CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a adesivos produzidos pela solubilização ou plastificação de celulose ou de polpas de fontes biomássicas majoritariamente constituídas por celulose, que são aplicados para a colagem ou acabamento superficial de substratos celulósicos secos ou úmidos .

[002] Nesta invenção, "celulose" compreende e representa o polímero de celulose em sua forma pura, registrado sob o CAS Number 9004-34-6. Dentro da denominação "celulose" aqui empregada, estão compreendidas diferentes formas cristalinas do polímero, incluindo celuloses micro e nanocristalinas , e arranjos de macro, micro ou nanofibras de diferentes dimensões e razões de aspecto.

[003] Nesta invenção, "polpa de celulose" compreende e representa a substância de CAS Number 65996-61-4, definida como um material fibroso obtido pelo tratamento de fontes biomássicas lignocelulósicas de diferentes origens com uma ou mais soluções aquosas de polpação e/ou produtos químicos para branqueamento. A polpa é composta majoritariamente por celulose e pode conter hemicelulose, lignina e outros componentes em menor proporção. Os montantes relativos desses componentes minoritários dependem da extensão dos processos de pré-tratamento, polpação e branqueamento aplicados sobre as fontes biomássicas.

[004] Os produtos desta invenção são aplicados preferencialmente em papel, papelão, cartões, embalagens e similares, podendo ainda ser aplicados em outros tipos de substratos provenientes de fontes celulósicas, como fibras e tecidos.

[005] Os adesivos são totalmente repolpáveis e permitem que os substratos colados possam ser reprocessados com alta operacionalidade e eficiência, com destaque para o reprocessamento de papéis.

[006] O processo usado para produção dos adesivos é constituído por um conjunto de etapas que permite aos versados no estado da arte produzir diferentes modalidades da presente invenção, também capazes de se incorporar ao papel e permitir a total repolpabilidade do mesmo. Ainda, a presente invenção compreende a produção destes adesivos repolpáveis na forma líquida, de pasta ou em fitas.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[007] Papéis, papelões e embalagens de diferentes composições celulósicas são colados com facilidade pela ação de adesivos à base de diferentes substâncias químicas. Adesivos também são empregados em substratos celulósicos para fornecer propriedades específicas às suas superfícies como resistência à água e a líquidos orgânicos, aumento ou redução de brilho, rigidez, reforço da capacidade de tingimento, ajuste de porosidade e de rugosidade da superfície, entre outras propriedades físico-químicas e dimensionais, sendo nesta aplicação denominados ligantes ou agentes de sizing.

[008] A escolha do melhor adesivo para unir substratos celulósicos pode envolver análises que vão além das próprias necessidades a serem atendidas e do desempenho das juntas adesivas quanto à robustez e durabilidade da ligação promovida pelo adesivo, especialmente quando envolvem questões de custo e de sustentabilidade.

[009] Quanto à sustentabilidade, os mercados industriais de papel e de embalagens substituíram progressivamente o emprego de adesivos à base de solventes orgânicos por adesivos à base de água, reduzindo a exposição dos trabalhadores a voláteis orgânicos potencialmente tóxicos. Sob o ponto de vista operacional, esta mesma substituição facilitou o processo de reciclagem, dispensando a necessidade da separação e recuperação dos solventes e estendendo o ciclo de vida dos produtos.

[0010] Geralmente, adesivos têm efeito desfavorável no processo de reciclagem dos papéis, uma vez que interferem negativamente na formação da polpa. A propriedade hidrofóbica dos adesivos constitui uma das principais causas do que é chamado "campo branco pegajoso", ou seja, durante o processo de reprocessamento a quente dos papéis, os adesivos frequentemente se depositam em partes quentes e móveis das máquinas de papel, levando a paradas de máquinas e interrupção do processo. Esse problema é especialmente sério não só nos reprocessadores , mas nas próprias fábricas de papel, onde eventualmente ocorrem rasgos nas folhas e rolos que demandam emendas emergenciais , e o material emendado devendo ser eventualmente repolpado. O mesmo problema ocorre na produção de etiquetas e na colagem de cartões, papelões e outros derivados celulósicos, cuja reciclagem e composição final da polpa também são prejudicadas devido à dificuldade na remoção dos adesivos utilizados .

[0011] Como citado, devido à necessidade de controle fino no processo de produção do papel para evitar danos em sua superfície, e considerando a tecnologia em equipamentos e instalações presentemente empregada para aplicação das soluções adesivas, é altamente desejável que a escolha do melhor adesivo para colagem do substrato seja feita com base na formulação que venha a garantir a ideal processabilidade operacional .

[0012] Relatos de autores versados na colagem de derivados celulósicos indicam que o processo de colagem de celulose úmida oferece muitas dificuldades para uma execução bem sucedida. Robert Pelton, uma autoridade internacional na arte, em relação a este fato, declara em Microgel adhesive for wet cellulose : measurements and modeling (artigo publicado na Langmuir, em 2012), que "celulose úmida é um substrato desafiador" . Para a colagem de celulose úmida, em geral são necessários adesivos de alta complexidade e especificamente desenvolvidos para essa finalidade, tais como polivinilaminas em microgéis de poli-N- isopropilacrilamida . Outros sistemas poliméricos para esta finalidade podem ser menos complexos, porém os seus processos de colagem compreendem etapas que resultam em desvantagens operacionais. Um destes casos é descrito na patente US 7,294,670, onde uma dispersão aquosa de resina de poliuretano é usada para adesão na laminação de papel molhado e seco, porém esta colagem demanda uma necessária etapa de cura. Contudo, os adesivos que são produtos da invenção aqui descrita são de baixa complexidade, tanto na sua composição quanto com relação ao seu processo produtivo, e diferentemente dos adesivos acima relatados, apresentam a capacidade de colar substratos celulósicos úmidos com ótima eficiência . [0013] Foram encontrados documentos no estado da técnica que revelam processos de produção de adesivos que tratam da repolpagem de substratos celulósicos. O pedido US 14/083,286 (publicado sob o número US 20140120277) descreve adesivos repolpáveis à base de monômeros ou polímeros acrílicos e PET modificado. O pedido US 14/211,132 (publicado sob o número US 20140272352) descreve a adição de nanopartícuias inorgânicas, com destaque para a argila, a resinas poliolefínicas para promover a adesão de camadas de substratos celulósicos formando compósitos repolpáveis. A patente US 6,242,593 descreve a fabricação de adesivos biodegradáveis e repolpáveis a partir de copolímeros de monômeros vinílicos e ésteres de ácidos maleicos de alquilpoliglicosídeos . No entanto, a metodologia de produção dos adesivos que é proposta nesta invenção difere das reveladas nestes documentos dado que tem como matéria-prima somente a celulose, não compreendendo polímeros de outras naturezas, celuloses modificadas ou derivados de celulose.

[0014] Não foi identificado nenhum documento no estado da técnica que descrevesse o uso da celulose como matéria prima para elaboração de adesivos totalmente repolpáveis para substratos celulósicos de diferentes naturezas. A invenção aqui proposta traz como novidade em relação ao estado da técnica o uso da celulose como material de partida considerando duas possíveis alternativas: (i) uma celulose livre de substâncias que reduzem a eficiência do processo de solubilização e plastificação e limitam a repolpabilidade, ou (ii) uma polpa de celulose proveniente de uma fonte biomássica previamente tratada para maximizar a quantidade de celulose e eliminar ou reduzir ao máximo a presença de substâncias que reduzem a eficiência do processo de solubilização e plastificação. As substâncias indesejáveis compreendem compostos de diferentes naturezas, sendo os mais comuns a lignina e a hemicelulose .

[0015] Os fenómenos de adesão associados com a fabricação e uso final de produtos de papel são estudados há longo tempo. Boxin e Hyock, autores que amplamente estudaram o tema, revelam em Adhesion of Polymers in Paper Products from the Macroscopic to Molecular Levei — an overview (artigo publicado no Journal of Adhesion Science and Technology, 25 (2011) pp . 557-579), que a aplicação de polímeros sobre a superfície de papéis tem sido uma prática comum para melhorar e agregar valor aos produtos de papel. Contudo, poucas pesquisas se concentraram em compreender o mecanismo da adesão entre estes polímeros e os papéis, em contraste com o enorme volume de informação disponível sobre: (i) o fenómeno de adesão, individualmente dito, (ii) adesivos, propriamente ditos, e (ii) a tecnologia de produção de papel, sendo que a maioria desta informação é decorrente de estudos realizados dentro de uma perspectiva de fenómenos físicos e mecânicos. Segundo os autores, a adesão em papel pode se tornar mais eficiente desde que possam ser desenvolvidos sistemas com bases poliméricas e aditivos especialmente selecionados para atender as características intrínsecas dos substratos celulósicos.

[0016] A escolha do aditivo para soluções adesivas em base aquosa é limitada por questões ligadas à sua compatibilidade com o adesivo e à aplicação final do material colado. Por exemplo, no caso da colagem de papel para cigarros, em geral é usada uma solução aquosa de adesivo à base de carboximetilcelulose livre de qualquer aditivo que possivelmente apresente um potencial de toxicidade ao fumante. Além disso, o aditivo a ser escolhido ainda precisa ser totalmente solúvel em água, ser compatível com a base celulósica e não desestabilizar a solução formada. Aditivos ainda podem trazer um custo adicional à preparação das soluções .

[0017] Em geral, soluções compostas por um específico polímero têm bom desempenho como adesivos para unir peças e partes constituídas pelo mesmo polímero. Baseado nesta afirmação e visando atender as questões de custo e sustentabilidade citadas nesta invenção, o adesivo ideal para um papel 100% repolpável será uma solução aquosa de celulose. Infelizmente, a celulose é notoriamente insolúvel em água e na grande maioria dos líquidos conhecidos e de baixo impacto ambiental, o que torna a obtenção desta referida solução um desafio. Adicionalmente, a solução precisará estar isenta de impurezas ou aditivos que interfiram negativamente no reprocessamento dos substratos e repolpagem.

[0018] Os fatores da insolubilidade da celulose são atualmente o centro de uma controvérsia científica. A literatura descreve a obtenção de soluções aquosas de celulose, mas os resultados dos experimentos de solubilização não foram totalmente compreendidos. A eficiência do processo de produção das soluções e a eficácia das soluções produzidas, em diferentes aplicações finais, têm sido debatidas nas últimas décadas. Adicionalmente, os melhores solventes para a celulose apresentam ressalvas de uso, pois: (i) são exóticos, como soluções de cupramônio, (ii) ambientalmente indesejáveis, como xantogenato, ou (iii) excessivamente caros, como soluções de morfolina e alguns líquidos iónicos.

[0019] Dificuldades do uso direto da celulose como adesivo, devido à sua insolubilidade em solventes comuns, foram reveladas por Baumann e Conner no Capítulo 22 do Handbook of adhesive technology, revised and expanded. Algumas soluções para este problema são conseguidas através de modificações químicas na celulose, que geram derivados celulósicos processáveis em diferentes solventes.

[0020] No estado da técnica, estão disponíveis várias patentes e pedidos de patentes que descrevem a produção de adesivos e de outros tipos de revestimentos para papel a partir de soluções aquosas de celulose modificada ou de seus derivados. Os documentos EP 2432828, DE 19725448, DE 10249838, GB 366586, GB 552442, GB 9100277, JP 09040926, JP 5240520, US 5,536,778, US 5,416,140, US 5,087,649, US 4,731,162, US 4,464,202, WO1991013121 e KR 20140086023 revelam a produção de soluções aquosas repolpáveis a partir de derivados da celulose, porém, diferentemente do proposto nesta invenção, nenhuma delas partiu diretamente da celulose. Estes documentos apresentam, como material de partida para a produção das soluções, polímeros solúveis derivados da celulose que hoje são amplamente usados pela indústria, tais como: (i) a hidroxietilcelulose, de uso geral, (ii) o acetato-butirato de celulose, usado principalmente para a colagem entre papéis de diferentes composições e de papéis em plásticos, (iii) a metilcelulose, aplicada em substratos celulósicos quando se deseja minimizar o efeito de enrugamento e, (iv) a etilcelulose, apropriada para colagem de substratos celulósicos a baixas temperaturas. Os polímeros solúveis de celulose acima citados se concentram nos efluentes aquosos gerados pelo processo de reciclagem, contribuindo para o aumento de demanda bioquímica de oxigénio dos efluentes e interferindo nos processos de floculação utilizados para o seu tratamento.

[0021] A maioria dos adesivos derivados da celulose e de outros carboidratos é usada nas indústrias de papel e têxtil como ligantes e aditivos funcionais. Nesta classe de adesivos, a adesão é promovida por evaporação ou difusão de solvente, aquoso ou não.

[0022] Contudo, a obtenção de adesivos em solução aquosa diretamente a partir da celulose que: (i) sejam estáveis química e termicamente, (ii) sequem dentro do intervalo de tempo mais curto sem causar efeitos colaterais à superfície do substrato, como enrugamento, e (iii) que apresentem um balanço favorável na relação entre custo e desempenho ainda é um desafio para os versados no estado da arte, devido à necessidade de se desenvolver processos de tratamento da celulose que otimizem a sua solubilização nos solventes de interesse, especialmente em se considerando a variabilidade da composição da biomassa em função da sua natureza e origem.

[0023] Esta invenção revela um processo composto por um conjunto de etapas que permitem a solubilização ou plastificação de celulose ou de polpas de fontes biomássicas maj oritariamente constituídas por celulose. A etapa principal do processo compreende um cisalhamento mecânico do material de partida sob baixa temperatura em meio aquoso e condições alcalinas.

[0024] Embora o intumescimento de celulose em soluções alcalinas tenha sido descrito por John Mercer em 1844, com a mercerizaçao de fibras de algodão em presença de hidróxido de sódio, e tenha sido amplamente discutido na literatura aberta, a preparação de soluções de celulose em baixas temperaturas em solventes alcalinos somente foi descrita em 1987 por Kamide e Okajima na patente US 4,634,470. Não foi encontrada nenhuma anterioridade, nas bases de dados, para seu uso no preparo de adesivos à base de celulose, assim como nenhuma anterioridade para sua aplicação em um processo de produção tal como o aqui apresentado.

[0025] Os resultados obtidos através do processo aqui descrito indicam que, contrariamente aos reportes efetuados por diferentes autores em registros históricos no estado da arte, celulose e polpas de fontes biomássicas lignocelulósicas propriamente tratadas podem ser utilizadas diretamente como material de partida para produção de adesivos que apresentam excelente desempenho na colagem de papel seco ou úmido, formando juntas mais resistentes a esforços mecânicos que as próprias folhas de papel coladas em presença de outros adesivos.

[0026] Uma vantagem significativa desta invenção é que papéis e outros substratos celulósicos nos quais foram aplicados os adesivos da presente invenção foram passíveis de reprocessamento e repolpagem em sua totalidade, resolvendo um problema tecnológico bem conhecido do estado da arte. Desta forma, os adesivos apresentados nesta invenção possuem um significativo potencial para imediata aplicabilidade pelas indústrias de produção e de transformação de papel e de outras fontes biomássicas maj oritariamente compostas por celulose e para substituição total ou parcial de adesivos usados por estes setores.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0027] Esta invenção se refere a adesivos repolpáveis produzidos pela solubilização ou plastificação de celulose ou de polpas de outras fontes biomássicas lignocelulósicas maj oritariamente constituídas por celulose, através de um conjunto de etapas de processo cuja etapa principal é o cisalhamento do material de partida em meio aquoso alcalino sob baixa temperatura. Os adesivos resultantes podem ser aplicados sobre a superfície de papéis e outros substratos celulósicos com diferentes teores de umidade, desde totalmente seco até totalmente úmido.

[0028] Ainda, os adesivos da presente invenção proporcionam uma boa eficiência de colagem somente com a presença de celulose em sua composição, sem a necessidade de aditivar a formulação com éteres, ésteres ou outros derivados de celulose, ou outras bases poliméricas sintéticas tais como polivinilálcool , vinílicos, acrilatos, vinil-acrílicos , estireno-acrílicos , cianoacrilatos , aminoacrilatos , resinas estireno-butadieno e resinas isopreno-acríliças , entre outros polímeros conhecidos e utilizados no estado da arte como componentes de adesivos em base aquosa.

[0029] Os materiais de partida da presente invenção são celuloses de diferentes graus de pureza, cristalinidade e razão de aspecto, que podem ser eficientemente solubilizadas ou plastificadas através do conjunto de etapas de processo descrito neste documento e resultam em adesivos que poderão ser aplicados sobre os substratos celulósicos na forma de soluções, pastas ou outras formas físicas.

[0030] O desempenho dos adesivos à base de celulose propostos nesta invenção ainda pode ser significativamente melhorado pela incorporação ao meio, durante o processo de produção da solução adesiva, de aditivos tais como: óxidos metálicos, álcoois e gliceróis, tensoativos catiônicos, aniônicos e não-iônicos, sabões de metais alcalinos, argilas e nanoparticulas diversas que podem exercer função de plastificantes ou de agentes de reforço para melhorar a adesão do aditivo ao substrato, entre outras possibilidades de compostos.

[0031] As juntas adesivas obtidas a partir dos adesivos produzidos nesta invenção são 100% repolpáveis. A polpa produzida após o reprocessamento destas juntas, ou dos substratos que contêm estas juntas, não é distinguivel de uma polpa obtida com o mesmo papel na ausência de adesivo.

[0032] O excelente desempenho dos adesivos produzidos nesta invenção foi comprovado pela execução de ensaios de resistência mecânica sob condições controladas de juntas adesivas produzidas pela colagem de diferentes substratos por diferentes formulações de soluções adesivas produzidas através do conjunto de etapas de processo desta invenção. Todas as juntas adesivas coladas pelas soluções resistiram às condições dos ensaios. Rasgos e falhas ocorreram nas regiões situadas fora das juntas adesivas.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0033] A Figura 1 é uma imagem fotográfica que mostra o comportamento das juntas adesivas de 12 corpos de prova submetidos a ensaio de resistência mecânica sob condições controladas. Os corpos de prova foram produzidos a partir da colagem de 24 tiras de papel de filtro, duas a duas, com uma solução aquosa de adesivo produzida através da presente invenção .

[0034] A Figura 2 é uma representação esquemática da reconstrução de um papel de filtro colado com uma solução adesiva produzida através da presente invenção, obtida por microtomografia de raios-X.

[0035] As Figuras 3A e 3B são imagens fotográficas que revelam a decantação da polpa de amostras de tiras de um mesmo papel de filtro que foram unidas por colagem e posteriormente trituradas com água. A figura 3A mostra a decantação da polpa de 5 pares de tiras de papel de filtro comercial previamente coladas com um adesivo à base de acetato de polivinila, comercialmente conhecido por látex PVA. A figura 3B mostra a decantação da polpa de 5 pares de tiras do mesmo papel de filtro previamente coladas com uma solução aquosa alcalina de celulose preparada de acordo com o Exemplo 1 da presente invenção. A figura 3C mostra o resultado da trituração e repolpagem da amostra de referência, ou seja, o papel de filtro sem a adição de adesivos .

[0036] As Figuras 4A, 4B e 4C são imagens fotográficas que revelam modos de aplicação do adesivo produzido na presente invenção na forma de solução sobre um substrato de papel de filtro comercial. A figura 4A mostra a aplicação da solução adesiva sobre a extremidade de uma tira de papel de modo a delimitar a região da junta adesiva. A figura 4B mostra a união de duas tiras pelas suas extremidades, formando o corpo de prova. A figura 4C mostra o corpo de prova unido pela junta adesiva após aplicação de força compressiva, pronto para ser submetido à secagem.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS FIGURAS [0037] A Figura 3 é uma imagem fotográfica de 24 tiras de papel de filtro de mesma dimensão coladas duas a duas com uma solução aquosa de adesivo composta por 5% em massa de celulose e 7% em massa de NaOH que foi preparada por tratamento térmico e mecânico. Os 12 corpos de prova colados foram condicionados a 23 ± 2°C e 50 ± 5% de umidade por 48 h e submetidos a ensaio de tração com velocidade de 1,25 mm/min e comprimento de trabalho do corpo de prova de 140 mm. Em cada corpo de prova foi obtida tensão máxima idêntica à de uma única tira de papel (12 mPa) . A Figura 1 mostra que em todos os corpos de prova o rompimento do substrato sob tração controlada ocorreu em uma região distinta da junta adesiva, evidenciando que a junta colada pela solução adesiva é mais resistente que o próprio papel.

[0038] A Figura 4 é uma representação esquemática da microtomografia de raios-X da reconstrução de um papel de filtro colado com uma solução adesiva produzida conforme preparação descrita no Exemplo 1 desta invenção. Os pontos azuis da imagem indicam regiões de maior atenuação dos raios- X, ou seja, de maior densidade eletrônica. Este efeito ocorre principalmente pela presença de ions de sódio no adesivo. A Figura 2 mostra que a solução adesiva aplicada sobre o substrato preenche os espaços entre as fibras do papel, ao invés de preferencialmente se espalhar sobre a superfície das folhas e formar um filme de adesivo entre elas.

[0039] As Figuras 3A e 3B são imagens fotográficas que mostram polpas obtidas após repolpagem da região da junta adesiva de corpos de prova constituídos por tiras de um mesmo papel de filtro que foram unidas por colagem. A Figura 3A mostra uma polpa obtida pela trituração de 5 corpos de prova compostos por duas tiras de papel de filtro comercial previamente coladas com um adesivo à base de acetato de polivinila, comercialmente conhecido por látex PVA. 0 pH final desta dispersão foi igual a 5. A Figura 3B mostra uma polpa obtida pela trituração de 5 corpos de prova do mesmo papel de filtro comercial compostos por duas tiras coladas com uma solução aquosa alcalina de celulose preparada de acordo com o Exemplo 1 desta invenção. 0 pH final desta dispersão foi 6. A Figura 3C mostra o resultado da trituração e repolpagem da amostra de referência, ou seja, o mesmo papel de filtro comercial sem a adição de adesivos. A área triturada era de mesma dimensão que as áreas das juntas adesivas dos corpos de prova das Figuras 3A e 3B. Esta dispersão apresentou pH 5. 0 processo de repolpagem para as preparações 3A, 3B e 3C foi semelhante e compreendeu a trituração das juntas em liquidificador na presença de 100 ml de água e decantação da polpa sob repouso por 30 minutos. A Figura 3B mostra que a dispersão contendo a polpa da junta adesiva do corpo de prova colado pela solução adesiva produzida na presente invenção decanta totalmente, assim como a dispersão da amostra de referência (Figura 3C) . Já a dispersão contendo a polpa da junta adesiva do corpo de prova colado com o adesivo comercial de látex PVA (Figura 3A) não decanta, ocorrendo presença de sobrenadante e indicando que este adesivo comercial não é 100% repolpável, limitando um eficiente reprocessamento industrial.

[0040] A Figura 4A é uma imagem fotográfica que mostra uma solução adesiva composta por 5% em massa de papel de filtro qualitativo comercial e 7% em massa de NaOH e preparada segundo as etapas descritas nesta invenção, sendo manualmente aplicada por meio de uma laminula de vidro sobre a extremidade de uma tira de papel de filtro qualitativo comercial de dimensão 10,0 cm x 2,5 cm x 0,12 cm. A extremidade da tira seca com área de 1 cm x 2,5 cm foi coberta por 40 mg da solução adesiva. A Figura 4B mostra o corpo de prova após a união das extremidades de duas tiras preparadas segundo o procedimento descrito na Figura 4A. A Figura 4C apresenta o corpo de prova após a aplicação de força compressiva de aproximadamente 700 N por 5 s sobre a região colada, formando a junta adesiva.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0041] Os adesivos repolpáveis apresentados nesta invenção resolvem problemas usuais e indesejáveis na fabricação de derivados celulósicos, especialmente na produção de papel, facilitando a total reciclagem e repolpagem dos substratos celulósicos após o uso.

[0042] Adesivos normalmente utilizados na fabricação de artefatos de papel e papelão têm excelentes propriedades mecânicas, mas criam um problema quando são novamente transformados em polpa celulósica, pois formam uma borra insolúvel em água que contamina a polpa. Este problema operacional é conhecido no estado da técnica e citado por vários autores, como Venditti, Lucas e Jameel. Os depósitos de adesivos provocam a obstrução de malhas utilizadas no processo, acarretando a redução da velocidade de produção, além de defeitos no papel e problemas de impressão.

[0043] Esse problema é resolvido pela presente invenção, que revela adesivos produzidos por solubili zação ou plastificação de celulose ou de polpa de celulose obtida pelo tratamento de diferentes fontes biomássicas, usando um conjunto de etapas produtivas sob condições controladas que incluem a mistura mecânica do sólido celulósico e do liquido alcalino e o resfriamento desta mistura para aumentar a solubilidade da celulose ou o seu grau de intumescimento .

[0044] Os adesivos repolpáveis da presente invenção compreendem de 0,5% a 35% em massa de celulose (CAS Number 9004-34-6) ou polpa majoritariamente composta por celulose (CAS Number 65996-61-4), total ou parcialmente solubilizada em um meio solvente, e de 1% a 10% em massa de um ou mais álcalis, total ou parcialmente solubilizados no meio solvente. Os referidos um ou mais álcalis são selecionados a partir de um grupo que compreende hidróxidos de sódio, potássio, lítio, cálcio e amónio, tetrametilamônio, ou aluminatos e zincatos de metais alcalinos.

[0045] Os adesivos repolpáveis da presente invenção compreendem, opcionalmente, um ou mais aditivos em uma concentração de 0% a 30% em massa, total ou parcialmente solubilizados no meio solvente.

[0046] O adesivo resultante na forma de solução ou pasta é aplicado nas superfícies do substrato celulósico formando juntas adesivas que serão coladas como lap joints, ou juntas de encaixe, ou como butt joints, ou juntas de topo. Como o polímero majoritariamente presente na composição no adesivo é a celulose (CA Number 9004-34-6), esta se incorpora à polpa e não prejudica a sua formação nem a contamina com impurezas indesejáveis, assim possibilitando a total repolpagem do substrato .

[0047] Em uma modalidade alternativa da invenção, o adesivo é produzido pela mistura de uma solução ou dispersão alcalina de celulose com um aditivo sólido neutralizante, tal como o bicarbonato de sódio, o bórax, o ácido bórico ou qualquer outra substância com ação tamponante em pH neutro, para evitar o manuseio de uma solução fortemente alcalina durante a colagem do papel.

[0048] Em outra modalidade da invenção, o adesivo é produzido pela adição à solução alcalina de celulose de um aditivo hidrotrópico como a uréia, tiouréia, mono-, di- e trietanolaminas , glicerol, etanol e outros álcoois, dimetilsulfóxido, toluenossulfonatos , xilenossulfonatos , cumenossulfonatos , lignossulfonatos , benzoatos, salicilatos, citratos, acetatos e outros compostos conhecidos da arte.

[0049] Ainda em outra modalidade da invenção, a solução ou dispersão alcalina de celulose é aditivada com óxidos de zinco, alumínio, vanádio, estanho e germânio.

[0050] Em outra modalidade da invenção, a solução ou dispersão alcalina de celulose é aditivada com compostos alcalinos como hidróxido de lítio, potássio, amónio e tetrametilamônio e óxido de cálcio.

[0051] Ainda em outra modalidade da invenção, a solução ou dispersão alcalina de celulose é aditivada com um dispersante tensoativo dos tipos aniônico, catiônico ou não iônico .

[0052] Em uma outra modalidade da invenção, a solução ou dispersão alcalina de celulose é aditivada com nanopartícuias de argilas, óxidos metálicos, carbonatos, fosfatos ou silicatos, que atuam como agentes de reforço na colagem de peças ou folhas espessas de papelão ou cartão, melhorando as propriedades mecânicas do próprio adesivo.

[0053] A secagem das juntas ocorre por simples evaporação do solvente ao ar, mas pode ser acelerada por aquecimento usando qualquer método conhecido da arte, bem como por circulação forçada de ar ou exposição a um secante.

[0054] Os adesivos da presente invenção possuem diversos usos e aplicações, tais como:

• para a adesão ou revestimento de substratos celulósicos selecionados de um grupo que inclui fibra de celulose, mantas e tecidos celulósicos, celofane e seus filmes, celulose regenerada e seus filmes, papel, papelão, papel cartão e embalagens constituídas por celulose e seus derivados, entre outros materiais similares;

• para a colagem de substratos celulósicos contendo teores de umidade preferencialmente entre 6% e 70%, quando aplicados aos mesmos;

· para a formação de juntas adesivas que permitem a colagem pela face ou topo das superfícies de substratos celulósicos em formas e figuras planas, tais como folhas, lâminas, lenços, absorventes, toalhas, papel higiénico, mantas, tapetes e rolos de papel e de tecido, entre outras formas similares; ou a colagem por encaixe das superfícies de substratos celulósicos em diferentes formas geométricas tais como embalagens com perfis em L, perfis em T e perfis em U, entre outras formas similares.

[0055] A aplicação dos adesivos ao papel ou papelão seco ou úmido é feita usando qualquer método ou dispositivo conhecido pela arte e, uma vez seca, a junta adesiva resiste a esforços mecânicos controlados de tração, torção, rasgo e despelamento com um desempenho superior às próprias folhas de papel ou papelão usadas na formação da junta.

[0056] A seguir são descritos exemplos das preparações dos adesivos repolpáveis produto da presente invenção, exemplos de aplicação e exemplos do desempenho e propriedades das juntas adesivas obtidas com os adesivos produtos da presente invenção.

[0057] Os exemplos a seguir apenas representam algumas modalidades da presente invenção e não devem ser considerados, de forma alguma, como limitantes do escopo e conceito inventivo da presente invenção, uma vez que há possíveis modalidades alternativas adicionais.

EXEMPLOS

EXEMPLO 1 - PREPARO DE UMA SOLUÇÃO ADESIVA E SUA APLICAÇÃO NA COLAGEM DE FOLHAS DE PAPEL DE FILTRO SECAS.

[0058] Na modalidade preferencial da invenção, o adesivo é preparado em solução pela total solubilização de 5% (m/m) de celulose microcristalina de alta pureza, comercialmente disponível, oriunda de linter de algodão, em uma solução de 7% (m/m) de NaOH em água. A celulose é lentamente adicionada à solução aquosa de NaOH e homogeneizada a 0°C e 6000 rpm por 10 minutos. A solução resultante é resfriada sob repouso a -20°C por 1 h.

[0059] A eficiência de adesão da solução adesiva é verificada através da realização de um ensaio de colagem. O referido ensaio se inicia com a aplicação de uma camada de 40 mg da solução adesiva a 24 ² C sobre uma área de 1 cm x 2,5 cm de uma tira de papel seco de filtro qualitativo comercial de gramatura 80 g/m ² e de dimensão 10,0 cm x 2,5 cm x 0,12 cm, recobrindo totalmente a área de aplicação. Após a aplicação do adesivo na tira, as faces desta tira e de uma tira de papel seca e sem adesivo foram unidas sob força compressiva de aproximadamente 700 N por 5 s. A secagem do corpo de prova colado, posicionado sobre um filme de polietileno (PE), foi realizada a 24°C e aproximadamente 40% de umidade por 90 min. Este procedimento foi repetido de forma a gerar mais 11 corpos de prova. A eficiência da adesão foi avaliada para os 12 corpos de prova através de ensaio mecânico de tração sob condições controladas. Os corpos de prova foram condicionados a 23 ± 2 °C e 50 ± 5% de umidade por 48 h. Foi aplicada sobre os corpos de prova uma velocidade de 1,25 mm/min e comprimento de trabalho de 140 mm, obtendo-se tensão máxima idêntica à de uma única tira de papel de filtro (12 MPa) . Neste exemplo, as juntas adesivas submetidas às condições do ensaio se mostraram resistentes à tração. O rompimento de todos os corpos de prova ocorreu sempre em outra região que não a área colada, mostrando que a junta adesiva é mais resistente que o próprio papel (Figura 1) . Regiões coladas de corpos de prova aleatoriamente selecionados foram selecionadas para análise por microtomografia de raios-X (Figura 2) para avaliar a eficiência de colagem.

[0060] O desempenho da solução adesiva na repolpagem foi avaliado a partir de um ensaio que simulou o reprocessamento dos substratos colados. Cinco corpos de prova colados foram repolpados por tritura em liquidificador com a adição de 100 ml de água. Os controles selecionados para critério de comparação de eficiência de repolpagem foram tiras do papel de filtro sem adesivo e 5 corpos de prova do mesmo papel de filtro colados com um adesivo comercial de látex PVA. As suspensões trituradas foram decantadas sob repouso por 30 minutos, obtendo-se polpas de aspecto semelhante tanto no material colado quanto no controle. A suspensão de papel colado com PVA triturado em água não decantou, em função da presença de finas partículas que se mantiveram suspensas no meio (Figura 3A) , enquanto que a suspensão do papel sem adesivo (Figura 3C) e a suspensão do papel colado com o adesivo proposto pela presente invenção (Figura 3B) decantaram, possibilitando o reprocesso dos substratos colados .

EXEMPLO 2 - PREPARO DE UMA SOLUÇÃO ADESIVA E SUA APLICAÇÃO NA COLAGEM DE FOLHAS DE PAPEL DE FILTRO SECAS.

[0061] Esta modalidade da invenção difere do Exemplo 1 pela forma de aplicação do adesivo e pela superfície coberta pelo adesivo no substrato. A solução adesiva é preparada seguindo exatamente o procedimento do Exemplo 1, porém a aplicação da solução adesiva é feita em tiras de papel de filtro qualitativo comercial de gramatura 80 g/m ² e de dimensão 10,0 cm x 2,5 cm x 0,12 cm cujas extremidades foram rasgadas. 2 mm da extremidade rasgada de cada tira foi imersa na solução adesiva e a colagem de duas tiras foi feita pela junção das suas extremidades cobertas pelo adesivo. Os parâmetros de adesão e secagem das tiras coladas e os parâmetros dos ensaios de tração foram semelhantes aos descritos no exemplo 1. Nesta modalidade, as juntas adesivas coladas pelas extremidades rasgadas se mostraram resistentes à tração nas condições de ensaio.

EXEMPLO 3 - PREPARO DE UMA SOLUÇÃO ADESIVA E SUA APLICAÇÃO NA COLAGEM DE FOLHAS DE PAPEL DE SULFITE ÚMIDAS .

[0062] Esta modalidade da invenção difere do Exemplo 1 quanto à umidade do substrato onde ocorre a colagem. Neste exemplo a colagem ocorre em folhas úmidas de papel sulfite. A solução adesiva é preparada pela total solubilização de 2% (m/m) de celulose microcristalina em uma solução de 2,8% (m/m) de NaOH em água, e, seguindo a mesma metodologia do Exemplo 1. A colagem foi realizada aplicando-se 25 mg da solução adesiva em tiras de papel sulfite úmidas de gramatura 75 g/m ² e de dimensão 10,0 cm x 2,5 cm x 0,12 cm, cobrindo uma área de 1 cm x 2,5 cm da tira de papel. As tiras de papel continham em média 60% de umidade. Após a aplicação da solução adesiva, a junção das faces entre duas tiras foi realizada conforme descrito no Exemplo 1. A secagem dos corpos de prova foi realizada a 24°C e aproximadamente 40% de umidade por 180 min, sobre um filme de PE. Nesta modalidade, todas as juntas adesivas das amostras se mostraram resistentes à tração quando submetidas a condições controladas de ensaios mecânicos.

EXEMPLO 4 - PREPARO DE UMA PASTA ADESIVA E SUA APLICAÇÃO NA COLAGEM DE FOLHAS DE PAPEL DE FILTRO ÚMIDAS.

[0063] Esta modalidade da invenção difere dos exemplos anteriores pelo adesivo ser produzido na forma de pasta e a colagem ser efetuada sobre folhas úmidas do papel de filtro qualitativo comercial usado no Exemplo 1. A pasta adesiva produzida neste exemplo é proporcionalmente mais rica em celulose do que as soluções adesivas reveladas nos Exemplos 1, 2, 3, 5, 6, 7 e 8 desta invenção. A pasta adesiva é preparada pela solubilização parcial de 20% (m/m) de celulose microcristalina em uma solução de 7% (m/m) de NaOH em água. A solução alcalina foi resfriada a 0 ² C e a celulose foi adicionada a esta solução sob agitação lenta e baixo cisalhamento . A homogeneização se estendeu por 10 minutos e ao final a dispersão foi resfriada em repouso a -20 ² C por lh, gerando a pasta adesiva, que apresenta aspecto opaco, diferentemente do aspecto translúcido das soluções adesivas dos demais exemplos desta invenção. A colagem foi realizada aplicando uma única camada de 25 mg da pasta adesiva a 24 ² C sobre uma área de 1 cm x 2,5 cm das tiras úmidas de papel de filtro qualitativo de gramatura 80 g/m ² e de dimensão de 10,0 cm x 2,5 cm x 0,12 cm. As tiras de papel continham em média 60% de umidade. Após a aplicação da pasta adesiva, a junção das faces de duas tiras foi realizada seguindo o mesmo procedimento do Exemplo 1. A secagem das amostras foi realizada seguindo o procedimento do Exemplo 3. Nesta modalidade, todas as juntas adesivas das amostras se mostraram resistentes à tração quando submetidas a condições controladas de ensaios mecânicos.

EXEMPLO 5 - PREPARO DE UMA SOLUÇÃO ADESIVA E SUA APLICAÇÃO NA COLAGEM DE FOLHAS DE PAPEL SULFITE SECAS.

[0064] Nesta modalidade da invenção, o Exemplo 1 é repetido, porém trocando-se o papel de filtro qualitativo comercial por folhas de papel sulfite seco. Nesta modalidade, todas as juntas adesivas das amostras se mostraram resistentes à tração quando submetidas a condições controladas de ensaios mecânicos.

EXEMPLO 6 - PREPARO DE UMA SOLUÇÃO ADESIVA E SUA APLICAÇÃO NA COLAGEM DE FOLHAS DE PAPEL FILTRO ÚMIDAS.

[0065] Esta modalidade da invenção difere dos exemplos anteriores pela solução adesiva ser preparada pela dissolução direta de 5% (m/m) de papel filtro qualitativo comercial de gramatura 87 g/m ² , de concentração mínima de 98% (m/m) em celulose e sem a presença de amido, em uma solução de 7% (m/m) de NaOH em água. Os parâmetros de temperatura e agitação para solubilização são os mesmos descritos no Exemplo 1. A colagem foi realizada aplicando 25 mg da solução adesiva sobre uma área de 1 cm x 2,5 cm de tiras de papel filtro qualitativo de gramatura 80 g/m ² e de dimensão de 10,0 cm x 2,5 cm x 0,12 cm. As folhas de papel de filtro continham em média 60% de umidade. A junção das faces foi realizada seguindo o mesmo procedimento do Exemplo 1 sob força compressiva de aproximadamente 700 N por 5 s e a secagem foi realizada seguindo o mesmo procedimento do Exemplo 3. Nesta modalidade, todas as juntas adesivas das amostras se mostraram resistentes à tração quando submetidas a condições controladas de ensaios mecânicos.

EXEMPLO 7 - PREPARO DE UMA SOLUÇÃO ADESIVA E SUA APLICAÇÃO NA COLAGEM ENTRE UMA TIRA DE PAPEL DE SULFITE E UMA TIRA DE TECIDO DE ALGODÃO.

[0066] Esta modalidade da invenção difere dos exemplos anteriores revelados nesta invenção pela adição de um aditivo à solução adesiva. A solução adesiva é preparada pela dissolução de 5% (m/m) de celulose microcristalina de alta pureza comercialmente disponível, oriunda de linter de algodão, em uma solução de 7% (m/m) de NaOH em água, aditivada por 12% (m/m) de uréia. A celulose é adicionada à solução aquosa de NaOH e uréia e homogeneizada a 0°C e 6000 rpm por 10 min. A colagem foi realizada aplicando uma camada de 40 mg da solução adesiva sobre uma área de 1 cm x 2 cm de uma tira de tecido de algodão comercialmente conhecido como popeline, de dimensão 5,0 cm x 2,0 cm, recobrindo totalmente a área de aplicação. Após a aplicação do adesivo, foi realizada a junção da tira de tecido recoberta pelo adesivo com uma tira de papel sulfite de gramatura 75 g/m ² de mesma dimensão. A junção das faces foi realizada sob força compressiva de aproximadamente 1000 N por 10 s. A secagem do corpo de prova colado foi realizada a 24 °C e aproximadamente 40% de umidade por 90 min, posicionado sobre um filme de PE. Após a secagem foi aplicada uma camada de 40 mg de adesivo na face externa do tecido na junta adesiva e foi realizado tratamento térmico a 60 °C e umidade saturada por 30 min. A secagem final do corpo de prova foi realizada a 24°C e aproximadamente 40% de umidade por 90 min, posicionado sobre um filme de PE. Nesta modalidade, todas as juntas adesivas das amostras se mostraram resistentes à tração quando submetidas a condições controladas de ensaios mecânicos. EXEMPLO 8 - PREPARO DE UMA SOLUÇÃO ADESIVA A PARTIR DE POLPA DE BAGAÇO DE CANA E SUA APLICAÇÃO NA COLAGEM DE FOLHAS DE PAPEL FILTRO ÚMIDAS .

[0067] Esta modalidade da invenção difere dos exemplos anteriores pela matéria-prima de partida usada na preparação da solução adesiva. A solução adesiva partiu de polpa de bagaço de cana-de-açúcar, preparada previamente por tratamento térmico do bagaço a 130°C em solução aquosa de NaOH 3% (m/v) por 3 h. A polpa úmida de bagaço de cana (umidade 67 %) foi dispersa em uma solução aquosa de NaOH, obtendo-se uma dispersão de 5% (m/m) de polpa de bagaço e 7% (m/m) de NaOH. Os parâmetros de temperatura e agitação para homogeneização foram os mesmos descritos no Exemplo 1. O sobrenadante desta dispersão foi separado por centrifugação a 10000 rpm por 5 min. A colagem foi realizada aplicando 50 pL da fase liquida em uma área de 1 cm x 2,5 cm de tiras úmidas de papel filtro qualitativo de gramatura 80 g/m ² e de dimensão de 10,0 cm x 2,5 cm x 0,12 cm. As folhas de papel de filtro continham em média 60% de umidade. A junção das faces foi realizada seguindo o mesmo procedimento do Exemplo 1 sob força compressiva de aproximadamente 700 N por 5 s e a secagem foi realizada seguindo o mesmo procedimento do Exemplo 3. Nesta modalidade, todas as juntas adesivas das amostras se mostraram resistentes à tração quando submetidas a condições controladas de ensaios mecânicos.

[0068] Muito embora modalidades particulares da invenção presente tenham sido mostradas e descritas nos exemplos, as concentrações e matérias primas utilizadas para a obtenção do presente adesivo compreendem várias possibilidades de variações para atender necessidades especificas sem se afastar da invenção em seus aspectos originais mais amplos. As modalidades descritas nos exemplos são meramente ilustrativas e qualquer modificação ao longo delas pode ocorrer para um técnico versado na arte. O técnico saberá prontamente avaliar, por meio dos ensinamentos contidos no texto e dos exemplos apresentados, vantagens da invenção e propor variações e alternativas equivalentes de matérias primas que compreendem majoritariamente celulose em sua composição, assim como usos alternativos dos adesivos aqui revelados, sem fugir, no entanto, ao escopo da invenção. Por conseguinte, a invenção aqui apresentada não deve ser considerada limitada quanto às modalidades descritas neste pedido.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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• Boxin, Z.; Hyock, J. K. Adhesion of Polymers in Paper Products from the Macroscopic to Molecular Levei — an overview. Journal of Adhesion Science and Technology, 25 (2011) pp. 557-579. • Venditti, R. A.; Lucas, B. E.; Jameel, H. The effects of adhesive properties on the removal of pressure sensitive adhesive contaminants by pressure screens. Progress in Paper Recycling (2007), 16(3) :18-31.

«Bauma-in, M. G. D; Conner, A. H. Carbohydrate Polymers as Adhesives. Handbook of adhesive technology, revised and expanded, Chapter 22. Mittal, K. L and Pizzi, A. (2003) .