Amphoteric polymers to improve paper dry strength

The objective of the present work is to evaluate the application of an amphoteric polymer, with acidic and basic groups on the polymer chain, as a paper dry strength additive. The polymer studied here is random terpolymer of high electrostatic charge density, and high molecular weight. The results of our work showed that the balance between the charge densities of the surface and the polymer structures is an important factor to be considered when using this polymer. The highest paper strength value, measured by tensile index, was found at the polyampholyte’s isoelectric point (ca. pH of 7.3) when the charge of the fiber surface was negative and the polymer structure charge was symmetric. This observation agrees with our dynamic light scattering results which, demonstrated that at the isoelectric point there was a maximum in association among polyampholyte molecules, leading to a maximum in size of molecular aggregates. When adsorbed on an electrically charged surface, the maximum amount of adsorbed polymer, measured by the shift in resonance frequency in a quartz crystal microgravimetric balance, was observed for the same isoelectric point. Better results for paper dry strength were found when the fiber surface and the polymer structures were oppositely charged or at the isoelectric point of the polymer. Less effective addition strategies were found in the case when the fiber surfaces and the polymer structures had same sign of charge. DOI: 244694160102201506

Impact of wood quality on delignification, bleaching, and physico-mechanical properties of eucalyptus kraft pulp

No presente trabalho foram estudadas duas madeiras de híbridos clonais de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis. Foram produzidas polpas em dois niveis de deslignificação e branqueadas por seqüências ECF e TCF. A densidade básica, a composição quimica e as dimensões de fibras das madeiras foram determinadas. A madeira de mais facil deslignificação (MI) no cozimento apresentou menor consumo de reagentes e maiores rendimentos depurados. A eficiência e a seletividade da deslignificação com oxigênio foram superiores para a polpa da madeira de mais diflcil deslignificação (MII), embora, para o número kappa mais alto, as seletividades tendam a ser iguais. A seqüência TCF causou acentuada redução da viscosidade das polpas. Contudo, não houve comprometimento desse parâmetro com a utilização da seqüências ECF. Esse efeito é atribuido a seqüência de branqueamento e não à qualidade da madeira. De forma geral, as polpas não-refinadas da madeira MII apresentaram maiores valores de propriedades de resistência, maiores propriedades ópticas e maiores indices de retenção de água. Quando refinadas, mostraram tendência de menor consumo de energia. Ainda, suas propriedades ópticas foram mais elevadas e pouco afetadas pelos niveis de deslignificação e pelas seqüências de branqueamento. As propriedades físico-mecânicas das polpas após refino apresentaram variações menos acentuadas do que as propriedades ópticas. A opacidade das polpas da madeira MI mostrou-se mais sensível à ação de refino. Embora a diferença entre as densidades básica das madeiras e a composição química tenham sido semelhantes, exceto o teor de extrativos em etanol-tolueno, seus comportamentos nas etapas de processamento apresentaram expressivas diferenças. Isso demonstra que apenas a composição quimica e a densidade basica não são parâmetros suficientes para seleção de madeiras. O número de fibras por grama de polpa influenciou acentuadamente a opacidade e as propriedades de resistência das polpas, devendo ser considerado como um fator de seleção de arvores. Considerando a madeira de mais facil deslignificação no cozimento, o número kappa mais baixo e a seqüência ECF, em geral, os valores de propriedades físico-mecânicas e ópticas determinados apresentaram diferenças da ordem de 47%, 19% e 34% para as polpas não-refinadas e 35%, 18% e 47% para as polpas refinadas, que foram atribuídas, respectivamente, à qualidade da madeira, ao nivel de deslignificação e à seqüência de branqueamento.Pulp production from the wood of two clones of a Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis hybrid was studied at two delignilication levels with subsequent bleaching by either ECF or TCF sequences. Wood basic density, chemical composition, and fiber dimensions were detemiined previously to experiments. The wood most easily delignified during cooking (MI) consumed less chemicals and produced higher screen yields. Higher efficiency and selectivity of oxygen delignification were obtained for the wood showing harder delignification (MII). However, for higher kappa numbers, the selectivity tended to be the same for both MI and MII. TCF sequence greatly reduced pulp viscosity. Such intense reduction, not observed for ECF, was attributed to the bleaching sequence rather than to wood quality. Unrefined MII-derived pulp showed higher values for resistance properties, optical characteristics, and water retention (WRV). A trend towards lesser energy consumption during processing was Observed for MII-derived pulps alter retining. Also, the values for the optical characteristics of MII-derived pulps were higher than those of MI-derived ones, being little affected by the levels of delignification and the bleaching sequences. The physical and mechanical properties of the pulps showed less variation after refining than did the optical characteristics. MI-derived pulp opacity was more , sensitive to refining. Although wood basic density and chemical composition were similar, excluding the content of extractives in ethanol-toluene, MI and MII behavior during the processing steps greatly differed from each other, which demonstrates that wood density and chemical composition data are not sufficient for wood selection. The number of fibers per grain of pulp affected the opacity and the resistance of the pulps and, therefore, should be considered an important factor for tree selection. Considering MI wood, the lowest kappa number, and the ECF sequence, values for physical, mechanical and optical properties showed differences in the order of 47%, 19% and 34% for unrefined pulp. and of 35%, 18% and 47% for refined pulp that were attributed to wood quality, delignification level and bleaching sequence, respectively.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic

Wet end chemistry in papermaking - interactions in solid-liquid interfaces.

Um polieletrólito catiônico (poliamina), com baixo peso molecular e elevada densidade de carga, normalmente aplicado como agente coagulante do lixo aniônico, foi usado para estudos de retenção e drenagem na fabricação de papel. O uso do carboximentil celulose de sódio para simulação do teor de lixo aniônico e seu efeito na retenção de cargas minerais foi uma característica importante para este trabalho. Pode ser observado que o aumento da dosagem do polímero catiônico tanto melhora a retenção de cargas minerais, avaliada pela turbidez do filtrado, quanto melhora a drenagem do sistema, avaliada pela velocidade de escoamento. Entretanto, elevadas dosagens deste polímero comprometeram os resultados destes parâmetros devido à inversão de carga do sistema. Pode também ser confirmado que forças de cisalhamento excessivas prejudicam a retenção de cargas minerais. Ademais, um polianfótero, com peso molecular e densidade de carga elevados, contendo grupos positivo (N-[3-(N,N-dimetilamino)propil]acrilamida), negativo (ácido metileno butanodióico) e nulo (acrilamida) na mesma cadeia, foi testado como agente de resistência a seco do papel. Todos os estudos em nível molecular sobre o comportamento do polianfótero em solução e o seu comportamento de adsorção sobre superfícies modelos carregadas, em diferentes condições de pH e de força iônica, foram importantes para explicar tanto dos fenômenos de adsorção, envolvendo fibras celulósicas e polianfótero, quanto o seu efeito na resistência mecânica do papel. Foi observado que a solubilidade do polímero aumenta à medida que o pH se distancia do seu ponto isoelétrico, pHPIE 7,3, e reduz para valores de pH próximos ao pHPIE. O tamanho das estruturas do polianfótero depende do pH do meio de dispersão. As características de tamanho do polianfótero tanto sob a forma de cadeias individuais ou quanto sob a forma de agregados, foram medidas através da técnica de espalhamento dinâmico de luz. As propriedades viscoelásticas das camadas adsorvidas e a quantidade de polímero adsorvida foram medidas através da técnica da balança microgravimétrica com dissipação de energia. Estas duas determinações, associadas às imagens no microscópio de força atômica, foram importantes para o entendimento dos resultados práticos do uso do polianfótero como agente de resistência a seco do papel. Maiores resultados de resistência do papel, avaliada através da resistência à tração, foram alcançados para valores de pH próximos ao ponto isoelétrico onde foram encontrados o seguinte: (1) maiores tamanhos para as estruturas do polímero em solução, (2) maior quantidade de massa nas camadas adsorvidas e (3) a formação de camadas mais viscoelásticas. O fenômeno de separação de fases, associado à mudança da solubilidade do polímero em solução devido ao balanço dos grupos positivos e negativos ionizados ao longo da faixa de pH estudada, foi considerado o principal aspecto para a variação em tamanho dos agregados. Embora este polímero tenha apresentado comportamento antipolieletrólito devido à expansão da sua cadeia e ao aumento da densidade de carga com o aumento da força iônica, considerando o efeito da força iônica para pH 4,3, o comportamento de adsorção do polianfótero foi avaliado como o comportamento de um polieletrólito monocarregado de alta densidade de carga. Maiores e menores quantidades de massas adsorvidas foram encontradas para valores intermediários e extremos de força iônica, respectivamente. As interações eletrostáticas foram consideradas as principais responsáveis pela adsorção do polímero sobre superfícies carregadas. Entretanto, a blindagem de cargas foi considerada a explicação para os baixos valores de massa adsorvida para valores mais elevados de força iônica.A cationic polyelectrolyte (polyamine), with low molecular weight and high charge density, usually applied as anionic trash coagulant, was used for the retention and drainage studies in the papermaking. The use of sodium carboxymethyl cellulose to simulate the anionic trash content and its effect on the filler retention was an important feature of the work. It could be noted that the increasing of the cationic polymer dosage improves both the filler retention, evaluated by the turbidity of the filtrate, and the system drainage, evaluated by the flow speed. However, high dosages of this polymer compromised the results of these parameters due to the reversal of the system charge. It can also be confirmed that excessive shear forces affect the filler retention. Furthermore, a polyampholyte, with high molecular weight and charge density, containing positive (N-[3-(N,N- dimethylamino)propyl]acrylamide), negative (methylene butanedioic acid), and neutral (acrylamide) groups in the same chain, was tested as a dry strength agent. All of the studies at molecular level concerning to the polyampholyte behavior in the solution and its adsorption behavior on charged model surfaces at different conditions of pH and ionic strength, were important to explain both the adsorption phenomena, involving cellulosic fibers and polyampholyte, and its impact on the paper strength. It was observed that the polymer solubility increases as the pH moves away from its isoelectric point, pHIEP 7.3, and decreases when the pH approaches close to pHIEP. The sizes of the structures of the polyampholytes depend on the pH of the dispersion medium. Also the size characteristics of polyampholyte, both in individual and aggregated forms, were measured by dynamic light scattering technique. The viscoelastic properties of adsorbed layers, as well as the amount of the adsorbed polymer, were measured by quartz crystal microbalance technique with energy dissipation. These two measurements, associated with the atomic force microscopy images, were important to understand the practical results of polyampholyte usage as a dry strength agent. Best results of paper strength, evaluated by paper strength index, were achieved at pH close to the isoelectric point on which one were found the following features: (1) larger sizes of the polymer structures in solution, (2) higher amount of mass in the adsorbed layers, and (3) the formation of more viscoelastic layers. The phase separation phenomenon, associated with the change in the solubility of the polymer due to the balance of the positive and negative groups throughout the studied pH range, was considered the main aspect for the variation in size of the aggregates. Although this polymer shows antipolyelectrolyte behavior due to the expansion of the its chain and the increasing in charge density with the ionic strength, considering the effect of ionic strength at pH 4.3, the adsorption behavior of polyampholyte was evaluated as a monocharged polyelectrolyte behavior with high charge density. Major and minor amounts of adsorbed masses were found for intermediates and extremes values of ionic strength, respectively. The electrostatic interactions were considered the main cause of the adsorption on charged surfaces. However, the electrostatic screening was considered the explanation for the low values of adsorbed mass at higher values of ionic strength

ALGORITHM FOR DETECTION AND DIAGNOSIS OF INDUSTRIAL FURNACE FAULTS APPLYING SINGULAR VALUE DECOMPOSITION AND GRAPHIC VISUALIZATION

The development of an algorithm based on singular value decomposition with graphic visualization to aid in the fault detection and diagnosis was the aim of this work. In order to test the algorithm, real temperature data from an industrial furnace of a natural gas processing unit were used. Nine temperature detectors were monitored over time. In addition to a real fault that caused the shutdown of the equipment, five simulated faults in the furnace detectors were also tested. Results showed that the algorithm was effective and has great potential to assist in the monitoring of industrial processes

ESTUDO DA REMOÇÃO DE ÍONS FERRO E MANGANÊS DA ÁGUA UTILIZANDO PERÓXIDO DE HIDROGÊNIO COMO AGENTE OXIDANTE

O despejo inadequado de efluentes em lagos e rios, associado ao incremento da matéria orgânica dissolvida, tem sido apontado como uma das principais causas do aumento da concentração de íons ferro e manganês presentes na água. Neste trabalho, estudou-se o uso de peróxido de hidrogênio como agente oxidante, em pH próximo ao neutro, na tentativa de remover os íons na forma de precipitados. Foram realizados ensaios em testes de jarros em diferentes concentrações do oxidante, entre valores de 0.63 a 3.8ppm, associado a uma dosagem de 20ppm de PAC, coagulante usualmente utilizados em Estações de Tratamento de Água. Nestas condições, observou-se a remoção de 90% de íons ferro e 36% de íons manganês, sendo que o consumo de peroxido foi de até 40%. Não foi observado efeito significativo sobre os resultados para as diferentes dosagens de oxidante

ADSORPTION ISOTHERMS OF CALCIUM ÍONS (Ca+2) FROM HARD WATER IN CELLULOSIC MATERIALS

Water used in industrial processes requires a special treatment to achieve a high level of quality. In this context, the aim of this study was to investigate the use of cellulosic materials for water softening, such as microcrystalline cellulose (101 µm and 500 µm) and bleached Eucalyptus Kraft pulp. Firstly, the kinetic study was made in order to optimize operation parameters and then the adsorption processes were conducted, at three different levels of pH and different concentrations of calcium. The results showed that the pseudo-second order kinetic model had the best correlation coefficient and the Freundlich isotherm model was more appropriate to fit the experimental data, with the highest adsorption capacity observed at pH 7,0 for all the tested materials. At this pH, the microcrystalline cellulose adsorbed more than the bleached Eucalyptus Kraft pulp. Thus, it could be concluded that the proposed objectives were achieved

Estudo da cinética de secagem da casca do maracujá (Passiflora edulis flavicarpa)/ Study of the drying kinetics of passion fruit (Passiflora edulis flavicarpa) rind

A atividade industrial de beneficiamento de polpas de frutas vem crescendo atualmente e com isso, possui destaque na geração de subprodutos, constituídos basicamente de cascas e sementes. Muitos destes subprodutos apresentam potencial para aproveitamento, no entanto ainda são pouco aproveitados e o seu descarte pode conduzir a impactos ambientais. Uma das alternativas de aproveitamento se dá por meio da secagem. Diante disso, estudou-se a viabilidade da secagem das cascas do maracujá por meio da avaliação do comportamento do produto durante a secagem em uma estufa com circulação de ar a 55 °C. O objetivo foi avaliar o comportamento desta etapa. De acordo com os resultados obtidos, pode-se afirmar que a partir de cinco horas a umidade em base seca não apresenta variações significativas

COMMERCIAL COAGULANTS EFFICACY ASSESSMENT FOR USE IN WATER TREATMENT SYSTEMS

The great variety of coagulants allows for the Water Treatment Stations to seek the best cost-benefit reagent for removing turbidity of raw water. The main objectives of this paper are to study the efficacy of turbidity removal of water captured during drought periods, using Poly Aluminum Chloride (PAC) and Tanfloc-SL as coagulants, and to create a study concerning their economic viability considering expenditures with coagulation and disinfection. Their efficacy was determined through coagulation diagrams. After the coagulation, some samples were filtered and dosed with a batch of disinfectant. PAC  maximum efficiency was 94% in pH 7 and dosage 28 ppm. Tanfloc-SL  maximum efficiency was 92% in pH 6.95 and dosage 17 ppm. When the necessary dosages for removal of 90 % of the initial turbidity are compared, the Tanfloc-SL expenditure was 54% smaller than the PAC one. The chlorine consumption was 23.58% higher when the Tanfloc-SL was chosen as the coagulant. Replacing PAC by Tanfloc-SL, an economy of 49.61% will be achieved

Avaliação da eficiência de coagulantes comerciais para aplicação em sistemas de tratamento de água

A Digital Object Identifier (DOI) disponibilizada pela revista não correspondeA grande variedade de coagulantes permite que as Estações de Tratamento de Água busquem pelo reagente com melhor custo benefício para remover a turbidez da água bruta. Os principais objetivos deste trabalho foram avaliar a eficiência de remoção de turbidez em águas captadas em período de estiagem usando dois coagulantes comerciais, policloreto de alumínio (PAC) e o Tanfloc-SL, e realizar um estudo de viabilidade econômica levando em conta os gastos com coagulação e desinfecção. Diagramas de coagulação foram utilizados para avaliar a eficiência dos coagulantes em questão. Após a coagulação, algumas amostras foram filtradas e receberam uma carga de solução desinfectante. A eficiência máxima do PAC foi 94%, em pH 7 e dosagem de 28 ppm. Para o Tanfloc-SL, a eficiência foi 92%, em pH 6,95 e dosagem de 17 ppm. Quando comparadas as dosagens para remoção de 90% da turbidez inicial da água bruta, o consumo de Tanfloc-SL em relação ao PAC foi 54% menor. Por outro lado, o consumo de cloro foi 23,58% maior quando o Tanfloc-SLem relação ao PAC. Com os resultados alcançados neste trabalho, pode-se concluir que a subtituição do PAC pelo Tanfloc-SL gerará uma economia de 49,61% considerando os custos com coagulantes e desinfectantes

Isotermas de adsorção de Íons cálcio (Ca+2 ) em materiais celulósicos

A água a ser utilizada em processos industriais demanda um tratamento e qualidade diferenciados. O objetivo desse estudo foi investigar o uso de três materiais celulósicos para abrandamento da água, sendo duas celuloses microcristalinas com granulometrias diferentes (CMC101 e CMC500) e a polpa Kraft de Eucalyptus branqueada. Realizou-se um estudo cinético para a obtenção de parâmetros otimizados, e determinaram- se isotermas de adsorção, utilizando diferentes concentrações de cálcio e assumindo três diferentes níveis de pH. A partir dos resultados, pode-se observar que o modelo cinético de pseudo-segunda ordem apresentou o melhor coeficiente de correlação e o modelo de isoterma Freundilch apresentou melhor ajuste aos dados experimentais, sendo a maior adsorção no nível de pH 7,0 para os três materiais, em que as amostras de CMC adsorveram mais significativamente que a polpa. Conclui-se então que o objetivo foi alcançado