatibilidade com aditivos aniônicos.
- Garanta a retenção combinando com auxiliares de retenção e controlando os níveis de Ca²⁺.
- Aplique a cura (por exemplo, 80 °C por 30 min) após a adição.
- Misture agentes de resistência úmida com aditivos de resistência seca para aumentar a resistência e a retenção da teia.
8. Conclusão e Perspectivas Futuras
Agentes de resistência à umidade são indispensáveis na fabricação moderna de papel, aumentando a durabilidade do papel sob umidade e possibilitando diversas aplicações. Com o aumento da velocidade das máquinas e da demanda por produtos, esses agentes garantem o desempenho e a eficiência do processo. A P&D em andamento está focada em soluções sustentáveis e eficazes de resistência à umidade, como policarboxilatos, quitosana e alternativas verdes às resinas tradicionais.
