Physical chemical interactions on paper surface : impact on the printability of papers produced with E. globulus kraft pulps

摘要

Actualmente assiste-se a uma crescente exigência dos consumidores relativamente à qualidade dos papéis de impressão e escrita (P&W), especialmente no que respeita à sua imprimabilidade. As interacções tinta-papel são afectadas quer pelas propriedades físicoquímicas da superfície do papel quer pelas propriedades da matriz fibrosa, pelo que nãoapenas o tratamento final da superfície mas, em geral, todas as operações do processo deprodução condicionam o desempenho do papel em termos de impressão. Neste contexto, amodificação química da superfície do papel é hoje em dia uma prática comum paraaumentar a qualidade de impressão, sendo a colagem superficial uma operação correnteem qualquer fábrica de papel.Tradicionalmente, é utilizada uma solução de amido para o tratamento superficial depapéis de impressão e escrita, a fim de melhorar propriedades como a resistênciasuperficial ou imprimabilidade. No entanto, recentemente têm vindo a ser usadasformulações de colagem superficial à base de misturas de amido catiónico com pequenaspercentagens de copolímeros sintéticos, de modo a realçar os efeitos da colagemsuperficial, particularmente no que diz respeito à energia de superfície, carácter hidrofílicoe afinidade para com diferentes tipos de tinta. O objectivo principal é o de optimizar osprocessos de absorção e espalhamento das tintas de impressão, e assim favorecer aqualidade de impressão.O principal objectivo do presente trabalho é precisamente analisar o impacto da aplicaçãode diferentes formulações de colagem superficial, constituídas por misturas de amido e umagente de colagem, tanto nas propriedades superficiais do papel como na qualidade deimpressão. Para tal foram utilizadas misturas de amido catiónico com 10 copolímerosdistintos, em três percentagens diferentes de copolímero (5%, 10% e 20% w/w), num totalde 30 formulações. Estas formulações foram devidamente caracterizadas e depoisaplicadas na superfície de folhas de papel não revestido produzido com base em pastakraft branqueada de E. globulus e procedeu-se à análise exaustiva das respectivassuperfícies, designadamente em termos de lisura, porosidade e algumas propriedadesquímicas, como a energia de superfície e o carácter ácido-base da superfície. O papeltratado com 100% de amido catiónico foi tomado como amostra de referência. Foramutilizadas diversas técnicas de caracterização, como perfilometria óptica, porosimetria demercúrio, medição dos ângulos de contacto e cromatografia gasosa de fase inversa (IGC). Complementarmente, usou-se ainda Microscopia de Força Atómica, EspectroscopiaElectrónica para Análise Química e Espectroscopia de Ião Secundário, a fim de esclareceraspectos mais específicos em algumas das amostras. Por fim, procedeu-se à avaliação daqualidade de impressão inkjet nas diferentes amostras, através quer da determinação devários parâmetros de qualidade de impressão quer da análise das amostras impressas porum painel de utilizadores finais deste tipo de papéis. Estes resultados foram correlacionadoscom os provenientes da caracterização da superfície do papel, recorrendo a PLS (PartialLeast Squares). Todos os resultados experimentais foram sujeitos a uma análise de variância(ANOVA) e análise de componentes principais (PCA - Principal Component Analysis) porforma a avaliar a variabilidade intra e inter-amostras. Esta variabilidade foi analisada demodo sistemático tendo em conta os tratamentos de superfície aplicados.O estudo desenvolvido revelou que os tratamentos de colagem na superfície do papel têmum impacto pouco significativo em parâmetros físicos, como os determinados porperfilometria ou por porosimetria de mercúrio, mas influenciam decisivamente aspropriedades químicas da superfície das amostras. Com efeito, as diferentes formulaçõestestadas conduziram a níveis de energia de superfície e de carácter ácido-base, avaliadospela medição dos ângulos de contacto e por IGC, significativamente diferentes. Estasdiferenças permitiram detectar e interpretar os efeitos quer da natureza quer daquantidade de copolímero incorporado nas formulações, conduzindo ainda a uma melhorcompreensão das interacções de natureza físico-química que ocorrem à superfície do papelquando este é sujeito a tratamentos de colagem superficial para optimização do processode impressão inkjet.Por último, é de sublinhar que os resultados obtidos neste trabalho se revestem do maiorinteresse para a indústria papeleira nacional, na medida em envolvem o seu maisimportante produto – os papéis não revestidos para impressão e escrita –, para o qual nãohá estudos sistemáticos publicados com as formulações testadas. Além disso, a selecção dasformulações e dos copolímeros teve em conta a viabilidade da sua aplicação industrial.