Reversão da brancura em pastas kraft de Eucalyptus globulus

Abstract

O trabalho proposto no âmbito da presente dissertação tem como objectivo último o estudo do fenómeno de reversão da brancura, induzida por via térmica, de uma pasta kraft de Eucalyptus globulus nacional branqueada segundo uma sequência D0E1D1D2. A concretização deste objectivo passou, em primeiro lugar, pelo estudo do efeito de algumas das principais variáveis processuais do branqueamento na estabilidade da brancura da pasta final. Das variáveis analisadas, verificou-se que o aumento da temperatura no estágio D0 provoca uma diminuição na reversão da brancura da pasta final, mas também um abaixamento na viscosidade intrínseca da pasta à saída deste estágio. O aumento da carga de dióxido de cloro aplicada neste primeiro estágio também permite melhorar a estabilidade da brancura da pasta final. Contudo, a partir de um determinado valor, neste caso igual a 3,2 % (como cloro activo), a diminuição na reversão da brancura não é significativa, pelo que na prática se pode estabelecer uma carga óptima de dióxido de cloro a aplicar neste estágio. Ainda no estágio D0 foi estudado o efeito da adição de ácido sulfúrico, tendo os resultados demonstrado que uma carga elevada deste reagente pode diminuir a estabilidade da brancura da pasta final, ao mesmo tempo que provoca o abaixamento da viscosidade intrínseca da pasta à saída deste estágio. Por sua vez, verificou-se que a combinação da adição de peróxido de hidrogénio no estágio E1 com a redução da carga de dióxido de cloro nos estágios D1 e D2 (um kg de dióxido de cloro, como cloro activo, por cada kg de peróxido de hidrogénio aplicado) não alterou a estabilidade da brancura da pasta final e é, do ponto de vista económico, vantajosa. Verificou-se ainda que a adição de peróxido de hidrogénio aumenta a brancura da pasta à saída do estágio de extracção alcalina e diminui o seu coeficiente específico de absorção da luz. O estudo da influência da temperatura do estágio D2 na estabilidade da brancura da pasta final demonstrou que o aumento de 65 ºC até 82 ºC é benéfico, tendo-se verificado que para valores superiores a 82 ºC a reversão da brancura da pasta final tende a aumentar. Observou-se ainda que a reversão da brancura de uma pasta kraft ECF de E. globulus aumenta com o pH do seu extracto aquoso na gama entre 3 e 9. No que se refere ao efeito da adição de dióxido de enxofre à pasta no final do branqueamento, os resultados não foram conclusivos, não tendo sido encontrada qualquer relação entre a carga de dióxido de enxofre (0,1 a 1,0 kg SO2/tAD) e a reversão da brancura da pasta final. Assim, a melhoria na estabilidade da brancura da pasta final normalmente associada ao dióxido de enxofre, pode dever-se essencialmente ao seu efeito no abaixamento do pH. Adicionalmente, foram comparadas as sequências DEDD e DEDP em termos do seu efeito na estabilidade da brancura da pasta. Concluiu-se que o estágio P no final reduz significativamente a reversão da brancura da pasta, bem como o seu teor de grupos carbonilo. Verificou-se também que a pasta obtida a partir da sequência DEDP apresenta teores de lenhina e de ácido hexenurónico residuais ligeiramente mais elevados e uma menor viscosidade intrínseca. No que diz respeito às propriedades papeleiras das pastas não refinadas e refinadas a 1500 rotações PFI, concluiu-se que o estágio P na sequênciaDEDP aumenta a refinabilidade da pasta final, ou seja, a pasta necessita de uma menor energia de refinação para atingir as mesmas propriedades papeleiras. Em termos económicos, a sequência DEDP apresenta custos de reagentes mais elevados. Por fim foi analisada a contribuição de alguns dos compostos orgânicos de baixo peso molecular da pasta final no seu processo de reversão da brancura por via térmica. Os resultados revelaram que os compostos mais polares, e consequentemente mais solúveis em água, são aqueles que mais contribuem para este fenómeno. Concluiu-se ainda que a perda de brancura de uma pasta durante o envelhecimento térmico acelerado pode ser parcialmente recuperada através de um processo de extracção/lixiviação desta e que o mecanismo de reversão a pH ácido e a temperatura elevada envolve a degradação dos polissacarídeos da pasta.

The research carried out in this thesis deals with the study of thermally induced brightness reversion of fully bleached (D0E1D1D2 sequence) Eucalyptus globulus kraft pulps. The aforementioned core research began firstly by the study of the effect of some of the foremost bleaching parameters in the brightness stability of the bleached pulp. From the parameters analyzed, it was verified that the increase of the D0 stage’s temperature caused a decrease in brightness reversion of the bleached pulp, but a decrease in the pulp viscosity at the end of that was also observed. As far as the chlorine dioxide charge applied in this first stage is concerned, it was concluded that higher charges also improved the brightness stability of the bleached pulp. Nevertheless, from a certain value onwards, in this specific case it was 3,2 % (as active chlorine), the decrease in the brightness reversion was not relevant; therefore, an optimal chlorine dioxide charge applied in this first stage may be established. The influence of sulfuric acid added to the D0 stage was also studied; the results obtained demonstrate that a high charge may diminish the brightness stability of the bleached pulp and simultaneously cause a decrease in the pulp viscosity at the end of this stage. On the other hand, the combination between the hydrogen peroxide addition to the E1 stage and the chlorine dioxide reduction in the D1 and D2 stages (one kg of ClO2, as active chlorine, for each kg of H2O2 applied) does not affect the brightness stability of the bleached pulp and it is indeed advantageous from an economic point of view. It was also verified that the H2O2 addition increases the brightness of the pulp at the end of the alkaline extraction stage and decreases its light absorption coefficient. The study of the influence of D2 stage’s temperature on the brightness stability of the bleached pulp demonstrated that it’s increase from 65 ºC to 82 ºC was beneficial, yet an increase in brightness reversion increased was verified when the temperature rose above 82 ºC. It was also observed that the brightness reversion of the ECF E. globulus kraft pulp increased with its pH in a range between 3-9. With regard to the sulphur dioxide charge applied at the end of the bleaching sequence, the results were not conclusive: no relationship between the sulphur dioxide charge (0,1 a 1,0 kg SO2/tAD) and the brightness reversion of the bleached pulp has been observed. Hence, the brightness stability improvement usually associated to the sulphur dioxide may be due to the decrease in the pH. Additionally, the DEDD and DEDP sequences were compared in terms of the bleached pulp’s brightness stability. It was concluded that the last P stage significantly reduces the brightness reversion as well as the carbonyl content of the bleached pulps. It was also observed that the pulp obtained from a DEDP sequence had a slightly higher content of residual lignin and hexenuronic acid and lower viscosity. As far as the paper properties of the unbeaten and beaten pulp at 1500 PFI rotations are concerned, it was concluded that the P stage in the DEDP sequence increased the pulp beatability, which means the pulp needs less refining energy to reach the same paper properties. Furthermore, the reagent costs of the DEDP sequence are higher. Finally, the contribution of the low molecular weight pulps extractives to the thermally induced brightness reversion process was analyzed. The results demonstrated that the highest contribution for brightness reversion was due to the more polar fraction (water soluble) organic extractives. It was also concluded that the brightness loss during an accelerated thermal treatment could be partially reversed by submitting the pulp to an extraction/lixiviation process and that the reversion mechanism in acidic conditions and at higher temperature may be associated to the pulp’s polysaccharides degradation.