Impacto de Diferentes Condições de Cozimento Kraft da Madeira de Eucalipto na Branqueabilidade e no Potencial Papeleiro das Pastas

Abstract

A produção florestal de eucalipto em Portugal, nomeadamente E. globulus, não é suficiente para alimentar a indústria nacional, tornando-se necessário estudar espécies alternativas que poderão ser utilizadas nos sites industriais e o seu comportamento ao longo do processo de produção de pasta e papel. O Eucalyptus nitens é uma dessas espécies que poderá ser usada na reflorestação em regiões geográficas mais frias e, embora possua uma composição química semelhante, a menor densidade da madeira, em relação à de E. globulus, implica uma perda do potencial de produtividade fabril. Neste sentido, é essencial estudar e otimizar as condições de cozimento kraft de modo a atingir o grau de deslenhificação pretendido com a menor degradação possível dos polissacarídeos, tanto de madeiras de espécies única, como de misturas de espécies (E. globulus com E. nitens), cujos dados ainda não existem na literatura. As consequências na facilidade de branqueamento (avaliada pelo consumo de reagentes químicos oxidantes) e no potencial papeleiro não deverão ser descuradas. Neste âmbito, estudou-se o efeito das condições de cozimento e do uso de aditivos, na branqueabilidade das pastas cruas de eucalipto e no potencial papeleiro das correspondentes pastas brancas. Encontravam-se disponíveis dois grupos de pastas cruas: um foi obtido com fator H constante, sendo a variação de temperatura compensada com alteração do tempo de cozimento; noutro grupo, o tempo foi mantido constante, tendo sido ajustada a carga alcalina. Foi aplicada uma sequência de branqueamento ECF (Elemental Chlorine Free), com e sem pré-deslenhificação com oxigénio, (O/O)D0EPD1D2 e D0EPD1D2, para dois níveis de teor de lenhina residual (índice kappa, IK) na pasta crua: ~18 e ~15, respetivamente. A carga de dióxido de cloro foi ajustada para se obter uma brancura de 90% ISO.As pastas cruas de E. globulus exibiram maior viscosidade que as de E. nitens, tanto para o grupo de pastas de IK~15 como IK~18, embora que este último grupo apresentasse sempre viscosidades superiores, devido às condições menos agressivas de cozimento. No entanto, as pastas cruas de mistura apresentaram viscosidades mais elevadas do que as de espécie única para IK~15, e valores intermédios nas pastas com IK~18. Verificou-se ainda que menor temperatura de cozimento ou menor carga alcalina conduziu a pastas com menor degradação dos polissacarídeos. As pastas obtidas fazendo uso de aditivos no cozimento exibiram maior viscosidade após branqueamento do que as suas correspondentes sem aditivos.As pastas de E. globulus com IK~15, devido à maior razão S/G da sua lenhina, apresentaram maior branqueabilidade do que as pastas de E. nitens, sendo que as misturas apresentaram pior branqueabilidade que as espécies únicas. O aumento da temperatura de cozimento piorou a branqueabilidade de pastas 100% E. globulus e melhorou no caso de pastas 100% E. nitens. Já as pastas de mistura, revelaram melhor branqueabilidade para condições de cozimento intermédias. No grupo de pastas de mistura com tempo de cozimento fixo, a menor temperatura de cozimento compensada com maior alcalinidade ativa melhorou a branqueabilidade. Nas pastas de IK~18, confirmou-se que a presença do estágio de oxigénio leva a uma maior necessidade de reagente, tornando estas pastas mais difíceis de branquear. A presença de aditivo no cozimento não afetou a branqueabilidade na pasta de IK~15, tendo-se obtido uma melhoria da resposta ao branqueamento na pasta de IK~18.No que respeita à avaliação do potencial papeleiro das pastas, o E. nitens conferiu maiores resistências mecânicas à folha, devido à razão largura/espessura superior, indicativa de um maior potencial de colapso da fibra. No entanto, como a pasta de mistura apenas contém 30% deste eucalipto, o seu efeito é mínimo quando comparado com a pasta 100% E. globulus, proporcionando a utilização de E. nitens em menores quantidades na pasta, sem diminuir a sua aptidão papeleira. Ainda assim, as pastas de mistura apresentaram menor bulk, porosidade e rugosidade. A proximidade das propriedades papeleiras e da branqueabilidade nas pastas de IK~18 permite inferir que a pré-deslenhificação com oxigénio, aplicada nestas, poderá ser responsável pela atenuação das diferenças entre pastas cruas produzidas com diferentes composições e condições. A utilização de aditivo no cozimento resultou numa pasta ligeiramente mais porosa, opaca e com maior coeficiente de dispersão de luz, sem haver ação prejudicial nas propriedades de resistência mecânica, quando comparada com a sua homóloga sem aditivo. Visto que aditivos do tipo surfactante acarretam benefícios operacionais, como a diminuição do teor de incozidos e consequente aumento do rendimento total, os resultados obtidos indicam que este constitui um tema a explorar, dado que se observou que a branqueabilidade da pasta com aditivo não foi deteriorada e que o potencial papeleiro desta é igual ou superior à pasta correspondente sem aditivo.

The eucalyptus forest production in Portugal, mainly E. globulus, is not enough to feed the national industry, making it necessary to study alternative species that could be used in industrial sites and their behavior throughout the papermaking process. Eucalyptus nitens is one of these species that can be used in reforestation in colder geographic regions and, although it has a similar chemical composition, the lower wood density, compared to E. globulus, implies a loss of the industrial productivity potential. Within this scope, it is essential to study and optimize the kraft cooking conditions to achieve the target degree of delignification with the least possible degradation of polysaccharides, both from single species woods and from mixtures of species (E. globulus with E. nitens), whose data are not yet available in the literature.The consequences on the ease of bleaching (assessed by the consumption of oxidizing chemical reagents) and on the papermaking potential should not be forgotten. In this scope, the effect of cooking conditions and cooking additives, on the bleachability of unbleached eucalyptus pulps and on the papermaking potential of the corresponding bleached pulps was studied. Two groups of unbleached pulps were available: one was obtained with a constant H factor, with the temperature variation balanced with the cooking time; in another group, the time was kept constant, and the alkaline load was adjusted. An ECF (Elemental Chlorine Free) bleaching sequence was applied, with and without oxygen pre-delignification (O/O)D0EPD1D2 and D0EPD1D2, for two levels of residual lignin content (kappa number, KN) in the unbleached pulp: ~18 and ~15, respectively. The chlorine dioxide charge was adjusted to obtain a 90% ISO brightness.The unbleached pulps produced from E. globulus exhibited higher viscosity than those of E. nitens, for both groups of KN~15 and ~18, although the latter one always presented higher viscosities, due to the less aggressive cooking conditions. However, pulps from wood mixtures showed higher viscosities than the single species for KN~15, and intermediate values in the pulps with KN~18. It was also verified that lower cooking temperature or lower alkaline load led to pulps with less polysaccharides degradation. The pulps obtained using additives in the cooking step exhibited higher viscosity after bleaching than their counterparts without additives.Regarding bleachability, the E. globulus pulps with KN~15, due to higher S/G ratio of their lignin, outperformed those of E. nitens, with the mixtures showing worse bleachability than the single species. Therefore, it was concluded that the increase in cooking temperature worsened the bleaching of 100% E. globulus pulps and improved in the case of 100% E. nitens pulps. On the other hand, the mixture pulps showed greater bleachability for intermediate cooking conditions. In the group of pulps with fixed time, lower cooking temperature compensated with higher active alkalinity improved bleachability. It was also confirmed that the presence of the oxygen stage, applied on KN~18 pulps, leads to a higher reagent requirement, making these pulps more difficult to bleach. The presence of the additive in the cooking did not affect the bleachability in the KN~15 pulp, and an improvement in the bleaching response was obtained in the KN~18 pulp.Considering the evaluation of the pulps papermaking potential, E. nitens conferred greater mechanical strength to the sheet, due to the higher fiber width/thickness ratio, indicative of a greater potential for fiber collapse. However, as the mixed pulps contained only 30% of this eucalyptus species, its effect is minimal when compared to the 100% E. globulus pulp, allowing the use of E. nitens in smaller amounts in the pulp, without reducing its papermaking potential. Even so, the mixture pulps presented lower bulk, lower porosity, and roughness. The proximity of papermaking properties and bleachability in pulps with KN~18 allows to infer that pre-delignification with oxygen, applied to them, may be responsible for attenuating the differences between unbleached pulps produced with different compositions and conditions. The use of an additive in the cooking resulted in a pulp that was slightly more porous, opaque and with a higher light scattering coefficient, without harming the mechanical strength properties, when compared to its counterpart without additive. Since surfactant-type additives bring operational benefits, such as a reduction in the uncooked content and consequent increase in the total yield, the results obtained indicate that this is a topic to be explored in depth, since it was observed that the bleachability of the pulp with additive was not deteriorated, and that its papermaking potential is equal to or greater than the corresponding pulp without additive.