Interação de fibras e elementos de vasos de polpa kraft de eucalipto com tintas de impressão offset

Abstract

O objetivo deste trabalho foi estudar, por meio de análises térmicas e espectroscópica, o tipo de interação dos componentes anatômicos da polpa branqueada Kraft de eucalipto com tintas de impressão offset. Foi utilizado um classificador de fibras Bauer-McNett, contendo um sistema de peneiras de 20, 48, 100 e 200 mesh, afim de classificar a polpa por conteúdo de elementos anatômicos utilizando a análise de relação fibra/vaso. Após a classificação, as polpas foram nomeadas em baixa, média e alta relação fibra/vaso. Foram utilizadas três tintas de impressão offset de cor azul europa, com composição química similar e três níveis de tack: baixo, médio e alto. As análises térmicas das amostras de tintas, de polpa e da interação destas foram obtidas por Calorimetria Diferencial de Varredura no equipamento DSC-50 e pela técnica de Termogravimetria. Nas análises, observou-se que a evaporação do solvente das tintas offset ocorre com absorção de até 89 cal/g, na faixa de temperatura ambiente a 200 oC. Desta forma, o assentamento da tinta offset no processo de impressão é facilitado com o fornecimento de energia térmica ao sistema. No entanto, a degradação dos outros componentes da tinta acontece, exotermicamente, na faixa de 300 a 500 °C, o que pode causar danos no impresso, justificando, assim, a não utilização deste intervalo de temperatura durante o processo de impressão. A evaporação de água das polpas ocorre, absorvendo até 122 cal/g, na faixa de temperatura ambiente a 200 oC. No entanto, em temperaturas elevadas de 300 a 500 oC, ocorre um fenômeno exotérmico, causando danos irreparáveis à estrutura do papel devido, possivelmente, à despolimerização da cadeia de celulose com formação de levoglucosanas. A temperatura usada, para ocorrência do assentamento da tinta durante a impressão, não afetará a qualidade do papel impresso, desde de que não ultrapasse 200 oC. No entanto, a energia consumida no processo de evaporação de água da polpa será afetada pela porosidade do papel formado, sendo que os papéis mais porosos consumirão menos energia do que os papéis menos porosos. Na interação entre polpa e tinta, o assentamento do pigmento das tintas na polpa ocorre por meio de um processo espontâneo de liberação de energia (processo exotérmico), não havendo necessidade de fornecer energia na forma de calor ao papel impresso para ocorrência deste assentamento. Além disso, de acordo com os baixos valores de entalpia obtidos, este assentamento não ocorre por meio de ligações covalentes, e sim por meio de adsorções físicas (ligações de hidrogênio, forças de van der Waals, atração eletrostática) e por penetração das moléculas do pigmento das tintas nos capilares dos elementos anatômicos da polpa. Maior liberação de energia ocorrerá, durante o assentamento do pigmento das tintas na fração de polpa mais enriquecida por elementos de vasos, devido a uma maior adesão entre as tintas offset e esses elementos anatômicos. Para todas as polpas estudadas, a tinta de tack alto interage mais intensamente durante o assentamento do pigmento da tinta, causando, assim, uma maior adesão entre este tipo de tinta offset e as polpas.

Thermal and spectroscopic analyses were used to analyzing the interaction between the anatomical components of the bleached eucalyptus Kraft pulp and offset printing inks. A Bauer-McNett fiber classifier containing a sieve system with 20, 48, 100 and 200 mesh was used to classifying the pulp based on its anatomical element contents, by the fiber/vessel relationship analysis. The pulps were classified as low, medium, and high fiber/vessel relationship. Three europa blue-colored inks for offset printing with similar chemical composition and three tack levels (low, medium and high) were used. The thermal analyses of the ink and pulp samples as well as their interaction were obtained by Scanning Differential Calorimetry in the equipment DSC- 50 and by the Thermogravimetry technique. According to the analyses, the evaporation of the offset ink solvent occurs with an absorption up to 89 cal/g at the room temperature range of 200 oC. So, the settling of the offset ink over the printing process will be easier if the system is supplied with thermal energy. The degradation of the other ink components happens exothermically at a temperature range from 300 to 500 °C, which may cause damages to the printed paper, therefore justifying the nonuse of this temperature range during the printing process. The evaporation of the water pulps occurs at the room temperature range of 200 oC, by absorbing up to 122 cal/g. At high temperatures between 300 to 500 oC, however, an exothermal phenomenon occurs, so causing irreparable damages to the structure of the paper probably due to depolymerization of the cellulose chain producing levoglucosans. To assure the quality of the printing paper, the temperature used for the settling of the ink during impression should not exceed 200oC. However, the energy consumed over the water evaporation process in the pulps will be affected by the porosity of the produced paper, as the most porous papers will consume less energy than the less porous papers. In the interaction between pulp and ink, the settling of the ink pigment in the pulp occurs by a spontaneous energy liberation process (exothermal process); so, there is no need for supplying energy under heat form to the printing paper for this occurrence. In addition, the low values for enthalpy showed this settling not occurring through covalent connections, but through physical adsorption (hydrogen linkages, van der Walls’ forces, electrostatic attraction), as well as by penetration of the ink pigment molecules into capillaries of the anatomical pulp elements. Higher energy liberation will occur during the settling of the ink pigments in the pulp fraction more enriched by vessel elements, due to higher adhesion between the offset inks and these anatomical elements. For all pulps under study, the high-tack ink interacts more intensely during the settling of the ink pigment, so causing a higher adhesion between this offset ink type and the pulps.