Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
CAPÍTULO V - EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
1. Propriedades e características
71
2. Interacção embalagem/alimento
80
3. Processos de fabrico
81
3.1. Papel e cartão
81
3.2. Cartão canelado
84
4. Tipos de embalagens
86
5. Projecto e construção da embalagem
89
6. O ambiente e a embalagem celulósica
91
7. Controlo da qualidade
92
7.1. Determinação da gramagem
93
7.2. Determinação da espessura
93
7.3. Determinação da percentagem de humidade
93
7.4. Absorção de água ou ensaio de Cobb
93
7.5. Resistência ao rebentamento (Mullen)
93
7.6. Porosidade ou permeabilidade ao ar
93
7.7. Determinação da lisura Bendtsen
93
7.8. Resistência à tracção
94
7.9. Compressão vertical em coluna (ECT)
94
7.10. Compressão plana (FCT)
94
7.11. Resistência à compressão (BCT)
94
BIBLIOGRAFIA
96
70
Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
1. PROPRIEDADES E CARACTERÍSTICAS
•
PAPEL
O papel consiste essencialmente num aglomerado de fibras celulósicas de diferentes tamanhos
de origem natural, afiladas e entrelaçadas umas com as outras e finalmente, prensadas,
oferecendo uma superfície adequada para colar, escrever ou imprimir. A resistência mecânica
do papel não depende somente do tamanho e da resistência individual de cada fibra, mas
também do modo como elas estão dispostas. A qualidade do papel, por sua vez, é
consequência da natureza das fibras, pois estas variam conforme o vegetal que lhes deu
origem, com diferenças entre si na sua forma estrutural, tamanho e pureza.
As fibras que constituem o papel podem ser curtas (normalmente obtidas de árvores folhosas
tipo eucalipto) ou longas (obtidas de árvores como o pinheiro). As primeiras são indicadas para
situações em que se privilegie a maleabilidade e a qualidade de impressão, cópia e escrita,
enquanto que as segundas devem ser preferidas quando se pretende conferir resistência ao
papel para embalagem.
As fibras de celulose usadas na fabricação do papel são, na sua maioria, provenientes da
pasta da madeira. Na fabricação da pasta são utilizados dois processos básicos: mecânico e
químico.
O processo mecânico consiste em pressionar a madeira num triturador, utilizando-se água
como veículo de transporte da matéria moída. Este processo é utilizado para papéis que não
exigem muita resistência e brilho, como o papel de jornal.
Mistura com água
Drenagem
Prensagem
Secagem
FIGURA 1 Principais fases da produção de papel
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Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
No processo químico a madeira é cozida com agentes químicos para remover a linhina e
hidratos de carbono, produzindo pasta de alta qualidade. Os produtos químicos mais utilizados
são: soda cáustica (processo soda) geralmente usada para madeiras duras produzindo pasta
clara e de textura fina, mistura de soda e sulfato de sódio (processo sulfato ou kraft) onde a
pasta obtida é muito resistente acastanhada de difícil branqueamento e bissulfito de cálcio ou
magnésio (processo ácido) geralmente usada para madeira de espécies do tipo do pinheiro
produzindo pasta clara de resistência superior à do processo soda, porém inferior à do kraft.
Uma combinação dos processos químico e mecânico também pode ser utilizado – processo
semi-químico. A pasta semi-química é difícil de ser branqueada e torna-se amarelada quando
exposta à luz solar. Serve para aplicações onde a resistência, a rigidez e a coloração não são
tão necessárias como por exemplo, o miolo do cartão canelado.
Os principais tipos de papel com aplicação em embalagens são:
TABELA I –
Fonte
Kraft
Gramagem
Tracção
g/m2
kg/m
70-300
250-1150
Propriedades e aplicações
Para produtos pesados, resistente à
humidade, repelente à água, sacos, material
para canelar tipo c. e b. (cartão canelado)
Sulfito
Pasta química (processo
bissulfito-mistura de fibras
de pinheiro e eucalipto)
35-300
Muito variável
Para impressão, sacos, envelopes, papéis
encerados, rótulos, laminados
Resistente à
gordura
Pasta de refinação
prolongada e calandrada
70-150
180-450
Resistente à gordura, para produtos de
confeitaria e com gordura
40-150
150-535
Resistente a óleos e gorduras. Translúcido,
liso e lustroso.
Resistente a óleos e gorduras, elevada
resistência à humidade
Glassine ou
cristal
•
Pasta química (processo
sulfato-fibras de pinheiro)
TIPOS DE PAPÉIS
Pasta fortemente
refinada e calandrada
Papel vegetal
Pasta química tratada
com ácido sulfúrico
12-75
215-1450
Papel tissue
Papel leve de vários
tipos de pasta
20-50
baixa
Leve, macio para acolchoamento
CARTÃO
A distinção entre papel e cartão nem sempre é muito clara, no entanto é do senso comum que
o cartão é mais espesso e mais pesado que o papel. Geralmente, as folhas com mais do que
300µm de espessura são classificadas como sendo cartão. A gramagem do cartão em geral
varia entre 120 e 700g/m2.
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Normalmente os cartões são compostos por uma combinação de duas ou mais camadas que
podem diferir conforme a pasta. Os cartões de baixa gramagem, geralmente designados de
cartolinas, podem ser de apenas uma camada, no entanto a estrutura multicamada é adoptada
mesmo para os cartões mais finos. São normalmente utilizados para caixas tipo cartucho, de
armar e “multipacks”. Os cartões mais grossos podem ter mais do que 1000µm. Estes são
utilizados para fabrico de caixas e bandejas.
A estrutura multicamada obtém-se numa máquina de Fourdrinier com várias caixas de entrada
ou numa máquina de cilindros com vários cilindros.
Liner (top side)
Underliner
Top layer
Underliners
Backs liner
White pigment + binders
Bleached chemical pulp
Mechanical pulp
Middle layer
Mixed recycled fibers
Coating (if present)
Back layer
Coating (if present)
Selected recycled fibers
White pigment + binders
Bleached chemical pulp
Thin coating
White pigment + binders
FIGURA 2. Estruturas de alguns cartões
A classificação dos cartões baseia-se nos seguintes parâmetros:
a) número de camadas que compõem a estrutura (simplex ou monoplex, duplex, triplex, etc.)
b) tipo de pasta de cada camada (pasta química ou mecânica, virgem ou reciclada,
branqueada ou não)
c) tipo de tratamento da superfície
Num cartão duplex, a camada interna que entra em contacto com o produto é denominada por
suporte e a camada externa por forro. No cartão triplex a camada do centro é designada
intermediária. Cartões com forro de pasta branqueada são de boa aparência e apresentam boa
superfície de impressão. A pasta kraft é utilizada quando é necessário aumentar a resistência
mecânica, como por exemplo, nos “multipacks”. A pasta reciclada é incorporada ao cartão para
reduzir o custo, mas não deve estar em contacto directo com os produtos alimentares.
As especificações para papel e do cartão as mais importantes estão indicadas na TABELA II.
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TABELA II
- ESPECIFICAÇÕES DO PAPEL E DO CARTÃO
ESPECIFICAÇÕES
Estruturais
ENSAIOS
Gramagem
Espessura
Absorção de água
Relativas à humidade
(Ensaio de Cobb)
% de humidade
Ascenção capilar
Resistência rebentamento
Mecânicas
Resistência ao rasgamento
Propriedades de tracção
Lisura
Superfície
Porosidade
Brancura e opacidade
GRAMAGEM E ESPESSURA
A gramagem é a propriedade individual do papel que assume maior importância, pois influencia
a maioria das outras propriedades. Os valores da gramagem podem ainda ser usados na
previsão da maioria das outras propriedades.
Quando associada à gramagem, a determinação da espessura adquire um significado
importante já que permite obter a densidade do papel. Portanto, para uma mesma pasta é
possível por meio da espessura determinar qual foi o grau de calandragem aplicado ao papel e
para uma mesma calandragem qual a densidade de pasta utilizada.
A determinação da espessura é especialmente importante na transformação do papel já que
vai influenciar a qualidade de impressão, da formação de embalagens e a complexagem.
TEOR DE HUMIDADE
Este parâmetro permite avaliar a qualidade da pasta utilizada na fabricação da embalagem,
uma vez que, quando devidamente condicionada, a percentagem de humidade do material
celulósico varia de acordo com a qualidade da pasta utilizada na sua fabricação e, portanto,
resultados diferentes do normal indicam uma pasta de melhor ou pior qualidade.
A percentagem de humidade de um papel em equilíbrio ronda os 5-10%. Valores fora deste
intervalo diminuem a resistência mecânica do papel ou cartão.
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ABSORÇÃO DE ÁGUA (ENSAIO DE COBB)
A absorção de água depende fundamentalmente da qualidade da celulose utilizada, do seu
processo de obtenção e do tipo de revestimento aplicado. Neste ensaio é determinada a
quantidade de água absorvida pelo papel, cartão e cartão canelado, em condições
normalizadas.
RESISTÊNCIA AO REBENTAMENTO
Este parâmetro dá a indicação da “robustez” do papel e é influenciado pela resistência à
tracção e ao rasgamento.
PROPRIEDADES DE TRACÇÃO
A resistência à tracção é uma propriedade básica do papel que está relacionada com a
maquinabilidade do material e também com o desempenho mecânico das embalagens. Quanto
à maquinabilidade, a resistência à tracção indica a probabilidade de ruptura quando o papel é
submetido à tensão exercida pelos cilindros durante os processo de conversão (impressão,
laminação, etc.). Esta propriedade também demonstra a adequação do papel para diversas
aplicações tais como invólucros, sacos, fitas adesivas, etc., que implicam uma tracção directa
no material.
O desempenho mecânico de embalagens como sacos, fardos e sacos multi-folhas durante o
manuseio e em situações de choque (por exemplo na queda livre) também dependem da
resistência à tracção do material de embalagem.
A resistência à tracção depende de vários factores como o tipo de fibra, processo de obtenção
da pasta e da fabricação da folha, gramagem da folha, direcção de ensaio e teor de humidade
do papel. A resistência à tracção é directamente proporcional à gramagem e inversamente
proporcional à percentagem de humidade. Por outro lado, é maior na direcção de fabricação
devido ao alinhamento das fibras nessa direcção.
POROSIDADE
A porosidade é medida pela resistência do papel à passagem do ar, o que permite
indirectamente obter a respectiva permeabilidade ao ar. A medição da porosidade é utilizada
para avaliar a formação do papel e para prever a capacidade de absorção de tintas e adesivos.
Por estes motivos, a porosidade é um parâmetro importante para a avaliação da qualidade de
papéis e cartões que se destinam à impressão, revestimento e laminação. A porosidade
também é importante para papéis que vão ser convertidos em sacos de enchimento
automático, pois devem apresentar porosidade tal que evite que o saco rebente durante o
enchimento.
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Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
A resistência à passagem de ar é proporcional à espessura e à gramagem. Com a
calandragem, o papel sofre uma diminuição da porosidade, pois as suas fibras tendem a
assentar mais, fechando os poros. A utilização de fibras curtas na massa também proporciona
uma redução na porosidade.
LISURA
A lisura e a rugosidade são características que representam o acabamento superficial do papel,
o que afecta a sua aparência e qualidade de impressão. Quanto maior a rugosidade mais
irregular é a superfície do papel, que ocorre devido a marcas da tela, pregas, matérias
estranhas, espaços entre fibras, danos mecânicos e outras imperfeições causadas por
agrupamentos de fibras, etc.
BRANCURA E OPACIDADE
Estas são as principais propriedades ópticas dos papéis. A brancura do papel é obtida a partir
de processos de branqueamento que para além de permitirem a obtenção de uma celulose
mais estável (que não se altere com o tempo) contribuem também para a melhoria das
características de impressão. O papel é branco quando reflecte com perfeição todas as cores.
Quanto mais branco o papel maior será a fidelidade da cor.
A opacidade limita a quantidade de luz que atravessa o papel. O papel deve apresentar a maior
opacidade possível de forma a evitar problemas relacionados com a legibilidade de textos e
alterações das cores nas imagens coincidentes de frente e verso da folha.
•
CARTÃO CANELADO
O cartão canelado é constituído por uma estrutura formada por um ou mais elementos
ondulados (caneluras ou “fluting”), fixados a um ou mais elementos planos (coberturas ou
“liners”) por meio de um adesivo aplicado no topo das ondas. As coberturas podem ser em
“kraft liner” que é um papel com uma grande percentagem de fibras virgens e por isso de
elevada resistência ao rebentamento, ou em “test liner” que é um papel de qualidade mais fraca
com maior percentagem de fibra reciclada, ou seja, com propriedades mecânicas inferiores. As
caneluras podem ser de papel semi-químico ou reciclado. O adesivo desta estrutura é uma cola
do tipo aquoso à base de amido adicionada de soda cáustica e bórax.
O cartão canelado de face simples (single faced corrugated) é constituído por uma cobertura e
por uma canelura representando o módulo elementar de toda a tecnologia de fabrico. A junção
de uma segunda cobertura origina o cartão de parede simples. A junção a este cartão de um
segundo modulo dá origem ao cartão duplo que apresenta uma dupla canelura. Seguindo a
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mesma linha, o cartão de tripla canelura resulta da associação ao cartão duplo de um terceiro
módulo.
b
a
FIGURA 3. Estrutura de cartão canelado simples (a) e cartão canelado duplo (b)
TABELA III -
CARACTERÍSTICAS DO CARTÃO CANELADO
EFEITO
Cobertura (“liner”)
Canelura (“fluting”)
Cola
MATERIAL
Confere rigidez
Resistência ao rebentamento
Resistência ao rasgamento
Suporte de impressão
Resistência ao esmagamento
Resistência ao choque
Resistência à compressão
Assegura a estabilidade da estrutura
Kraftliner (fibra virgem)
Testliner (reciclado)
Semi – químico (fibra virgem)
Reciclado
Base de amido
Existem vários tipos de canelura que podem ser aplicados mediante as características de
resistência, rigidez e qualidade de impressão que se pretendem.
TABELA IV -
CONFIGURAÇÃO DAS CANELURAS
TIPO
NOMENCLATURA
Nº/m
ALTURA MÉDIA (mm)
“TAKE-UP”
A
Largo
110
4.70
1.54
B
Fino
154
2.46
1.32
C
Médio
128
3.61
1.43
E
Microcanelura
315
1.14
1.27
APLICAÇÃO
Acolchoamento muito bom,
resistência à compressão
Melhor qualidade para
impressão
Balanço entre as qualidades
dos tipos A e B
Caixas tipo “display”, com
pouco peso
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Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
As especificações do cartão canelado estão descritas na Tabela V. A Tabela refere-se às
especificações do cartão canelado mas não se incluem as especificações dos seus
componentes, tais como a resistência ao esmagamento em anel do papel (RCT), ou o ensaio
de Concora ao papel destinado a canelar.
TABELA V -
ESPECIFICAÇÕES DO CARTÃO CANELADO
ESPECIFICAÇÕES
ENSAIOS
Gramagem
Estruturais
Relativas à humidade
Espessura
Absorção de água (E. Cobb)
% de humidade
Rebentamento
Compressão em coluna (ECT)
Mecânicas
Compressão plana (FCT)
Perfuração dinâmica
Compressão de caixas (BCT)
As especificações estruturais e relativas à humidade e ainda a resistência ao rebentamento são
comuns ao papel e ao cartão e por isso não é necessário nova abordagem.
COMPRESSÃO VERTICAL EM COLUNA (ECT)
Esta característica é muito utilizada na especificação de caixas, porque está relacionada com a
resistência ao empilhamento e à compressão de uma caixa de cartão canelado ou BCT (ver
mais à frente). Esta relação matemática foi demonstrada por McKee da seguinte forma:
BCT = a × ECT × T × Z
Em que :
BCT – resistência à compressão (N)
ECT – compressão das caneluras na vertical (KN/m)
T – espessura do cartão (mm)
Z – perímetro: 2 (largura + comprimento) (mm)
A – constante, aproximadamente igual a 5,87 (para
cartão canelado simples)
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COMPRESSÃO PLANA (FCT)
Neste ensaio é medida a força necessária para provocar o colapso das ondas do canelado,
quando comprimidas entre duas placas paralelas, com a força de compressão aplicada
perpendicularmente à sua superfície. Embora não haja uma correlação directa com a
resistência à compressão de caixas, este ensaio avalia alguns factores envolvidos na
fabricação do cartão canelado, bem como o material utilizado na fabricação das caneluras.
Valores baixos a resistência ao esmagamento significam que pode ter ocorrido uma má
formação das caneluras ou que o miolo é de baixa qualidade ou ainda que houve danos nas
caneluras após fabricação.
PERFURAÇÃO DINÂMICA
A resistência à perfuração dinâmica é definida como a energia necessária para perfurar uma
placa com um dispositivo de perfuração normalizado.
RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO DE CAIXAS (BCT)
A resistência à compressão, na grande maioria das aplicações, é o factor mais importante no
desempenho de caixas de cartão canelado. Todos os outros ensaios físicos que visam, através
da manutenção da qualidade e do tipo de papéis utilizado, manter o desempenho da caixa
durante o empilhamento no armazenamento e transporte de produtos alimentares, são
realizados em caixa não acabada. Isso deve-se ao facto de ser mais fácil, rápido e barato
controlar a qualidade do papel através de um ou mais ensaios físicos do que controlar a
compressão da caixa acabada, devido principalmente, ao custo e operações dos equipamentos
de compressão.
CLASSIFICAÇÃO FEFCO
Com vista a facilitar as relações comerciais e a sistematizar o conceito da qualidade entre
utilizadores e fabricantes de caixas de cartão canelado a FEFCO (Federação Europeia de
Fabricantes de Caixas de Cartão Ondulado) desenvolveu um sistema de classificação baseado
em parâmetros avaliados em laboratório. As caixas de cartão canelado são assim classificadas
em três classes de acordo com os valores de resistência ao rebentamento, à perfuração e à
compressão em coluna (ECT).
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Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
Classe I
parede
simples
Classe
II
parede
simples
Classe
III
parede
dupla
Grau
Reb.
kPa
Perf.
J
11
12
13
14
15
16
21
22
23
24
25
26
31
32
33
34
35
36
37
500
700
900
1200
1500
2000
400
600
800
1000
1300
1800
800
1100
1400
1800
2400
2600
2800
2.5
3.0
3.5
4.0
5.0
6.5
ECT
kN/m
contenção
2.5
3.0
4.0 empilhamento
5.0
6.0
7.0
6.0
6.5
7.5 como classe II,
9.0 com protecção
adicional
12.0
15.0
18.0
14
Os formatos de caixas de cartão canelado são muito diversificados, existindo desde os
formatos simples de caixas obtidas por corte e vincagem, até às caixas de recortes. O código
da FEFCO/ASSCO (Associação Europeia Fabricantes de Caixas de Cartão Compacto)
apresenta a classificação das características principais do cartão canelado para caixas. (ver
item 4. TIPOS DE EMBALAGENS).
2. INTERACÇÃO EMBALAGEM/ALIMENTO
Tal como nos outros materiais, substâncias usadas no fabrico dos papéis e cartões, como
aditivos diversos, quer de processo quer para conferir determinadas características aos papéis,
tintas de impressão, colas e adesivos, etc. podem migrar para os produtos. Por isso, os papéis
e cartões para contacto com alimentos devem ser fabricados apenas com substâncias
aprovadas para este fim, e não devem ceder, ou deixar migrar, substâncias que provoquem
uma alteração organoléptica do produto, ou que sejam prejudiciais para a saúde humana. O
Conselho da Europa e a Food and Drug Administration (USA) apresentam regulamentação e
legislação sobre os papéis e cartões para contacto com alimentos, nomeadamente quais as
substâncias autorizadas no fabrico e quais as substâncias que devem ser controladas.
Esta questão é mais crítica no caso de papéis e cartões com fibra reciclada, de natureza e
proveniência diversa, e consequentemente incluir contaminantes diversos.
80
Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
3. PROCESSOS DE FABRICO
3.1. PAPEL E CARTÃO
O fabrico do papel compreende diferentes etapas, das quais se destacam a degradação das
fibras, a preparação da pasta, o fabrico do papel, os acabamentos da folha (web
modification) e a transformação.
FIGURA 4. Visão genérica do processo de fabrico: da floresta ao papel
TABELA VI -
DESAGREGAÇÃO
(PULPING)
OPERAÇÕES UNITÁRIAS DA INDÚSTRIA DE PAPEL E CARTÃO
PREPARAÇÃO
(STOCK
PREPARATION)
FABRICO
(PAPER MAKING)
ACABAMENTOS
(WEB MODIF.)
Selecção das
Modificação da
matérias-primas fibras
Pré - formação
Libertação das
fibras
Formação da folha
Acabamentos
bruta (Web)
físicos
Preparação da
“Massa” (Furnish)
Acabamentos
superficiais
TRANSFORMAÇÃO
(CONVERTING)
Impressão
Ondulação
Embalagem
Corte em formatos
“Tissue” e relacionados
AS FIBRAS
A primeira etapa no fabrico de papel consiste essencialmente na separação das fibras da
madeira por métodos mecânicos, químicos ou semi-químicos. O método mecânico é utilizado
para a produção de jornais, enquanto que o método químico é aplicado no fabrico de papel
para embalagens, sacos, tissues e publicações de qualidade superior. O método semi-químico
é usado também no fabrico de papel para embalagens.
81
Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
a) Método mecânico
Por atrito numa superfície dura e rugosa, a madeira é reduzida ao estado fibroso por acção
mecânica. O rendimento deste método é muito elevado (90 a 95%), embora a fibra fique
bastante danificada e seja obtida uma pasta de baixa pureza.
b) Método químico
O processo químico permite fazer a remoção selectiva de linhina, individualizando as fibras. É
feito um cozimento da madeira com reagentes químicos obtendo-se uma pasta de elevada
pureza com a fibra pouco danificada. O rendimento deste método é inferior ao obtido com o
método mecânico (40 a 65%).
c) Semi–químico
Os chamados processos semi-químicos têm rendimentos da ordem dos 65 a 85% e incluem
um tratamento inicial para amaciar a madeira. Seguidamente a madeira é reduzida
mecanicamente ao estado fibroso obtendo-se uma pasta e fibras com características
intermédias.
PREPARAÇÃO DA PASTA
A pasta e/ou os papeis recuperados são desfibrados nos “pulpers” mediante um sistema de
agitação e diluição em água. Nos “pulpers” são normalmente doseados os aditivos adequados
ao processo de fabrico.
Seguidamente a pasta é branqueada (tratamento agentes químicos) para obtenção de papel
branco. A pasta é classificada (crivada) para eliminar substâncias e materiais estranhos. Logo a
seguir passa por um processo de batimento e refinação (acção mecânica que melhora as
características de resistência) obtendo-se um grau médio de refinado que depende do produto
a fabricar. Depois do ajuste rápido do grau de refinação, a pasta passa por um processo de
aditivação (acção físico-química) e depois é introduzida numa caixa de nível constante, onde é
homogenizada e misturada com água para alimentação a mesa de fabricação do papel.
•
FABRICO DO PAPEL (PAPER MAKING)
A pasta é depositada sobre uma tela contínua onde a água é drenada permitindo a deposição
de camada de fibras e a pré-formação da folha de papel na máquina de Fourdrinier ou na
máquina de cilindros. Na máquina de Fourdrinier o papel ou o cartão obtido é mais uniforme
na orientação das fibras nas duas direcções, nas quais não diferem muito quanto às
propriedades físicas. Em estruturas multicamada, uma camada base de pasta é formada na
primeira mesa plana e é parcialmente seca. Em seguida, uma segunda caixa de entrada
deposita uma outra camada. Uma terceira camada pode ser adicionada e assim
sucessivamente.
82
Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
FIGURA 5. Máquina de Fourdrinier.
Na máquina de cilindros, a pasta é colocada num tanque onde se encontra um cilindro em
rotação. As fibras vão-se depositando na superfície do cilindro, que por sua vez as transfere
para uma tela que se move sobre a superfície superior do cilindro. Nessa tela é promovida a
secagem da pasta. Em estruturas multicamada para cartões, várias camadas podem ser
adicionadas durante o processo de remoção de água. O número de cilindros está relacionado
com o número de camadas desejado. Este tipo de máquina tem um baixo custo de produção e
a possibilidade de fácil ajuste da combinação das gramagens. Mas a velocidade de fabrico é
limitada e as fibras tendem a uma maior orientação na direcção de fabricação o que poderá
resultar em características não uniformes das propriedades físicas entre as duas direcções.
FIGURA 6. Máquina de cilindros.
À saída da máquina de pré-formação as fibras estão distribuídas de uma forma homogénea e
orientada. Em seguida mais água é retirada por prensagem. À saída da prensa o papel entra
na secção da secagem, composta por várias baterias de cilindros aquecidos internamente com
vapor. Depois desta operação o papel pode receber vários tratamentos, com o objectivo de
melhorar as suas características superficiais.
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Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
ACABAMENTOS
O papel é submetido a operações de acabamento que dependem da sua utilização final. O
acabamento monolúcido caracterizado pela calandragem da pasta é especialmente indicado
para a laminação, impressão ou revestimento com camadas de polietileno (PE), parafinas,
vernizes ou emulsões. Quanto maior a pressão na calandragem mais lisa será a superfície do
papel ou do cartão. No acabamento couché o papel recebe um tratamento especial de
revestimento branco à base de caulino e outros pigmentos, conferindo à sua superfície lisura e
brilho. O papel e o cartão com acabamento couché é particularmente indicado para uma boa
impressão conferindo à embalagem excelente aspecto visual.
TRANSFORMAÇÃO
Nos processo de transformação podemos incluir a impressão, laminação e/ou aplicação de
revestimentos por exemplo com camadas de polietileno (PE), parafinas, vernizes ou emulsões.
Estes processos servem para conferir propriedades especiais aos materiais celulósicos tais
como melhorar a resistência à humidade, resistência à gordura, a barreira ao vapor de água e
soldabilidade. Outros processos como a canelagem para fabrico de cartão canelado, o fabrico
de sacos e outras embalagens, também devem ser referidos na fase de transformação de
materiais celulósicos.
A transformação da cartolina em caixas envolve vários passos. As caixas são normalmente
impressas e quando são necessárias propriedades barreira, a cartolina é revestida com ceras
ou laminada com polietileno que permite adicionalmente o fecho da caixa por termossoldagem.
As caixas são fabricadas por corte e vincagem do cartão, sendo fornecidas ao embalador
espalmadas, por vezes com a junta lateral colada, prontas a montar ou a armar.
3.2.
CARTÃO CANELADO
A prancha de cartão canelado é produzida na máquina de canelar. Esta subdivide-se em zona
húmida onde há consumo de vapor e em zona seca onde há só consumo de energia eléctrica
motriz.
Na caneladora (zona húmida) dá-se a formação das caneluras do papel de ondular e a sua
colagem a uma cobertura, originando o módulo primário (single face). O número de “single
facers” é condicionante do tipo de cartão acabado que se pretende fabricar.
A junção da segunda cobertura por colagem ao módulo (ou módulos) primário é feita na dupla
coladeira (double facer) ou tripla coladeira (triple face), caso se pretenda a junção de uma tripla
cobertura.
84
Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
A solidificação definitiva da segunda cobertura ao módulo e a secagem do cartão é feita na
zona de secagem (zona seca).
Na unidade “slitter –scorer” e na unidade de “cut of” é feito respectivamente o corte e vinco
longitudinal, e o corte transversal. Por fim, faz-se o transporte da prancha e empilhamento.
FIGURA 7. Máquina caneladora.
85
Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
4. TIPOS DE EMBALAGENS
As aplicações do papel na área da embalagem são: invólucros, laminados com plástico e
alumínio, sacos e rótulos. Os sacos podem ser termossoldáveis (em estrutura multicamada
com um elemento termossoldante) ou não termossoldáveis quando, por não conterem um
elemento termossoldante, são formadas e fechadas por um processo de colagem, costura ou
fita adesiva.
Espalmado
SOS (self
opening
system)
Espalmado com foles
Fundo
hexagonal
FIGURA 8. Tipos de sacos de pequena e média capacidade.
O cartão e a cartolina são aplicados em caixas simples ou tipo “display”, “multipacks”,
embalagens para líquidos (estruturas laminadas com plástico e alumínio), embalagens “blister”
ou “skin” e latas compósitas.
P a c k p a ra g a rra fa s
F u n d o a u to m á tic o
L o c k e d -c o rn e r
T u c k -e n d
W e b -c o rn e r
FIGURA 9. Tipos de embalagens de cartão
86
Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
As estruturas laminadas (Figura 10) têm uma grande aplicação no enchimento asséptico de
líquidos como o leite e sumos (Figura 11).
FIGURA 10. Exemplo de estrutura laminada usada em embalagens para líquidos
FIGURA 11. Processo Tetra Pak em embalagens para líquidos
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Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
O Código ASSCO–FEFCO apresenta uma classificação dos modelos principais de caixas de
cartão canelado e acessórios. A nomenclatura adoptada, tem a designação XX YY.
XX estilo básico:
02 caixa com abas
YY variantes
03 caixa telescópica
04 caixas envelope
05 caixas do tipo dupla volta
06 caixas do tipo rígido
07 caixas coladas
09 acondicionamentos interiores
FIGURA 12
Exemplos de caixas de cartão canelado classificadas de acordo com o código ASSCO–FEFCO
88
Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
5. PROJECTO E CONSTRUÇÃO DA EMBALAGEM
No projecto da embalagem devem ser consideradas as dimensões, peso, forma e tipo de
produto a acondicionar, nomeadamente se há contacto entre a embalagem e o alimento. A
caixa deve igualmente ser projectada para a sua função de venda e prever as operações de
enchimento.
As dimensões das caixas são convencionalmente apresentadas da seguinte forma:
comprimento x largura x profundidade em que o comprimento e a largura são sempre as
dimensões de abertura da caixa.
Dimensões das caixas
FIGURA 13. Dimensões das caixas.
No projecto de caixas de cartão canelado deve ser dada especial atenção à selecção do
formato, tendo em conta o fim a que a embalagem se destina. Para que haja garantia da
adequabilidade da caixa ao produto é também necessário que seja feita uma optimização
geométrica, tendo em conta principalmente as dimensões interiores. Devem ainda ser
considerados aspectos como a altura do espaço livre e a resistência física e mecânica.
FIGURA 14. Projecto da embalagem considerando as operações de enchimento
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Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
A construção das embalagens de papel e cartão envolve basicamente os processos de
impressão, corte vincagem e montagem.
FIGURA 15. Aspectos envolvidos na construção da embalagem
O projecto e a construção das caixas deve igualmente prevenir a resistência ao empilhamento.
Conforme indicado na figura 16 a opção por diferentes tipos de empilhamento deverá
considerar a estabilidade e o alinhamento da carga de forma a que seja mantida a integridade
física e mecânica das caixas.
Emp. colunar
Emp. colunar
- 50%
Emp. cruzado
- 40%
Emp. colunar com
2.5cm de sobrepalete
Emp. cruzado
- 10%
Emp. cruzado com
2.5cm de sobrepalete
FIGURA 16. Efeito do empilhamento na resistência à compressão
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Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
6. O AMBIENTE E A EMBALAGEM CELULÓSICA
O papel e o cartão representam cerca de 25% da composição física dos resíduos sólidos
urbanos (RSU) no nosso país e são a segunda fileira mais representativa.
O destino final do papel velho e do cartão pode ser a reciclagem, a incineração para
recuperação energética, a compostagem ou a deposição em aterro.
A reciclagem de papel é feita em Portugal
desde os anos 60, mas só a partir dos anos
80 tornou-se possível produzir papel 100%
reciclado. A fibra reciclada é sobretudo
usada
para
fabrico
de
cartão
para
embalagens, quer cartão canelado quer
cartolinas, e para papéis tipo “tissue” –
papéis higiénicos, lenços ou guardanapos.
As
fibras
de
papel/cartão
podem
ser
recicladas, em média, até cinco vezes.
FIGURA 17. Ciclo de reciclagem de papel e
cartão
O uso de fibra recuperada no fabrico de papel pode conduzir uma economia de 75% em termos
energéticos e 50% da água de processo bem como a uma redução a nível da poluição
atmosférica e da redução significativa da utilização dos recursos naturais, como a madeira.
Segundo a Comissão Europeia, por cada tonelada de papel reciclado evita-se o abate de 15 a
20 árvores de médio porte. Por outro lado, o papel produzido com fibra reciclada produz menos
74% de contaminação atmosférica, gasta menos 35% de água e menos 64% de energia.
A grande maioria do papel ou cartão que utilizamos contém fibras recuperadas. No entanto,
alguns produtos admitem uma percentagem maior de fibra reciclada do que outros. Por
exemplo as caixas de cartolina para embalagem secundária, como as de cereais pequenoalmoço ou o papel para ondular e fabricar cartão canelado contêm sempre uma percentagem
elevada de fibra recuperada enquanto que o papel de escrita é mais exigente em termos de
fibra virgem. O papel reciclado para embalagem, tal como o plástico, não é normalmente usado
para contacto directo com os alimentos.
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Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
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Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
Qualidade superior
Qualidade inferior
Reciclado
5.3 ha
3.8 ha
440 m3
280 m3
1.8 m3
7 600 kW/h
4 750 kW/h
2 750 kW/h
FIGURA 18. Quantidade de árvores, água e energia para produzir uma tonelada de papel.
A reciclagem dos materiais multicamada dos sistemas de cartão para líquidos é também
possível. A situação mais frequente é a reciclagem sem separação prévia dos diferentes
componentes. O material é triturado e prensado produzindo placas para utilizações diversas
como placas isoladoras e “madeira sintética”. O material obtido está registado coma marca
Tectan. O processo de reciclagem com separação do material nos seus componentes é um
processo mais recente e ainda em desenvolvimento. As embalagens depois de separadas de
outros resíduos são fragmentados e a camada de cartão (fibra celulósica) é separada do
polietileno e alumínio num desintegrador, destinando-se ao fabrico de papel. O alumínio é
recuperado da fracção alumínio/polietileno numa caldeira onde é feita a combustão do
polietileno. O calor de combustão é aproveitado nas operações de fabrico de papel e o
alumínio é recuperado para aplicações industriais.
7. CONTROLO DA QUALIDADE EM PAPEL E CARTÃO
Os ensaios a materiais celulósicos devem ser realizados em condições normalizadas de
temperatura e humidade relativa da atmosfera (23±1°C e 50±2% HR) e as amostras devem ser
condicionadas, ou seja, com um teor de humidade em equilíbrio com atmosfera de ensaio.
Outro dos aspectos a ter em consideração é a direcção de fabrico (direccionalidade). Conforme
a orientação das fibras (transversal ou longitudinal), o papel apresenta diferentes
características de resistência mecânica.
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Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
7.1Determinação da gramagem
Relação entre o peso de uma amostra e a sua área superficial (g/m2). Muito resumidamente o
processo consiste na determinação da área dos provetes e da sua massa seguida do cálculo
da gramagem em grama por metro quadrado (NP ISO 536 para papel e cartão e NP 1601 para
cartão canelado).
7.2.
Determinação da espessura
Entende-se por espessura a distância entre as duas faces do papel ou cartão medida na
perpendicular. A determinação da espessura pode ser feita numa folha simples ou num maço
de folhas. A medição é feita com um micrómetro específico de alta precisão (NP EN 20 534
para papel e cartão e NP 1599 para cartão canelado).
7.3.
Determinação do teor de humidade em percentagem
Determina-se a diferente de peso da amostra antes e após secagem até peso constante,
exprimindo-se em percentagem (NP EN 20 287).
7.4.
Absorção de água ou ensaio de Cobb
Determina-se a quantidade de água que é absorvida à temperatura de 23°C e durante um
determinado tempo de ensaio. A área de teste é normalizada a 100cm2/(g/m2) (NP EN 20 535).
7.5.
Resistência ao rebentamento
Este ensaio consiste na determinação da resistência ao rebentamento do papel submetido a
uma pressão hidroestática crescente. A ruptura é provocada por uma membrana elástica
circular, que por bombagem de um fluído hidráulico, vai dilatando até à ruptura do provete. A
resistência ao rebentamento do provete é o valor máximo da pressão hidráulica aplicada (NP
687; ISO 2758 ou ISO 2759 para cartão canelado).
7.6.
Porosidade ou permeabilidade ao ar
Um dos métodos baseia-se na medição do tempo necessário para que um certo volume de ar
atravesse, sob pressão constante, uma determinada área de papel. (norma ISO 5636-3)
7.7.
Determinação da lisura Bendtsen
A rugosidade do papel ou do cartão é definida como sendo o volume de ar que, sob
determinado diferencial de pressão, passa por unidade de tempo, entre a superfície de uma
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Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
amostra e um anel de metal perfeitamente liso (cabeça de teste) colocado sobre a amostra de
papel ou cartão, exercendo uma determinada pressão.
Este teste baseia-se no método de Bendtsen, ou seja no princípio da perda de ar através da
superfície rugosa de uma determinada amostra. (norma ISO 8791-2)
7.8.
Resistência à tracção
Neste ensaio pretende-se determinar a resistência à ruptura, alongamento e energia absorvida
durante a ruptura por tracção de papeis e cartões. O método de ensaio consiste, de forma
resumida, no alongamento de um provete com dimensões específicas a uma velocidade
constante, com medição da força que o provete exerce à medida que é traccionado.(NP EN
ISSO 1924-2)
7.9.
Compressão vertical em coluna (ECT)
O provete de cartão canelado de forma rectangular é colocado
entre dois pratos de compressão, com as caneluras na
perpendicular em relação à superfície dos pratos. Sobre este é
aplicada uma força de compressão até ao colapso do provete
(NP EN ISO 3037).
7.10. Compressão plana (FCT)
O provete de forma circular é comprimido, tal como
caso anterior, entre dois pratos de compressão. O
sentido
das
caneluras
provocado-se
o
seu
é
no
entanto
esmagamento.
diferente,
O
FCT
corresponde ao valor da carga máxima aplicada (KPa)
(NP EN 23 035).
7.11. Resistência à compressão (BCT)
O principal objectivo deste ensaio é simular o empilhamento das caixas de cartão canelado em
armazém.
Neste ensaio, coloca-se a caixa em prova (com ou sem conteúdo) numa prensa munida de dois
pratos, um fixo e outro móvel, submetido a uma velocidade constante. O movimento exercido
pelo prato superior da prensa provoca uma carga crescente à qual a caixa deve resistir até
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Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
atingir o ponto de ruptura. Neste momento, é registada a resistência máxima oposta pela caixa
à pressão exercida.
A leitura deste ensaio faz-se através de um gráfico no qual se pode observar a
correspondência entre a resistência e a deformação da caixa de cartão canelado.
O equipamento usado na realização do ensaio permite determinar a resistência à compressão
e a resistência ao empilhamento. No primeiro caso é aplicada uma carga até se verificar o
colapso da embalagem ou até serem atingidos valores de deslocamento ou força previamente
estabelecidos. Na determinação da resistência ao empilhamento é aplicada uma força
previamente determinada, durante um tempo pré–definido ou até se dar o colapso da
embalagem.
96
Capítulo V–EMBALAGENS DE PAPEL, CARTÃO E CARTÃO CANELADO
Este material didáctico foi elaborado pelas colaboradoras dos Serviços de Embalagem da
Escola Superior de Biotecnologia, Engª Maria de Fátima Poças, Engª Maria do Céu Selbourne
e Engª Telma Delgado, para apoio da disciplina de Embalagem leccionada aos cursos de
Análises Químicas, Tecnologia Alimentar, Tecnologia Ambiental, Microbiologia e de Química
Alimentar da Escola Tecnológica de Gestão Industrial (ETGI).
BIBLIOGRAFIA
Ardito, E.F.G.; Garcia, A.E.; Garcia, E.E.C.. In Embalagens de Papel, Cartão e Papelão
Ondulado para Alimentos. CETEA Centro de Tecnologia de Embalagem para Alimentos,
Campinas, 1988.
Canavarro, J. M.. In Tecnologia do papel e cartão canelado. Oditécnica, Lisboa, 1985.
Faria, E.V. et al. In Controlo da Qualidade em Embalagens Metálicas. ITAL Instituto de
Tecnologia de Alimentos, Campinas, 1990.
Fernandes, M.H.C.; Garcia, E.E.C.; Padula, M.. In Migração de Componentes de Embalagens
Plásticas para Alimentos. CETEA Centro de Tecnologia de Embalagem de Alimentos,
ITAL/SBCTA, Campinas, 1987.
Lopes X. R.. In Controlo da Qualidade em Embalagens de Vidro. ITAL Instituto de Tecnologia
de Alimentos, Campinas, 1991.
Padula M.. In Embalagens Plásticas: Controlo da Qualidade. ITAL Instituto de Tecnologia de
Alimentos, Campinas, 1989.
Poças, M. F.. A Embalagem e a Conservação de Produtos Alimentares. Escola Superior de
Biotecnologia Universidade Católica Portuguesa. CEPA – Centro de Embalagem de Produtos
Alimentares. Programa PEDIP, 1993.
Selbourne, M. C.; Poças, M. F.; Xará, S.. Interacção Embalagem/Alimento. Escola Superior de
Biotecnologia Universidade Católica Portuguesa. CEPA – Centro de Embalagem de Produtos
Alimentares. Programa PEDIP, 1993.
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