STUDY OF PRADO REGION KAOLIN PULP RHEOLOGY FOR THE PAPER INDUSTRY

• Main Author: FABIOLA OLIVEIRA DA CUNHA
• Other Authors: MAURICIO LEONARDO TOREM
• Language: Portuguese
• Published: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO 2004
• Online Access: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=5926@1; http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=resultado&nrSeq=5926@2

COORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DO PESSOAL DE ENSINO SUPERIOR === CENTRO DE TECNOLOGIA MINERAL === Polpas concentradas de caulim (70 por cento em peso de sólidos) são utilizadas na Indústria de Papel como cobertura. Durante a aplicação da polpa são alcançadas altas taxas de cisalhamento que, associadas às altas viscosidades de polpas concentradas, provocam dificuldades no movimento da lâmina acarretando riscos, bolhas ou até mesmo rasgando o papel. Para minimizar esse efeito, são adicionados agentes dispersantes que causam a redução nos valores da viscosidade. O presente trabalho teve por finalidade caracterizar fisicamente as amostras beneficiadas do caulim da região do Prado/BA e, utilizando-se da Teoria DLVO Clássica, contribuir para uma melhor compreensão sobre os aspectos fundamentais que norteiam a reologia de polpas concentradas de caulim a partir dos fundamentos de química coloidal. A caracterização tecnológica das amostras foi efetuada pelas técnicas de difratometria de raios-X, medição de alvura, análise granulométrica e análise morfológica (MEV e MET). As amostras analisadas revelaram ser, predominantemente, de caulinita; de alvura adequada a Indústria Papeleira para as amostras Coat 90 e Coat 87; de distribuição bimodal para as amostras Coat 90 e Coat 87 e de formato lamelar de perfil irregular, tendo sido encontradas partículas de perfil hexagonal. Posteriormente, foram apreciadas as propriedades eletrocinéticas das amostras. Foi medido o potencial zeta das amostras na ausência e na presença do dispersante hexametafosfato de sódio em função do pH e da concentração do dispersante em força iônica constante. A análise dos resultados revelou: que as amostras Coat 90 e Coat 87 possuem ponto isoelétrico de 3,5, enquanto o caulim Extra Fino possui ponto isoelétrico de 3,2; que o potencial zeta assume valores mais negativos com o aumento do pH e com o aumento da concentração de dispersante e que o ânion proveniente da dissociação do hexametafosfato de sódio adsorve quimicamente à superfície das amostras. De posse dos dados de potencial zeta, utilizou-se a Teoria DLVO para calcular a energia de interação total existente entre as partículas da amostra de caulim Coat 90. Após a análise dos resultados, ficou evidente que, para valores de pH maiores ou iguais a 5, existe uma barreira energética que aumenta de intensidade com o aumento do pH e da concentração de dispersante onde, com o aumento do pH, houve uma tendência à estabilização e, no caso da concentração, foi obtido um valor máximo em 3kg/t de dispersante (após este valor não houve aumento da barreira energética). Nessas curvas também foi observada a existência de um mínimo secundário que, embora pequeno (~2kT), revelou a possibilidade de adesão reversível. A análise reológica da amostra de caulim Coat 90 foi realizada a partir da comparação das viscosidades aparentes encontradas para taxas de cisalhamento constantes (100s-1 ou 1000s-1) e após a mesma quantidade de tempo (280s) já que as polpas eram tixotrópicas. Esses dados revelaram que, com o aumento do pH, as polpas atingem valores mínimos de viscosidade, onde para cada concentração de dispersante foi atingido um patamar diferente. O menor valor de viscosidade foi obtido em 3kg/t de dispersante, onde a partir desse ponto a viscosidade passou a aumentar levemente. Finalmente, os dados reológicos foram confrontados com os calculados pela Teoria DLVO Clássica, onde foi revelada a existência de um valor de energia de interação total (~400kT) comum a todas as concentrações de dispersante que indica um grau máximo de estabilidade da polpa, isto é, as partículas encontram-se tão afastadas umas das outras que o movimento relativo entre elas durante o cisalhamento não é mais afetado. Concluiu-se que, apesar das interações interparticulares serem de natureza microscópica e a viscosidade uma medida macroscópica, a Teoria DLVO foi capaz de explicar qualitativamente o compor === Concentrated kaolin pulps (70 percent solid weight) are utilized as coatings in the paper industry. During the pulp application, high shear rates are obtained. Shear rates associated to high viscosities incite difficulties on the lamina movement generating risks, bubbles or even tearing the paper. To minimize this effect dispersant agents are added. The aim of the present work was to characterize physically the Prado region (Bahia State) kaolin particles and, using the DLVO theory, contribute for a better understanding about the fundamental aspects of kaolin concentrated pulps rheology via colloidal chemistry. Sample technological characterization was carried out with X-Ray difractometry technique, brightness measurements, size measurements, particle distribution and morphological analysis (MEV and MET). Samples were, predominantly, of kaolinite; samples Coat 90 and Coat 87 were of adequate brightness for Paper Industry and presented two peaks and all samples were platelike with irregular edges where hexagonal particles were found. Sample electrokinetic properties were appreciated afterwards. Zeta potential measurements were taken in the absence and in the presence of sodium hexametaphosphate dispersing agent as a function of pH and dispersant concentration using constant ionic strength. Result analysis revealed: Coat 90 and Coat 87 samples had 3,5 of isoelectric point, while Extra Fino sample had 3,2 of isoelectric point; zeta potential values became more negative with pH and dispersant concentration rising and the anion of sodium hexametaphosphate dissolution chemically adsorbs to sample surfaces. Zeta potential values were used to obtain total interparticular interaction energy by means of DLVO theory. These procedures were done only for Coat 90 sample. It became clear that, for pH values equals or higher than 5, exists an energy barrier whose values rise as pH and dispersant concentration increases. It has been noted that for pH increase, the tendency of energy barrier was to stabilize. In the case of dispersant concentration increase, was obtained maximum value (3kg/t). By data observation, a secondary minimum was noted. However the secondary minimum is low (~2kT), it revealed the possibility of reversible adhesion. The rheological analysis of Coat 90 kaolin sample was realized by comparison of apparent viscosities found on constant shear rates (100s-1 and 1000s- 1) and after the same time (280s) because pulps were thixotropic. The investigation showed that with pH increase, pulps had their viscosity reduced. Each dispersant concentration value generates a different viscosity, where the smallest viscosities were achieved in 3kg/t. Within the increase of dispersant concentration, viscosity had its values improved. Finally, rheological data were coordinated with those calculated from DLVO theory. It was observed that there is a total interaction energy value (~400kT) common to all dispersant concentrations. This point means that pulp stability is maximum, in other words, particles are so far from each other that relative movement among them is not affected anymore. The conclusion of this work is that, however interparticular forces are of microscopic nature and viscosity is a macroscopic measure, DLVO theory was able to explain qualitatively the rheological behavior of kaolin concentrated pulps.