Efeito das variáveis do cozimento kraft de diferentes espécies de eucalipto na branqueabilidade das respetivas pastas cruas (com e sem oxigénio)

Abstract

A madeira de Eucalyptus globulus nacional não tem sido suficiente para satisfazer as necessidades da indústria de produção de pasta, tendo-se recorrido à importação de madeira de outros países, nomeadamente da espécie E. urograndis. Sendo conhecido que esta madeira tem uma composição química que exige condições mais agressivas de cozimento, a sua incorporação junto com E. globulus conduz a uma perda do potencial de produtividade fabril desta última. Neste sentido, é fundamental identificar as condições operatórias mais adequadas para o cozimento da mistura de madeiras de E. globulus e E. urograndis que minimizem as consequências negativas, bem como estudar a resposta ao branqueamento das pastas produzidas, o que até ao momento ainda não foi tratado na literatura. Esta foi a principal força motriz para a realização da presente dissertação, onde é analisado o efeito das condições do cozimento kraft das espécies individuais e da sua mistura na branqueabilidade das pastas cruas, utilizando sequências de branqueamento ECF com e sem oxigénio.Foram utilizados dois conjuntos de pastas cruas, produzidas no RAIZ, em diferentes condições de cozimento (temperatura, tempo e carga alcalina): um com IK~15 e outro com IK~18. No DEQ/UC foram aplicadas as sequências de branqueamento D0EPD1D2 e (O/O)D0EPD1D2, respetivamente. O aumento de temperatura de cozimento foi compensado com o tempo (fator H constante), usando cargas alcalinas semelhantes; quando esse aumento foi efetuado com um tempo fixo (60 min) foi ajustada a carga alcalina. À exceção da carga de dióxido de cloro, que foi ajustada para que as pastas brancas atingissem uma brancura de ~90% ISO, as condições aplicadas em cada estágio de branqueamento foram as mesmas, com o intuito de avaliar a influência das condições de cozimento e da espécie de madeira na sua branqueabilidade. A resposta ao branqueamento foi avaliada pela análise do consumo de reagentes químicos oxidantes utilizados, normalizada para a variação da quantidade de lenhina residual e outros compostos oxidáveis na pasta durante o branqueamento, expresso em (OXE/ton)/ΔIK. As pastas foram caracterizadas em termos de IK, viscosidade intrínseca, HexA e refletância/brancura (cruas, após O/O e brancas). As pastas cruas produzidas a partir de E. globulus apresentaram maior viscosidade que as obtidas a partir de E. urograndis e este parâmetro também foi superior para as pastas de IK~18, quando comparadas com pastas de IK~15 do mesmo tipo. As pastas de mistura apresentaram valores intermédios de viscosidade quando comparadas com as obtidas com os cozimentos individuais. Os cozimentos efetuados com menor temperatura ou menor carga alcalina permitiram obter menor degradação dos polissacarídeos. No final da sequência de branqueamento, manteve-se a ordem relativa da viscosidade entre pastas, quer em relação às espécies, quer decorrente do efeito das condições de cozimento. Desta forma, concluiu-se que é fundamental usar a determinação de viscosidade intrínseca como parâmetro de controlo do grau de degradação dos polissacarídeos ao longo do cozimento, em paralelo à determinação de IK para controlo do grau de deslenhificação. No que respeita à branqueabilidade, observou-se que as pastas de E. globulus superaram as de E. urograndis para IK semelhante e que as de mistura apresentaram uma branqueabilidade intermédia. No caso das pastas IK~15 de E. globulus, a branqueabilidade foi maior para as que foram produzidas com temperaturas mais baixas e tempos de cozimento superiores (fator H constante), enquanto as pastas de E. urograndis apresentaram uma tendência oposta. As pastas de mistura exibiram maior branqueabilidade para condições de cozimento intermédias. Após o estágio de oxigénio, e para as pastas de E. globulus e de E. urograndis, obteve-se uma melhor resposta ao branqueamento naquelas cujo cozimento foi efetuado a temperatura mais elevada e tempo de cozimento inferior, ao passo que as pastas de mistura apresentaram uma branqueabilidade semelhante entre si. Relativamente às pastas de mistura produzidas com tempo de cozimento fixo, verificou-se maior branqueabilidade para as pastas produzidas a temperaturas de cozimento menores compensadas com uma maior alcalinidade ativa. Concluiu-se também que, após as sequências de branqueamento, as pastas brancas que passaram por um andar oxigénio apresentaram características com menores diferenças entre si (e dentro de cada espécie), pelo que se pode inferir que a aplicação de um estágio de oxigénio atenuou as diferenças existentes entre as pastas cruas produzidas em condições de cozimento diferentes. Além disso, a produção de pastas menos deslenhificadas (IK~18) permite a utilização de um estágio de oxigénio (menos seletivo que o dióxido de cloro) e, ainda assim, obter pastas brancas com um nível de viscosidade um pouco superior ao das pastas brancas produzidas a partir de pastas de IK~15.

The production capacity of Eucalyptus globulus wood grown in Portugal has not been enough to satisfy the demand of the pulp industry. Wood, such as from E. urograndis, has been imported from abroad. This wood has a chemical composition that requires more aggressive cooking conditions, and its incorporation together with E. globulus leads to a loss of the production potential of the latter. In this sense, it is essential to identify the most appropriate operating conditions for cooking the mixture of E. globulus and E. urograndis woods that minimize the negative consequences, as well as to study the bleaching response of the pulps produced, which so far has not been addressed in the literature.This was the main driving force of this dissertation, where the effect of kraft cooking conditions of individual species and their mixture on the bleachability of unbleached pulps is analyzed, using ECF bleaching sequences with and without oxygen.Two sets of unbleached pulps were used, produced at RAIZ under different cooking conditions (temperature, time, and alkaline charge): one with kappa number ~15 and the other with kappa number ~18. At DEQ/UC, the bleaching sequences D0EPD1D2 and (O/O)D0EPD1D2 were applied, respectively. Cooking temperature increase was balanced with time (constant H factor) using similar alkaline charges; when this increase was performed with a fixed time (60 min), the alkaline load was adjusted.Except for chlorine dioxide load, which was adjusted so that the bleached pulps reached ~90% ISO brightness, the conditions applied at each bleaching stage were the same, to assess the influence of cooking conditions and of the wood species on pulp bleachability.The bleaching response was evaluated by analyzing the consumption of chemical oxidizing reactants, normalized for the variation of the amount of residual lignin and other oxidizable compounds present in the pulp, expressed as (OXE/ton)/Δ(kappa number). The pulps were characterized in terms of kappa number, intrinsic viscosity, hexenuronic acids content and reflectance/brightness (unbleached, after O/O and bleached pulps).Unbleached pulps produced from E. globulus had higher viscosity than those obtained from E. urograndis and this parameter was also higher for pulps with kappa number ~18, when compared to pulps with kappa number ~15 of the same type. Pulps from wood mixture showed intermediate viscosity values when compared to those obtained with individual wood cooking. Cooking carried out at a lower temperature or lower alkaline load allowed less polysaccharides degradation. At the end of the bleaching sequence, the relative order of viscosity between pulps was maintained, either in relation to species or as a consequence of the effect of cooking conditions. Therefore, it was concluded that it is essential to use the intrinsic viscosity determination as a control parameter for the degree of degradation of polysaccharides during cooking, in parallel with the determination of kappa number to control the degree of delignification.Regarding bleachability, it was observed that E. globulus pulps outperformed those of E. urograndis for similar kappa number and that the pulps from wood mixture had an intermediate bleachability. In the case of E. globulus pulps with kappa number ~15, the bleachability was higher for those produced with lower temperatures and longer cooking times (constant H factor) while the E. urograndis pulps showed an opposite trend. Mixture pulps exhibited greater bleachability at intermediate cooking conditions.After the oxygen stage, and for the E. globulus and E. urograndis pulps, a better response to bleaching was obtained in those whose cooking was carried out at a higher temperature and shorter cooking time, while the mixture pulps showed a bleachability similar to each other. Regarding the mixture pulps produced with a fixed cooking time, it was verified greater bleachability for the pulps produced at lower cooking temperatures adjusted with a higher active alkali load. It was also concluded that, after the bleaching sequences, the bleached pulps that went through an oxygen stage showed characteristics with smaller differences between them (and within each species). It can then be inferred that the application of an oxygen stage attenuated the differences between unbleached pulps produced under different cooking conditions. Furthermore, the production of less delignified pulps (kappa number ~18) allows the use of an oxygen stage (less selective than chlorine dioxide) and, even so, to obtain bleached pulps with a viscosity level slightly higher than that of bleached pulps produced from kappa number ~15 unbleached pulps.