Como qualquer material fabricado a partir de fibras de madeira, o papel também apresenta variações dimensionais decorrentes de modificações no seu teor de umidade. O presente trabalho aborda o comportamento desta propriedade do papel, denominada higroexpansibilidade, medida em papel reprográfico fabricado a partir de fibras de eucalipto, durante o processo de produção em uma máquina industrial. O estudo foi realizado com amostras de papel de 75 g/m2, coletadas em diversos pontos de uma máquina comercial, operando à velocidade de 1256 m/min. No estudo, encontram-se dados de higroexpansibilidade medidos ao longo da máquina de papel, desde a seção de formação até o acabamento, e na direção transversal da folha na enroladeira. A análise dos resultados permite a verificação de influências das operações e tratamentos envolvidos na fabricação do papel (formação, prensagem, secagem e acabamento) sobre a sua higroexpansibilidade. Os resultados das medições desta propriedade são discutidos em termos de efeitos provenientes das condições operacionais estabelecidas para a fabricação do papel, permitindo reconhecer influências da orientação de fibras, do processo de secagem e da restrição ao encolhimento, da aplicação de amido superficial e da aplicação de tensões na direção longitudinal e transversal do papel. Para comparação e suporte à discussão de resultados, foram também medidas propriedades estruturais, de resistência e propriedades elásticas do papel. Na conclusão do trabalho, são apresentadas sugestões para controle e minimização da higroexpansibilidade do papel destinado ao uso final, com enfoque em ações a serem tomadas, no que se refere ao ajuste do processo de fabricação. Finalmente, apresentam-se comentários sobre futuros trabalhos que poderão ser desenvolvidos, a fim melhor entender fenômenos adicionais relacionados à higroexpansibilidade e buscar alternativas para seu controle, por se tratar de uma propriedade cada vez mais importante para os processos de impressão e operações de conversão, cujos efeitos podem limitar o desempenho e a utilização final do papel. / Like any material made from wood fibers, the paper also exhibits dimensional changes as a result of change in moisture content. This work deals with the behavior of this paper property, called hygroexpansivity, which was measured in reprographic paper manufactured from eucalyptus fibers, during the production process in an industrial paper machine. The study was developed using 75 g/m2 paper samples collect in different positions of a commercial paper machine running at the speed of 1256 m/min. In the study, data of hygroexpansivity measured along the paper machine can be found from the forming section up to the finishing section and from the cross machine direction at the reel. The analysis of the results reveals the effects of the operations and treatments involved in the papermaking (formation, pressing, drying and finishing) on the hygroexpansivity. The measurements results of this property are discussed with focus on the effects of the operating conditions established for the papermaking operation, what leads to the recognition of the effects of the fiber orientation, drying process, shrinkage restraint, starch sizing and tensions applied to the paper in machine direction and cross machine direction. For comparison purposes and result discussion support, some structural, strength and elastic paper properties were also measured. In the conclusion of the study, some suggestions for control and minimization of hygroexpansivity of the end use paper are presented, focusing on actions to be taken, which are related to the adjustment of papermaking process. Finally, comments referred to future work for better understanding of additional hygroexpansivity mechanisms are also mentioned, in order to suggest future investigation of control alternatives for this property, since it’s importance has been more and more highlighted in printing and conversion operations because, at times, it can limit the performance and usefulness of paper.

Como qualquer material fabricado a partir de fibras de madeira, o papel também apresenta variações dimensionais decorrentes de modificações no seu teor de umidade. O presente trabalho aborda o comportamento desta propriedade do papel, denominada higroexpansibilidade, medida em papel reprográfico fabricado a partir de fibras de eucalipto, durante o processo de produção em uma máquina industrial. O estudo foi realizado com amostras de papel de 75 g/m2, coletadas em diversos pontos de uma máquina comercial, operando à velocidade de 1256 m/min. No estudo, encontram-se dados de higroexpansibilidade medidos ao longo da máquina de papel, desde a seção de formação até o acabamento, e na direção transversal da folha na enroladeira. A análise dos resultados permite a verificação de influências das operações e tratamentos envolvidos na fabricação do papel (formação, prensagem, secagem e acabamento) sobre a sua higroexpansibilidade. Os resultados das medições desta propriedade são discutidos em termos de efeitos provenientes das condições operacionais estabelecidas para a fabricação do papel, permitindo reconhecer influências da orientação de fibras, do processo de secagem e da restrição ao encolhimento, da aplicação de amido superficial e da aplicação de tensões na direção longitudinal e transversal do papel. Para comparação e suporte à discussão de resultados, foram também medidas propriedades estruturais, de resistência e propriedades elásticas do papel. Na conclusão do trabalho, são apresentadas sugestões para controle e minimização da higroexpansibilidade do papel destinado ao uso final, com enfoque em ações a serem tomadas, no que se refere ao ajuste do processo de fabricação. Finalmente, apresentam-se comentários sobre futuros trabalhos que poderão ser desenvolvidos, a fim melhor entender fenômenos adicionais relacionados à higroexpansibilidade e buscar alternativas para seu controle, por se tratar de uma propriedade cada vez mais importante para os processos de impressão e operações de conversão, cujos efeitos podem limitar o desempenho e a utilização final do papel. / Like any material made from wood fibers, the paper also exhibits dimensional changes as a result of change in moisture content. This work deals with the behavior of this paper property, called hygroexpansivity, which was measured in reprographic paper manufactured from eucalyptus fibers, during the production process in an industrial paper machine. The study was developed using 75 g/m2 paper samples collect in different positions of a commercial paper machine running at the speed of 1256 m/min. In the study, data of hygroexpansivity measured along the paper machine can be found from the forming section up to the finishing section and from the cross machine direction at the reel. The analysis of the results reveals the effects of the operations and treatments involved in the papermaking (formation, pressing, drying and finishing) on the hygroexpansivity. The measurements results of this property are discussed with focus on the effects of the operating conditions established for the papermaking operation, what leads to the recognition of the effects of the fiber orientation, drying process, shrinkage restraint, starch sizing and tensions applied to the paper in machine direction and cross machine direction. For comparison purposes and result discussion support, some structural, strength and elastic paper properties were also measured. In the conclusion of the study, some suggestions for control and minimization of hygroexpansivity of the end use paper are presented, focusing on actions to be taken, which are related to the adjustment of papermaking process. Finally, comments referred to future work for better understanding of additional hygroexpansivity mechanisms are also mentioned, in order to suggest future investigation of control alternatives for this property, since it’s importance has been more and more highlighted in printing and conversion operations because, at times, it can limit the performance and usefulness of paper.

Os novos processos de impressão têm exigido novas características do papel. Entre os novos processos encontram-se as impressões digitais, em especial, a impressão por jato de tinta. Este tipo de impressão é baseado na ejeção de uma gota de tinta por um orifício em uma cabeça de impressão, que atinge o substrato formando um pixel. A definição das imagens formadas neste tipo de impressão é, portanto, dependente das características da tinta e, principalmente, do substrato. O presente trabalho tem por objetivo caracterizar as propriedades do papel que são importantes para a impressão por jato de tinta, desde o momento em que a tinta atinge a superfície do papel até a sua absorção. As propriedades consideradas neste estudo foram: a rugosidade, a porosidade e as propriedades químicas da superfície. A rugosidade foi avaliada pelos métodos tradicionais da área de papel e celulose (baseados em vazão de ar), por método perfilométrico e, qualitativamente, por imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Para a porosidade foi utilizado um método tradicional, além de porosimetria de intrusão de mercúrio e microtomografia de raios X, e a composição química da superfície foi avaliada por espectroscopia por energia dispersiva (EDS) e espectroscopia Raman. A partir dos resultados obtidos, as propriedades do papel foram qualificadas e as suas influências no espalhamento e absorção de líquidos em geral foram identificadas. Além da caracterização das propriedades superficiais e porosimétricas do papel, as correlações entre as propriedades e os diferentes métodos utilizados na sua determinação foram discutidas. Os métodos de análise tradicional não conseguem caracterizar os papéis em níveis de resolução capazes de fornecer informações sobre a influência das propriedades estudadas na impressão por jato de tinta. Ao mesmo tempo, a caracterização do papel para este tipo de impressão e a compreensão das influências das propriedades do papel no espalhamento e absorção de tinta e líquidos em geral só é possível quando as propriedades são analisadas em conjunto. / The new printing processes have required new features of the paper. Among the new printing processes are the digital printing, in particular, the inkjet printing. This type of printing is based on the ejection of an ink drop through a hole in a print head, which reaches the substrate forming a pixel. The resolution of the images formed in this type of printing is therefore dependent on the characteristics of the ink, and especially of the substrate. The present work aims to characterize the properties of paper that are important to the inkjet printing, from the moment the ink hits the paper surface to its absorption. The properties considered in this study were: roughness, porosity and chemical properties of the surface. The roughness was evaluated by traditional methods in pulp and paper sector (based on air flow), by profilometry and qualitative using images obtained by scanning electron microscopy (SEM). For the porosity, a traditional method was used, and also mercury intrusion porosimetry and X-ray microtomography. The chemical composition of the surface was evaluated by energy dispersive spectroscopy (EDS) and Raman spectroscopy. From the results obtained, the paper properties were described and their influence on the spreading and absorption of liquids in general have been identified. Besides the characterization of the paper surface properties and porosity, the correlations between the properties and the different methods used for measurement were discussed. The traditional analysis methods can not characterize the paper in levels of resolution capable of providing information about the influence of the properties studied in inkjet printing. At the same time, to characterize paper for this printing process and to understand the influences of the paper properties on the spreading and absorption of inks and liquids in general the paper properties have to be analyzed together.

Os novos processos de impressão têm exigido novas características do papel. Entre os novos processos encontram-se as impressões digitais, em especial, a impressão por jato de tinta. Este tipo de impressão é baseado na ejeção de uma gota de tinta por um orifício em uma cabeça de impressão, que atinge o substrato formando um pixel. A definição das imagens formadas neste tipo de impressão é, portanto, dependente das características da tinta e, principalmente, do substrato. O presente trabalho tem por objetivo caracterizar as propriedades do papel que são importantes para a impressão por jato de tinta, desde o momento em que a tinta atinge a superfície do papel até a sua absorção. As propriedades consideradas neste estudo foram: a rugosidade, a porosidade e as propriedades químicas da superfície. A rugosidade foi avaliada pelos métodos tradicionais da área de papel e celulose (baseados em vazão de ar), por método perfilométrico e, qualitativamente, por imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Para a porosidade foi utilizado um método tradicional, além de porosimetria de intrusão de mercúrio e microtomografia de raios X, e a composição química da superfície foi avaliada por espectroscopia por energia dispersiva (EDS) e espectroscopia Raman. A partir dos resultados obtidos, as propriedades do papel foram qualificadas e as suas influências no espalhamento e absorção de líquidos em geral foram identificadas. Além da caracterização das propriedades superficiais e porosimétricas do papel, as correlações entre as propriedades e os diferentes métodos utilizados na sua determinação foram discutidas. Os métodos de análise tradicional não conseguem caracterizar os papéis em níveis de resolução capazes de fornecer informações sobre a influência das propriedades estudadas na impressão por jato de tinta. Ao mesmo tempo, a caracterização do papel para este tipo de impressão e a compreensão das influências das propriedades do papel no espalhamento e absorção de tinta e líquidos em geral só é possível quando as propriedades são analisadas em conjunto. / The new printing processes have required new features of the paper. Among the new printing processes are the digital printing, in particular, the inkjet printing. This type of printing is based on the ejection of an ink drop through a hole in a print head, which reaches the substrate forming a pixel. The resolution of the images formed in this type of printing is therefore dependent on the characteristics of the ink, and especially of the substrate. The present work aims to characterize the properties of paper that are important to the inkjet printing, from the moment the ink hits the paper surface to its absorption. The properties considered in this study were: roughness, porosity and chemical properties of the surface. The roughness was evaluated by traditional methods in pulp and paper sector (based on air flow), by profilometry and qualitative using images obtained by scanning electron microscopy (SEM). For the porosity, a traditional method was used, and also mercury intrusion porosimetry and X-ray microtomography. The chemical composition of the surface was evaluated by energy dispersive spectroscopy (EDS) and Raman spectroscopy. From the results obtained, the paper properties were described and their influence on the spreading and absorption of liquids in general have been identified. Besides the characterization of the paper surface properties and porosity, the correlations between the properties and the different methods used for measurement were discussed. The traditional analysis methods can not characterize the paper in levels of resolution capable of providing information about the influence of the properties studied in inkjet printing. At the same time, to characterize paper for this printing process and to understand the influences of the paper properties on the spreading and absorption of inks and liquids in general the paper properties have to be analyzed together.

Este estudo teve como objetivo verificar os efeitos de misturas de madeiras de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, Eucalyptus globulus e Pinus taeda na eficiência do processo Lo-Solids® e características das polpas celulósicas visando a diferenciação das propriedades dos papéis resultantes. Foram avaliados os comportamentos das madeiras, quanto aos parâmetros: densidade básica, composição química, polpação Lo-solids®, características químicas das polpas celulósicas, características das fibras das polpas celulósicas e testes físicos. Os mesmos parâmetros foram avaliados nas misturas entre as espécies, realizadas da seguinte forma: Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla e Pinus taeda nas proporções de 10 a 50% de Pinus taeda, Eucalyptus globulus e Pinus taeda nas proporções de 10 a 50% de Pinus taeda e Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla e Eucalyptus globulus nas proporções de 10 a 50% de Eucalyptus globulus. Para as misturas entre os Eucalyptus e o Pinus taeda, o número kappa das polpas celulósicas aumentou gradativamente, conforme a proporção de Pinus taeda aumentava na mistura, sendo que os números kappa variaram entre 17,9 e 22,1. Para atingir os números kappa desejados no trabalho, foi necessário ajustar a carga alcalina (álcali efetivo entre 19,3 e 21,3 % expresso como NaOH) e o fator H (entre 970 a 1420). Os resultados das análises indicaram uma tendência de queda dos rendimentos bruto e depurado e da viscosidade da polpa celulósica, dos teores de ácidos hexenurônicos, da solubilidade em NaOH 5%, do número de fibras por grama, da drenabilidade e do índice de tração e estouro, com o aumento da participação de Pinus taeda nas misturas. Em contrapartida, foram observadas tendências de aumento dos teores de lignina total na polpa, do comprimento e da largura das fibras, do coarseness, do índice de rasgo e do consumo específico de madeira à medida que a participação de Pinus taeda aumenta nas misturas. Nas misturas entre o Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla e o Eucalyptus globulus, os números kappa variaram entre 17,9 e 18,6 e foram observadas tendências de queda dos rendimentos bruto e depurado, da viscosidade da polpa celulósica, do teor de lignina total e do coarseness, com a adição de Eucalyptus globulus ao Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla. Para os parâmetros solubilidade em NaOH 5%, número de fibras por grama, drenabilidade, índices de tração, alongamento e estouro foram verificadas tendências de aumento com o aumento da proporção de Eucalyptus globulus nas misturas. Com base nos resultados obtidos, a adição de até 10% de fibra de Pinus taeda aos Eucalyptus pode melhorar a qualidade da polpa para os parâmetros índice de rasgo e drenabilidade. Essas características permitem maiores velocidades de operação das máquinas secadoras de polpa celulósica e máquinas de papel e consequentemente conduzem a uma maior produção. Plantas produtoras que desejam a produção de um tipo de celulose diferenciada, com elevada resistência ao rasgo, incremento da produção, ou ainda a produção de papéis especiais, de baixa gramatura, devem considerar a adição de pequenas proporções de Pinus taeda aos Eucalyptus. / The objective of this study was to evaluate the possibility of cooking mixtures between the species Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, Eucalyptus globulus and Pinus taedafor the production of kraft pulp with specific characteristics. The three species were analyzed for their wood density, chemical composition, Lo-solids® pulping, the chemical characteristics of the pulp, characteristics of its fibers and physical tests. The same parameters were evaluated in the mixtures between the species that were made up as: Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla and Pinus taeda in the proportion of 10 to 50% of Pinus taeda, Eucalyptus globulus and Pinus taeda in the proportion of 10 to 50% of Pinus taeda and Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla and Eucalyptus globulus in the proportion of 10 to 50% of Eucalyptus globulus. For the mixtures between the Eucalyptus and the Pinus taeda, the pulp kappa numbers increased as the proportion of Pinus taeda increased in the pulps, varying from 17.9 to 22.1. In order to reach the target kappa number it was necessary to adjust the alkali charge applied (from 19.3 to 21.3 %NaOH as effective alkali) and the H factor (between 970 and 1420). The results indicated a downward trend in total yield and screened yield values, in pulp viscosity, in the hexenuronic acid content, in solubility in NaOH 5%, in the number of fibers per gram of pulp, in the drainability and strength and burst indices, with the increasing proportion of Pinus taeda in the pulps. As the proportion of Pinus taeda increased in the pulps an increase was noticed for the parameters total lignin content in the pulp, length and width of the fibers, coarseness and tear indices. In the mixtures between Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla and Eucalyptus globulus the kappa number varied from 17.9 to 18.6. Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla performed performed better in pulping as it needed a lower alkali charge and had a higher pulp yield and pulp viscosity. Hence, in the Eucalyptus mixtures a downward trend was noticed in the values for pulp yield and pulp viscosity with an increasing proportion of Eucalyptus globulus. Falls in total lignin content in the pulp and in the coarseness were also observed as the proportion of Eucalyptus globulus increased. For the parameters solubility in NaOH 5%, number of fibers per gram of pulp, drainability, strength and burst indices an increase was noticed as the proportion of Eucalyptus globulus increased in the pulps. In conclusion, the addition of up to 10% of Pinus taeda to Eucalyptus can increase pulp quality for the tear index and drainability parameters, making pulp and paper mills faster at drying pulp, or speeding up the paper machines, resulting in higher productivity. These mixtures also allow the production of tailor-made pulp and special papers.

Este estudo teve como objetivo verificar os efeitos de misturas de madeiras de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, Eucalyptus globulus e Pinus taeda na eficiência do processo Lo-Solids® e características das polpas celulósicas visando a diferenciação das propriedades dos papéis resultantes. Foram avaliados os comportamentos das madeiras, quanto aos parâmetros: densidade básica, composição química, polpação Lo-solids®, características químicas das polpas celulósicas, características das fibras das polpas celulósicas e testes físicos. Os mesmos parâmetros foram avaliados nas misturas entre as espécies, realizadas da seguinte forma: Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla e Pinus taeda nas proporções de 10 a 50% de Pinus taeda, Eucalyptus globulus e Pinus taeda nas proporções de 10 a 50% de Pinus taeda e Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla e Eucalyptus globulus nas proporções de 10 a 50% de Eucalyptus globulus. Para as misturas entre os Eucalyptus e o Pinus taeda, o número kappa das polpas celulósicas aumentou gradativamente, conforme a proporção de Pinus taeda aumentava na mistura, sendo que os números kappa variaram entre 17,9 e 22,1. Para atingir os números kappa desejados no trabalho, foi necessário ajustar a carga alcalina (álcali efetivo entre 19,3 e 21,3 % expresso como NaOH) e o fator H (entre 970 a 1420). Os resultados das análises indicaram uma tendência de queda dos rendimentos bruto e depurado e da viscosidade da polpa celulósica, dos teores de ácidos hexenurônicos, da solubilidade em NaOH 5%, do número de fibras por grama, da drenabilidade e do índice de tração e estouro, com o aumento da participação de Pinus taeda nas misturas. Em contrapartida, foram observadas tendências de aumento dos teores de lignina total na polpa, do comprimento e da largura das fibras, do coarseness, do índice de rasgo e do consumo específico de madeira à medida que a participação de Pinus taeda aumenta nas misturas. Nas misturas entre o Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla e o Eucalyptus globulus, os números kappa variaram entre 17,9 e 18,6 e foram observadas tendências de queda dos rendimentos bruto e depurado, da viscosidade da polpa celulósica, do teor de lignina total e do coarseness, com a adição de Eucalyptus globulus ao Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla. Para os parâmetros solubilidade em NaOH 5%, número de fibras por grama, drenabilidade, índices de tração, alongamento e estouro foram verificadas tendências de aumento com o aumento da proporção de Eucalyptus globulus nas misturas. Com base nos resultados obtidos, a adição de até 10% de fibra de Pinus taeda aos Eucalyptus pode melhorar a qualidade da polpa para os parâmetros índice de rasgo e drenabilidade. Essas características permitem maiores velocidades de operação das máquinas secadoras de polpa celulósica e máquinas de papel e consequentemente conduzem a uma maior produção. Plantas produtoras que desejam a produção de um tipo de celulose diferenciada, com elevada resistência ao rasgo, incremento da produção, ou ainda a produção de papéis especiais, de baixa gramatura, devem considerar a adição de pequenas proporções de Pinus taeda aos Eucalyptus. / The objective of this study was to evaluate the possibility of cooking mixtures between the species Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla, Eucalyptus globulus and Pinus taedafor the production of kraft pulp with specific characteristics. The three species were analyzed for their wood density, chemical composition, Lo-solids® pulping, the chemical characteristics of the pulp, characteristics of its fibers and physical tests. The same parameters were evaluated in the mixtures between the species that were made up as: Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla and Pinus taeda in the proportion of 10 to 50% of Pinus taeda, Eucalyptus globulus and Pinus taeda in the proportion of 10 to 50% of Pinus taeda and Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla and Eucalyptus globulus in the proportion of 10 to 50% of Eucalyptus globulus. For the mixtures between the Eucalyptus and the Pinus taeda, the pulp kappa numbers increased as the proportion of Pinus taeda increased in the pulps, varying from 17.9 to 22.1. In order to reach the target kappa number it was necessary to adjust the alkali charge applied (from 19.3 to 21.3 %NaOH as effective alkali) and the H factor (between 970 and 1420). The results indicated a downward trend in total yield and screened yield values, in pulp viscosity, in the hexenuronic acid content, in solubility in NaOH 5%, in the number of fibers per gram of pulp, in the drainability and strength and burst indices, with the increasing proportion of Pinus taeda in the pulps. As the proportion of Pinus taeda increased in the pulps an increase was noticed for the parameters total lignin content in the pulp, length and width of the fibers, coarseness and tear indices. In the mixtures between Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla and Eucalyptus globulus the kappa number varied from 17.9 to 18.6. Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla performed performed better in pulping as it needed a lower alkali charge and had a higher pulp yield and pulp viscosity. Hence, in the Eucalyptus mixtures a downward trend was noticed in the values for pulp yield and pulp viscosity with an increasing proportion of Eucalyptus globulus. Falls in total lignin content in the pulp and in the coarseness were also observed as the proportion of Eucalyptus globulus increased. For the parameters solubility in NaOH 5%, number of fibers per gram of pulp, drainability, strength and burst indices an increase was noticed as the proportion of Eucalyptus globulus increased in the pulps. In conclusion, the addition of up to 10% of Pinus taeda to Eucalyptus can increase pulp quality for the tear index and drainability parameters, making pulp and paper mills faster at drying pulp, or speeding up the paper machines, resulting in higher productivity. These mixtures also allow the production of tailor-made pulp and special papers.

This diploma thesis was aimed at study of the effect of various gaseous extinguishing media in an environment of increased temperature on the paper and its properties. Paper samples were exposed to elevated temperature in air, CO2 gas and gas mixtures of N2:Ar (1:1). The impact of conditions on the mechanical, chemical and optical properties of paper has been studied after exposure of the paper by extinguishing media under elevated temperature. The change of properties was determined immediately after exposure of samples under simultaneous conditions of fire, further one was determined for samples exposed to conditions of dry and wet aging. As a reference sample was used crude paper. Values of elasticity modulus, strength tensile, tearing resistance, the work needed for break tension, the total color difference and pH of samples have been determined. The results showed that every external influence causes at least some change in mechanical, optical and chemical properties such as increased temperature, the effect of extinguishing media or ageing of paper. The gas mixture N2:Ar (1:1) had the smallest influence on the sample paper, which was worked. Thus this gas mixture could be the best choice for the application in archive environments.

Atualmente, o Brasil é o maior fabricante de celulose branqueada de eucalipto do mundo. Geralmente as fibras virgens de Eucalyptus spp. são utilizadas na fabricação de papéis para imprimir, tissue e especiais. Papéis para embalagens, tipicamente Kraftliners, precisam de uma grande resistência mecânica e são produzidos principalmente a partir de pastas Kraft de coníferas não branqueadas. Por outro lado, nanoceluloses fabricadas a partir de biomassa são consideradas um dos materiais sustentáveis mais interessantes para o século, com excelentes propriedades como baixa densidade, elevadas propriedades mecânicas, alta hidrofilicidade, grande área superficial com reatividade química e elevado valor econômico. Desde 2012 o uso de nanoceluloses na fabricação de papel ganhou impulso. As nanoceluloses têm sido adicionadas em pastas mecânicas e Kraft branqueadas para fabricação do papel, incrementando notavelmente as suas propriedades mecânicas, mas há preocupações sobre a diminuição da drenabilidade, da porosidade e da opacidade do papel. Poucos estudos foram desenvolvidos visando a aplicação de nanoceluloses em fibras não branqueadas, ainda que tenham aplicações em pastas branqueadas e/ou mecânicas. Portanto, o presente trabalho visa desenvolver o uso de nanoceluloses para melhorar as propriedades mecânicas em fibras não branqueadas. Em primeiro lugar, tomaram-se os finos primários do branqueamento de celulose de Pasta Kraft de Eucalipto como a matéria-prima para produzir dois tipos de nanocelulose. A celulose microfibrilada (MFC) é produzida diretamente por homogeneização mecânica utilizando equipamento Masuko. A celulose nanofibrilada (CNF) é produzida por oxidação mediada por TEMPO e homogeneizada por GEA. Em segundo lugar, selecionaram-se com as fibras virgens de Pasta Kraft Marrom de Pinho (PKPM) com número Kappa 36,1 e Pasta Kraft de Eucalipto Não Branqueada (PKEP), obtida na saída de estágio de deslignificação com oxigênio, com número Kappa 9,21, e todas as fibras foram refinadas até atingir o mesmo grau Shopper-Riegler (33±1 SR). Os experimentos com PKPM são conduzidas como uma referência a papéis Kraftliners tradicionais, com ou sem nanocelluloses. Também obteve folhas manuais com pasta branqueada Kraft de eucalipto, adicionando nanoceluloses, para compreender o efeito da lignina presente em PKEP. A receita e os aditivos químicos aplicados aqui são os mesmos que na produção industrial. Os principais resultados são: o uso de CNF (ou MFC) e agentes químicos, separadamente, na pasta PKEP, aumenta as resistências mecânicas dos papéis, no entanto, quando aplicadas CNF (ou MFC) em PKMP sem aditivos químicos, as resistências à tração e a estouro diminuem, e a resistência ao rasgo permanece constante. Como a terceira parte do estudo, delineamento de experimentos teve a configuração composto central com o ponto central em 1% de CNF (ou MFC) e 1% de agentes químicos (polímero+amido+cola), e seus pontos axiais foram 0,3%-1,7% de CNF (ou MFC), e 0,15%-0,85% de agentes químicos. O ponto ótimo de equilíbrio dos índices de rasgo (mN.m2/g) /estouro (kPa.m2/g) /tração (N.m/g) de (10,00/2,25/36,56 para CNF e 12,88/4,25/57,62 para MFC), obteve-se com a adição de 1,03% de CNF e 0,65% de amido, ou com a adição de menos de 0,01% de MFC e de 1% de amido. Finalmente, foram aplicadas CNF ou MFC por impregnação direta no centro da direção-z, considerando que o papel tem forças que interagem em 3D. Os resultados mostram que a PKEP atinge a qualidade do Kraftliner de pinus obtendo um índice de tração de 52,58 N.m/g utilizando 1% de CNF, ou 47,40 N.m/g utilizando 1% de MFC. Também, o custo de utilização do CNF ou MFC na fabricação do papel é avaliado, resultando em estimativas de 0,9494 US$/kg ou 0,3036 US$/kg, com a adição de 1% de CNF ou 1% de MFC, respectivamente, em pasta PKEP. Este trabalho mostra que a aplicação de nanocelulose em Kraftliner tradicional com fibras de pinus com todos os agentes químicos não tem vantagens reais. No entanto, o uso de CNF e MFC tecnicamente e economicamente tem vantagens superiores em pasta Kraft de eucalipto não branqueada (e deslignificada com oxigênio), obtendo-se propriedades superiores às de fibras longas. / Nowadays, Brazil is the largest manufacturer of Bleached Eucalyptus Kraft Pulp in the world. Mostly the Eucalyptus spp. virgin fibres are used in papermaking to manufacture printing, tissue and specialty papers. Packaging papers, typically Kraftliners, have high demands for mechanical strength and are made mostly from Unbleached Softwood Kraft Pulp. Other side, nanocelluloses from biomass are considered one of the most interesting sustainable materials for the Century, with excel properties such as low density, high mechanical properties, high hydrophilicity, large surface area with chemical reactivity and high economic value. Since 2012 the use of nanocellulose in papermaking experienced a great momentum. Nanocelluloses are added in bleached or mechanical pulp in papermaking to increase significantly the mechanical properties, but there are concerns about the decreasing of the drainability, the porosity and the opacity of the paper. A very few studies were developed on the application of nanocelluloses in an unbleached Kraft pulp, even there are its applications on bleached pulps and mechanical pulps. Therefore, the present work aims to develop the application of nanocelluloses to increase the mechanical properties of the unbleached fibers, specifically for Kraftliners, and show the way to replace the softwood fibers with the low-cost hardwood fibers. Firstly, the primary fines from bleaching area of Eucalyptus Kraft pulp, obtained from an industrial residue, was the raw material for nanocellulose production of two nanocelluloses. The microfibrillated celluloses (MFC) are produced with direct mechanical homogenization using Masuko. The nanofibrillated cellulose (NCF) is produced with oxidation mediated by TEMPO and homogenization using GEA. Secondly, as virgin fibers were selected the Unbleached Pine Kraft Pulp (USKP) with Kappa number 36.1 and the Unbleached Eucalyptus Kraft Pulp (UEKP) just after the oxygen delignification stage with the Kappa number 9.21. All the fibres (USKP and UEKP) was refining at the same Shopper-Riegler (33±1 SR). USKP experiments are conducted as reference to traditional Kraftliners, with or without nanocelluloses. Also the virgin bleached Eucalyptus Kraft pulp with nanocelluloses addition for the handsheet paper helps to understand the role of lignin in UEKP. The recipe and chemicals applied here are the same of the industrial production. The main results are: the use CNF (or MFC) and chemical agents, separately, in UEKP, promote the mechanical resistances, however when applied CNF (or MFC) in UPKP without chemicals, the tensile and burst properties decreased and tear remains constant. As the third group of the study, the design of the experiments was conducted in the star configuration with centre point as 1% CNF (or MFC) and 1.00% chemical agents (polymers+starch+chemical agents) and, the axial points were 0.3%-1.7% NCF (or MFC) and 0.15%-0.85 of chemical agents. The optimum point from the balanced tear (mN.m2/g) /burst (kPa.m2/g) /tensile (N.m/g) index point of view with 10.00/2.25/36.56 for (1.03% CNF and 0.65% starch) and 12.88/4.25/57.62 for (<0.001% MFC and 1% starch). Finally, it is applied here the direct impregnation of the center of z-direction with 1% of CNF and MFC, considering that the paper has 3D interacting forces. The results show that the UEKP reaches the pinus Kraftliner quality with 52.58 N.m/g (Tensile Index) using 1% CNF or 47.40 N.m/g using 1% MFC. Also, the cost of use CNF or MFC in papermaking is evaluated, resulting in the estimates of 0.9494 US$/kg or 0.3036 US$/kg, the addition of 1% CNF or 1% MFC in UEKP. This work shows that the application of nanocellulose in traditional Kraftliner with pinus fibres with all chemical agents has no real advantages. However, the use of CNF and MFC technically and economically has superior advantages in Eucalyptus unbleached (and oxygen delignified) Kraft pulp, resulting in such properties superior to those of long fibres.

Atualmente, o Brasil é o maior fabricante de celulose branqueada de eucalipto do mundo. Geralmente as fibras virgens de Eucalyptus spp. são utilizadas na fabricação de papéis para imprimir, tissue e especiais. Papéis para embalagens, tipicamente Kraftliners, precisam de uma grande resistência mecânica e são produzidos principalmente a partir de pastas Kraft de coníferas não branqueadas. Por outro lado, nanoceluloses fabricadas a partir de biomassa são consideradas um dos materiais sustentáveis mais interessantes para o século, com excelentes propriedades como baixa densidade, elevadas propriedades mecânicas, alta hidrofilicidade, grande área superficial com reatividade química e elevado valor econômico. Desde 2012 o uso de nanoceluloses na fabricação de papel ganhou impulso. As nanoceluloses têm sido adicionadas em pastas mecânicas e Kraft branqueadas para fabricação do papel, incrementando notavelmente as suas propriedades mecânicas, mas há preocupações sobre a diminuição da drenabilidade, da porosidade e da opacidade do papel. Poucos estudos foram desenvolvidos visando a aplicação de nanoceluloses em fibras não branqueadas, ainda que tenham aplicações em pastas branqueadas e/ou mecânicas. Portanto, o presente trabalho visa desenvolver o uso de nanoceluloses para melhorar as propriedades mecânicas em fibras não branqueadas. Em primeiro lugar, tomaram-se os finos primários do branqueamento de celulose de Pasta Kraft de Eucalipto como a matéria-prima para produzir dois tipos de nanocelulose. A celulose microfibrilada (MFC) é produzida diretamente por homogeneização mecânica utilizando equipamento Masuko. A celulose nanofibrilada (CNF) é produzida por oxidação mediada por TEMPO e homogeneizada por GEA. Em segundo lugar, selecionaram-se com as fibras virgens de Pasta Kraft Marrom de Pinho (PKPM) com número Kappa 36,1 e Pasta Kraft de Eucalipto Não Branqueada (PKEP), obtida na saída de estágio de deslignificação com oxigênio, com número Kappa 9,21, e todas as fibras foram refinadas até atingir o mesmo grau Shopper-Riegler (33±1 SR). Os experimentos com PKPM são conduzidas como uma referência a papéis Kraftliners tradicionais, com ou sem nanocelluloses. Também obteve folhas manuais com pasta branqueada Kraft de eucalipto, adicionando nanoceluloses, para compreender o efeito da lignina presente em PKEP. A receita e os aditivos químicos aplicados aqui são os mesmos que na produção industrial. Os principais resultados são: o uso de CNF (ou MFC) e agentes químicos, separadamente, na pasta PKEP, aumenta as resistências mecânicas dos papéis, no entanto, quando aplicadas CNF (ou MFC) em PKMP sem aditivos químicos, as resistências à tração e a estouro diminuem, e a resistência ao rasgo permanece constante. Como a terceira parte do estudo, delineamento de experimentos teve a configuração composto central com o ponto central em 1% de CNF (ou MFC) e 1% de agentes químicos (polímero+amido+cola), e seus pontos axiais foram 0,3%-1,7% de CNF (ou MFC), e 0,15%-0,85% de agentes químicos. O ponto ótimo de equilíbrio dos índices de rasgo (mN.m2/g) /estouro (kPa.m2/g) /tração (N.m/g) de (10,00/2,25/36,56 para CNF e 12,88/4,25/57,62 para MFC), obteve-se com a adição de 1,03% de CNF e 0,65% de amido, ou com a adição de menos de 0,01% de MFC e de 1% de amido. Finalmente, foram aplicadas CNF ou MFC por impregnação direta no centro da direção-z, considerando que o papel tem forças que interagem em 3D. Os resultados mostram que a PKEP atinge a qualidade do Kraftliner de pinus obtendo um índice de tração de 52,58 N.m/g utilizando 1% de CNF, ou 47,40 N.m/g utilizando 1% de MFC. Também, o custo de utilização do CNF ou MFC na fabricação do papel é avaliado, resultando em estimativas de 0,9494 US$/kg ou 0,3036 US$/kg, com a adição de 1% de CNF ou 1% de MFC, respectivamente, em pasta PKEP. Este trabalho mostra que a aplicação de nanocelulose em Kraftliner tradicional com fibras de pinus com todos os agentes químicos não tem vantagens reais. No entanto, o uso de CNF e MFC tecnicamente e economicamente tem vantagens superiores em pasta Kraft de eucalipto não branqueada (e deslignificada com oxigênio), obtendo-se propriedades superiores às de fibras longas. / Nowadays, Brazil is the largest manufacturer of Bleached Eucalyptus Kraft Pulp in the world. Mostly the Eucalyptus spp. virgin fibres are used in papermaking to manufacture printing, tissue and specialty papers. Packaging papers, typically Kraftliners, have high demands for mechanical strength and are made mostly from Unbleached Softwood Kraft Pulp. Other side, nanocelluloses from biomass are considered one of the most interesting sustainable materials for the Century, with excel properties such as low density, high mechanical properties, high hydrophilicity, large surface area with chemical reactivity and high economic value. Since 2012 the use of nanocellulose in papermaking experienced a great momentum. Nanocelluloses are added in bleached or mechanical pulp in papermaking to increase significantly the mechanical properties, but there are concerns about the decreasing of the drainability, the porosity and the opacity of the paper. A very few studies were developed on the application of nanocelluloses in an unbleached Kraft pulp, even there are its applications on bleached pulps and mechanical pulps. Therefore, the present work aims to develop the application of nanocelluloses to increase the mechanical properties of the unbleached fibers, specifically for Kraftliners, and show the way to replace the softwood fibers with the low-cost hardwood fibers. Firstly, the primary fines from bleaching area of Eucalyptus Kraft pulp, obtained from an industrial residue, was the raw material for nanocellulose production of two nanocelluloses. The microfibrillated celluloses (MFC) are produced with direct mechanical homogenization using Masuko. The nanofibrillated cellulose (NCF) is produced with oxidation mediated by TEMPO and homogenization using GEA. Secondly, as virgin fibers were selected the Unbleached Pine Kraft Pulp (USKP) with Kappa number 36.1 and the Unbleached Eucalyptus Kraft Pulp (UEKP) just after the oxygen delignification stage with the Kappa number 9.21. All the fibres (USKP and UEKP) was refining at the same Shopper-Riegler (33±1 SR). USKP experiments are conducted as reference to traditional Kraftliners, with or without nanocelluloses. Also the virgin bleached Eucalyptus Kraft pulp with nanocelluloses addition for the handsheet paper helps to understand the role of lignin in UEKP. The recipe and chemicals applied here are the same of the industrial production. The main results are: the use CNF (or MFC) and chemical agents, separately, in UEKP, promote the mechanical resistances, however when applied CNF (or MFC) in UPKP without chemicals, the tensile and burst properties decreased and tear remains constant. As the third group of the study, the design of the experiments was conducted in the star configuration with centre point as 1% CNF (or MFC) and 1.00% chemical agents (polymers+starch+chemical agents) and, the axial points were 0.3%-1.7% NCF (or MFC) and 0.15%-0.85 of chemical agents. The optimum point from the balanced tear (mN.m2/g) /burst (kPa.m2/g) /tensile (N.m/g) index point of view with 10.00/2.25/36.56 for (1.03% CNF and 0.65% starch) and 12.88/4.25/57.62 for (<0.001% MFC and 1% starch). Finally, it is applied here the direct impregnation of the center of z-direction with 1% of CNF and MFC, considering that the paper has 3D interacting forces. The results show that the UEKP reaches the pinus Kraftliner quality with 52.58 N.m/g (Tensile Index) using 1% CNF or 47.40 N.m/g using 1% MFC. Also, the cost of use CNF or MFC in papermaking is evaluated, resulting in the estimates of 0.9494 US$/kg or 0.3036 US$/kg, the addition of 1% CNF or 1% MFC in UEKP. This work shows that the application of nanocellulose in traditional Kraftliner with pinus fibres with all chemical agents has no real advantages. However, the use of CNF and MFC technically and economically has superior advantages in Eucalyptus unbleached (and oxygen delignified) Kraft pulp, resulting in such properties superior to those of long fibres.