On the role of xylan in the final bleaching of Eucalyptus Globulus Kraft pulps

Abstract

ABSTRACT Brightness stability is a very important property of beached cellulosic pulps. The impact of the final bleaching stage is assessed in this study for the purpose of understanding the fundamental reasons behind the improved brightness stability of bleached eucalypt pulp when the conventional chlorine dioxide stage (D) is replaced by an alkaline hydrogen peroxide stage (P). Particular emphasis was devoted to the role of xylan because within the fibrous structure this component has higher accessibility to brightening agents. Isolated xylans from partially (DED) and fully (DEDD/DEDP) bleached eucalypt kraft pulps were characterized using 1H NMR, UV-Vis in cadoxen solutions, size exclusion chromatography and UV-Resonance Raman spectroscopy @ 325 nm. Comparative analysis was done for xylan isolated from partially bleached pulp (DED) and subjected to treatment either with chlorine dioxide or alkaline hydrogen peroxide under the same final bleaching conditions. Chlorine dioxide final stage induced new unsaturated moieties in xylan structure, while hydrogen peroxide was very effective in the removal of xylan-related chromophores. The role of xylan to the delay of brightness development in the final chlorine dioxide stage was highlighted. UV-vis Diffuse Reflectance and UV Resonance Raman micro-spectroscopy were employed to evaluate the differences on chromophores formation/degradation in fully bleached eucalypt kraft pulp upon both final bleaching stages. Spectroscopic data were coupled to wet chemistry and mass spectrometry analyses of degradation products arisen during hydrothermal ageing of bleached pulps. The complementary analyses have revealed the important role of partially oxidized carbohydrates and of the residual lignin structurally associated to xylan in ageing reactions. A part of the new formed chromophores was the result of iron complexes with ageing products. The leaching of degradation products from pulp in the alkaline peroxide stage was suggested to be a crucial factor that predetermined its lower brightness reversion over the pulp bleached under the weakly acidic chlorine dioxide stage.

RESUMO A estabilidade da brancura é uma propriedade muito importante das pastas celulósicas branqueadas. O impacte do estágio final de branqueamento foi avaliado com o objectivo de entender as razões do ponto de vista fundamental que expliquem a superior estabilidade de brancura de pastas de eucalipto branqueadas quando o estágio convencional com dióxido de cloro (D) é substituído por um estágio alcalino de peróxido de hidrogénio (P). Foi dado um ênfase particular ao papel da xilana pois, inserida na estrutura fibrosa, é o componente com maior acessibilidade aos agentes de branqueamento. Xilanas isoladas de pastas kraft de eucalipto parcialmente (DED) e totalmente branqueadas (DEDD/DEDP) foram caracterizadas por espectroscopia 1H NMR, UV-vis em soluções de cadoxeno, cromatografia de exclusão molecular e espectroscopia de Raman no UV com efeito ressonante aos 325 nm. Uma análise comparativa foi realizada entre a xilana isolada da pasta parcialmente branqueada (DED) e posteriormente branqueada com dióxido de cloro ou com peróxido de hidrogénio alcalino com as mesmas condições utilizadas no branqueamento final das pastas. O dióxido de cloro como estágio final introduziu novas estruturas insaturadas na xilana, enquanto o peróxido de hidrogénio foi eficiente na remoção de estruturas cromóforas da xilana. O papel da xilana no retardamento do desenvolvimento de brancura no branqueamento final com dióxido de cloro foi evidenciado. Espectroscopia UV-vis de reflectância difusa e de Raman no UV com efeito ressonante foram aplicadas na avaliação das diferenças na formação/degradação de cromóforos em pastas de eucalipto branqueadas após ambos os estágios finais. Estes dados foram complementados com análises de química húmida e de espectrometria de massa dos produtos de degradação obtidos durante o envelhecimento hidro-térmico das pastas branqueadas. Estas análises revelaram o papel importante dos hidratos de carbono e da lenhina residual associada estruturalmente à xilana nas reacções de envelhecimento. Parte dos novos cromóforos formados resultam da complexação de ferro com os produtos de degradação provenientes do envelhecimento. A lixiviação de produtos de degradação da pasta durante o estágio de peróxido de hidrogénio alcalino foi sugerida como um factor crucial que predeterminou a menor reversão de brancura comparativamente à pasta branqueada com dióxido de cloro.