Influência da qualidade da madeira de eucalipto e dos processos de polpação Kraft Convencional e Compact Cooking TM na performance da linha de fibras e propriedades da polpa celulósica

Abstract

A polpa celulósica é uma matéria prima empregada em diversos segmentos industriais e faz parte do dia-a-dia da sociedade moderna. A produção da mesma é baseada nos chamados processos de polpação, onde o processo kraft é o predominante, respondendo por mais de 98% da produção de polpa celulósica em todo o mundo. Apesar dos conceitos do processo kraft serem muito bem estabelecidos, há ainda muitas oportunidades de melhoria do mesmo. Em busca de tecnologias de processamento mais seletivos, foram criados os cozimentos modificados, que visam intensificar o processo de polpação preservando a qualidade da polpa. Uma das principais tecnologias disponíveis no mercado é o Compact Cooking TM , que introduz como novidade um vaso de impregnação, permitindo-se manter operar em uma menor temperatura de polpação. Contudo, sabe-se que a qualidade da polpa pode ser influenciada pelas condições de processo, e apesar de se atingir o mesmo patamar de deslignificação quando analisado em função do número kappa, a polpas podem apresentar perfis de branqueabilidade distintos. Neste contexto, este estudo tem como objetivo avaliar a polpação Kraft Convencional e Compact Cooking TM , quanto à composição química das polpas, bem como a branqueabilidade e propriedades físico-mecânicas. Foram utilizadas três clones de eucalipto, com características de composições químicas semelhantes. Foram encontrados, nos clones M1, M2 e M3 respectivamente, teores de extrativos de 3,38%, 8,91% e 4,76%, cinzas de 0,256%, 0,276% e 0,173%, teor de lignina total de 30,06%, 29,52% e 28,07%, teor de ácidos urônicos de 4,58%, 4,83% e 4,89% e, por fim, relação S/G de 2,65, 2,47 e 2,86. Primeiramente, os três clones foram submetidos ao processo de polpação Kraft convencional objetivando-se kappa 17±0,5, e através do resultado de rendimento foram escolhidos os clones que apresentaram maior e menor rendimento para serem submetidos ao processo de polpação Compact Cooking TM tendo também como premissas a obtenção de uma polpa kappa 17±0,5. Os resultados referentes ao estudo da polpação mostraram que os clones M1 e M3 se comportaram de maneira semelhante, alcançando rendimentos totais de 49,58% e 49,20% para M1 e M3, respectivamente, no processo Kraft convencional, sendo escolhido o clone M1 para passar pelo processo Compact Cooking TM . Já o clone M2 obteve rendimento total de41,64% no processo Kraft convencional, então passou pelo processo Compact Cooking TM . Entre os cozimentos pode-se observar ganho em rendimento no processo Compact Cooking TM , sendo obtido ganho de 1,38% em rendimento total para a amostra M1 e 1,31% em rendimento total para a amostra M2. Também foi observado maiores valores de alvura, viscosidade e HexA nas polpas no processo Compact Cooking TM , sendo o incremento de alvura 3,0% ISO, de viscosidade 269 dm 3 /kg e de HexA 9,92 mmol/kg para o clone M1 e incremento de alvura 4,3% ISO, de viscosidade 290,5 dm 3 /kg e de HexA 31,68 mmol/kg para o clone M2. As polpas obtidas por ambos os processos de polpação foram submetidas à sequência de branqueamento OD hot (EP)DP, objetivando alvura de 90% ISO. Quando submetidas ao branqueamento, as polpas provenientes do clone M1, de ambos os cozimentos, e a polpa proveniente do clone M3 apresentaram necessidades semelhantes de cloro ativo total (25,24 kg/tas, 26,55 kg/tas e 27,03 kg/tas para o clone M1 no processo Kraft convencional, o clone M1 no processo Compact Cooking TM e o clone M3 no processo Kraft convencional, respectivamente) para atingir a mesma alvura. Já para a madeira M2 constatou-se diferença significativa na carga de cloro ativo total comparando os dois processos de polpação (Kraft convencional: 51,14 kg/tas e Compact Cooking TM : 28,55 kg/tas), a polpa proveniente do processo Compact Cooking TM apresentou maior branqueabilidade, necessitando de uma carga de cloro ativo total 44% mais baixa para atingir a mesma alvura de 90% ISO. Ao fim do branqueamento, as polpas provenientes dos clones M1 e M2 do processo Compact Cooking TM e o clone M3 apresentaram valores de viscosidade acima de 700 dm 3 /kg, enquanto os clones M1 e M2 do processo Kraft convencional apresentaram valores abaixo de 700 dm 3 /kg, o que não é desejável para alguns segmentos de produção de papel. As análises de qualidade das polpas foram feitas nas amostras provenientes das madeiras M1 e M2. Em geral, as polpas que passaram pelo processo Kraft convencional apresentaram queda nas propriedades de resistência à drenagem e à passagem de ar, índice de arrebentamento, índice de tração, energia de deformação e índice de rasgo (apenas para M2). Entretanto, as mesmas apresentaram aumento nas propriedades de volume específico aparente, coeficiente de dispersão de luz e opacidade. O módulo de elasticidade manteve-se o mesmo, independente do processo. Com isso conclui-se que o processo Compact Cooking TM produz fibras com maior resistência física e mecânica, sendo uma alternativa interessante para a produção de papéis para imprimir e escrever. Palavras-chave: Eucalipto. Kraft. Cozimento modificado. Celulose. Branqueamento. Papel.

The pulp is a raw material used in various industrial segments and is part of the daily life of modern society. Its production is based on the so-called pulping processes, where the kraft process is the predominant one, accounting for over 98% of the pulp production worldwide. Although the concepts of the kraft process are very well established, there are still many opportunities to improve it. In search of more selective processing technologies, modified cooking was created to intensify the pulping process while preserving pulp quality. One of the main technologies available in the market is the Compact Cooking TM , which introduces a new impregnation vessel, allowing to operating at a lower pulping temperature. However, it is known that the pulp quality may be influenced by the process conditions, and although the same delignification level is reached when analyzed as a function of kappa number, the pulps may have distinct whiteness profiles. In this context, this study aims to evaluate the Kraft Conventional pulping and Compact Cooking TM , regarding the chemical composition of the pulps, as well as the whiteness and physical-mechanical properties. Three eucalypts clones with similar chemical composition characteristics were used. Clones M1, M2 and M3 were found to have extractives contents of 3.38%, 8.91% and 4.76%, ashes of 0.256%, 0.276% and 0.173%, total lignin content of 30.06%. %, 29.52% and 28.07%, 4.58%, 4.83% and 4.89% uronic acid content and, finally, S/G ratio of 2.65, 2.47 and 2,86, respectively for clones M1, M2 and M3. Firstly, the three clones were submitted to the conventional Kraft pulping process aiming at kappa 17±0.5, and through the yield result were chosen the clones that presented the highest and lowest yield to be submitted to the Compact Cooking TM pulping process, as premises obtaining a kappa pulp 17±0.5. The results from the pulping study showed that clones M1 and M3 behaved similarly, reaching total yields of 49.58% and 49.20% for M1 and M3, respectively, in the conventional Kraft process, and clone M1 was chosen to go through the Compact Cooking TM process. Clone M2 had a total yield of 41.64% in the conventional Kraft process, so it went through the Compact Cooking TM process. Between the cooking technologies, yield gain can be observed in the Compact Cooking TM process a gain of 1.38% in total yield for sample M1 and 1.31% in total yield for sample M2. Higher values of brightness, viscosity and HexA were also observed in the CompactCooking TM process, with an increase of 3.0% ISO brightness, of 269 dm 3 /kg viscosity and of HexA 9.92 mmol/kg for clone M1 and increment of 4.3% ISO brightness, of viscosity 290.5 dm 3 /kg and of HexA 31.68 mmol/kg for clone M2. The pulps obtained by both pulping processes were submitted to the OD hot (EP)DP bleaching sequence, aiming at 90% ISO brightness. When subjected to bleaching, pulps from clone M1 from both cooking technologies and pulps from clone M3 had similar needs for total active chlorine (25.24 kg/t, 26.55 kg/t and 27.03 kg/t from clone M1 in the conventional Kraft process, clone M1 in the Compact Cooking TM process and clone M3 in the conventional Kraft process, respectively) to achieve the same brightness. For clone M2, there was a significant difference in the total active chlorine load comparing the two pulping processes (conventional Kraft: 51.14 kg/t and Compact Cooking TM : 28.55 kg/t), the pulp from the Compact Cooking TM process had higher whiteness, requiring a 44% lower total active chlorine charge to achieve the same brightness (90 %ISO). At the end of bleaching, the pulps from clones M1 and M2 of the Compact Cooking TM process and clone M3 presented viscosity values above 700 dm 3 /kg, while clones M1 and M2 of the conventional Kraft process presented values below 700 dm 3 /kg, which is not desirable for some paper production segments. Pulp quality analyzes were made on samples from M1 and M2 woods. In general, pulps that have undergone the conventional Kraft process have shown a decrease in the properties of drainage and air resistance, bursting index, tensile index, deformation energy and tear index (only for M2). However, they showed increased properties of apparent specific volume, light scattering coefficient and opacity. The modulus of elasticity remained the same regardless of the process. Thus, it is concluded that the Compact Cooking TM process produces fibers with greater physical and mechanical resistance, being an interesting alternative for the production of printing and writing papers. Keywords: Eucalyptus. Kraft. Modified cooking. Cellulose. Bleaching. Paper.