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Ciência Florestal
Centro de Pesquisas Florestais - CEPEF, Departamento de Ciências Florestais - DCFL, Programa de Pós Graduação em Engenharia Florestal - PPGEF
ISSN: 0103-9954 EISSN: 1980-5098
Vol. 17, Num. 1, 2007, pp. 53-63
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Ciência Florestal, Vol. 17, No.
1, 2007, pp. 53-63
INFLUÊNCIA
DA DENSIDADE BÁSICA DA MADEIRA DE CLONES DE Eucalyptus grandis x Eucalyptus
urophylla NA QUALIDADE DA POLPA BRANQUEADA
WOOD
BASIC DENSITY EFFECT OF Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla CLONES
ON BLEACHED PULP QUALITY Sheila Rodrigues dos Santos1
Cláudio Angeli Sansígolo2
1 Engenheira Florestal, Mestranda pela Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São
Paulo, CEP 13.418-900, Piracicaba (SP). srsantos@esalq.usp.br
2 Engenheiro Florestal, Dr., Professor Adjunto do Departamento de Recursos Naturais – Ciência Florestal, Faculdade
de Ciências Agronômicas, Universidade Estadual Paulista, CEP 18.603-970, Botucatu (SP).
sansigolo@fca.unesp.br
Code Number: cf07007
RESUMO
O
estudo analisou a influência da densidade básica de dois clones do híbrido de Eucalyptus
grandis x Eucalyptus urophylla (440 kg/m3 e 508 kg/m3)
na qualidade da polpa branqueada (dimensões de fibras e propriedades
físico-mecânicas). O desempenho das madeiras nos
resultados da polpação, branqueamento e refino foram analisados. As
polpações Kraft foram realizadas em digestor de circulação forçada para
obtenção de números kappa de 17 ± 1. As polpas não-branqueadas foram submetidas a
uma pré-deslignificação com oxigênio e branqueadas pela seqüência D0EOPD1
visando à alvura de 90 ± 1. Os resultados obtidos mostraram que a polpa
branqueada do clone de menor densidade básica apresentou, significativamente,
menor número de revoluções no moinho PFI para atingir o índice de tração de 70
N.m/g, baixo grau. Schopper Riegler, para atingir esse nível de tração, gerou
folhas com valores mais elevados de volume específico e opacidade. Essas características e propriedades permitem concluir que a
polpa do clone de menor densidade foi mais indicada para a fabricação de papéis
de imprimir e escrever. A polpa branqueada do clone de maior densidade básica
apresentou valores mais elevados de volume específico aparente, ascensão
capilar Klemm e menor índice de retenção de água quando analisada sem refino. A
polpa branqueada do clone de maior densidade básica mostrou características
mais favoráveis para a fabricação de papéis para fins sanitários.
Palavras-chave:Densidade
básica;polpa Kraft; clones; propriedades da polpa branqueada.
ABSTRACT
The study
analyzed the wood basic density effect in two Eucalyptus grandis x Eucalyptus
urophylla hybrid clones (440 kg/m3 e 508 kg/m3) on bleached pulp quality (fiber
dimensions and physical-mechanical properties). The woods performance on
pulping, bleaching and beating results were analyzed. The Kraft pulping was
carried out in forced circulation digester in order to obtain 17±1 kappa number targets. The pulps
were bleached to 90±1
using delignification oxygen and D0EOPD1 bleaching
sequence. Bleached pulp of low basic density clone showed, significantly,
lowest revolutions number in the PFI mill to reach tensile index of 70 N.m/g,
low Schopper Riegler degree and generated sheets with
higher values to bulk and opacity. These characteristics and properties allow concluding that bleached pulp of low basic
density clone was the most indicated to produce printing and writing sheets.
The bleached pulp of high basic density clone showed higher values of bulk and
capillarity Klemm and lower water retention value when analyzed without
beating. The bleached pulp of high basic density clone showed more favorable
characteristics to the production of tissue papers.
Keywords: Basic density; Kraft pulping; clones; bleaching pulp
properties.
INTRODUÇÃO
O
Brasil é o maior produtor mundial de polpa Kraft branqueada de Eucalyptus
spp e detentor de elevado nível científico-tecnológico em plantações florestais
desse gênero. A produção brasileira de polpa branqueada de eucalipto é
destinada sobretudo aos mercados de papéis de impressão/escrita e sanitários.
Os papéis desses dois mercados têm características e propriedades particulares
e necessitam de polpas com especificações diferenciadas (Silva Junior, 1996;
Fonseca, 1996; Whiteman et al., 1996; Dinus e Welt, 1997; Foelkel, 1997;
Cotterill e Macrae, 1997 e Rudie, 1998). Na fabricação de papéis para
impressão/escrita, as exigências mais requisitadas visam a obter menor consumo
de energia de refino, maior volume específico e opacidade mais elevada em
índice de tração pré-estabelecida. Esses atributos são, freqüentemente,
alcançados com madeiras de menores densidades básicas, as quais apresentam
fibras com menores espessuras e geram polpas com menores massas por comprimento
de fibras (coarseness). Na fabricação de papéis sanitários, são importantes a
elevada capacidade de absorção de água e o aumento de maciez. Esses atributos
podem ser atingidos com madeiras de maiores densidades básicas, que apresentam
fibras com maiores espessuras e produzem polpas com maiores massas por
comprimento de fibras (fibras mais pesadas).
A densidade básica pode ser considerada como um índice universal para
avaliar a qualidade da madeira por causa da sua facilidade de determinação e
pelas excelentes relações com as utilizações da madeira. Entretanto, essa
universalização não pode e não deve ser absoluta (Foelkel et al., 1992).
Dinus e Welt (1997) relataram que a densidade básica da madeira é um parâmetro
muito importante na produção de papel, pois contribui para a sua resistência.
Embora seja geralmente considerada como característica única, a densidade
básica é um componente dependente das proporções de lenho inicial e tardio, do
tamanho e número de fibras e da espessura da parede da fibra. Em madeiras de
coníferas, a proporção de lenho tardio e a espessura da parede do lenho tardio
exercem forte influência na densidade básica. Em madeiras de folhosas, a
densidade básica é influenciada por esses fatores e pela proporção e tamanho
dos elementos de vasos e outros tipos de células. Segundo os autores, a alta
densidade básica em Pinus taeda é em conseqüência da alta proporção de
lenho tardio com fibras de paredes espessas. Entretanto, a alta densidade
básica em híbridos de Eucalyptus pode ser em razão de um elevado número
de fibras com lume estreito e paredes celulares relativamente finas e
flexíveis. A composição química da madeira também contribui para a densidade
básica, porém, de maneira não bem esclarecida. Esses trabalhos mostram que a
densidade básica da madeira deve ser analisada com ressalvas, ou seja, em
conjunto com outras variáveis influentes.
Freqüentemente as dimensões e outras propriedades das fibras nas polpas
branqueadas para papel vêm sendo determinadas em analisadores ópticos
automáticos de fibras em vez do método tradicional envolvendo maceração e
dimensões das fibras na madeira. Esse procedimento é outra variável que pode
ter influencia nas relações entre densidade básica e dimensões de fibras pelo
método tradicional. As dimensões das fibras alteram-se quando determinadas na
madeira e na polpa branqueada (Trepanier,1998; Levlin e Söderhjem, 1999;
Braaten e Molteberg, 2004 e Santos, 2005). Os resultados desses trabalhos
permitem inferir que as dimensões de fibras analisadas na madeira (método tradicional)
e na polpa branqueada (analisador óptico automático) podem ser diferentes e
interferirem nas conhecidas relações com densidade básica da madeira. Além
disso, a densidade básica da madeira em folhosas é resultante da combinação de
diversos parâmetros (espessura da parede, tamanho e número de fibras, proporção
de lenho inicial e tardio e proporção e tamanho dos elementos de vasos e outros
tipos de células).
O
estudo teve como principal objetivo a analise da influência da densidade básica
de dois clones do híbrido de Eucalyptus grandis x Eucalyptus
urophylla (440 kg/m3 e 508 kg/m3) na qualidade da
polpa branqueada (dimensões de fibras e propriedades físico-mecânicas). O desempenho das madeiras nos resultados da polpação,
branqueamento e refino foram analisados.
MATERIAL
E MÉTODOS
Material
Os
materiais utilizados foram árvores de um clone de menor densidade básica e
árvores de outro clone de densidade básica mais elevada, plantadas na região de
Itapetininga/SP. A Tabela 1 mostra as características dos clones utilizados no
presente estudo.
TABELA 1:
Características dos materiais genéticos.
TABLE 1: Genetic materials characteristics.
Parâmetros |
Material Genético |
Clone de menor
densidade básica |
Clone de maior densidade
básica |
Espécie |
Eucalyptus grandis x Eucalyptus
urophylla |
Eucalyptus grandis x Eucalyptus
urophylla |
Idade |
6,5 anos |
6,0 anos |
IMA (5,5 anos),
m3/ha/ano |
47 |
38 |
Solo |
LV |
LVA |
Em que: IMA =
Incremento Médio Anual; LV = Latossolo Vermelho; LVA = Latossolo
Vermelho-Amarelo.
Métodos
Amostragem das árvores
A amostragem consistiu na colheita de 12
árvores com DAP médio para cada material genético. Cada árvore foi abatida e
secionada em toretes de 0,5 m de comprimento na base, 20, 40, 60, 80 e 100% da
altura comercial e transformada em cavacos por meio de picador. Os cavacos
correspondentes a cada árvore foram individualmente identificados e armazenados
em sacos de polietileno. Os cavacos de cada árvore foram analisados em relação
à densidade básica e ao teor de umidade. Após a obtenção desses resultados,
realizou-se para cada clone individualmente, um sorteio para a formação de três
amostras, sendo cada amostra composta por quatro árvores. Portanto, para cada
clone obtiveram-se três amostras compostas, as quais foram consideradas as
repetições do experimento. Para a confecção de cada amostra composta,
pesaram-se o equivalente a 7 kg absolutamente secos de cavacos de cada árvore,
homogeneizaram-se e, em seguida, as amostras compostas foram armazenadas em
sacos de polietileno. Posteriormente, determinaram-se o teor de umidade e a
densidade básica das amostras compostas. As análises químicas foram realizadas
em uma parte de cada amostra composta obtida por quarteamento. Os cavacos
obtidos, dessa forma, foram moídos em moinho tipo Wiley, e a serragem obtida
foi classificada para a obtenção da fração 40/60 mesh. As análises químicas
foram realizadas em triplicata.
Caracterização da
madeira
As
madeiras dos clones foram caracterizadas em relação à densidade básica (Método
do Máximo Teor de Umidade - Foelkel et al.,1971), extrativos totais
(TAPPI T 12 wd-82), lignina Klason (TAPPI T 222 om-98) e holocelulose [H=100
(% Lignina + % Extrativos Totais)].
Polpação
Kraft da madeira
Os cavacos foram classificados antes da
polpação Kraft. Cada amostra composta de cavacos passou em classificador dotado
de movimento vibratório e provido de cinco peneiras com orifícios com diâmetro
de 1 1/8 (28,56 mm), 7/8 (22,23 mm), 5/8 (15,88 mm), 3/8 (9,53 mm) e
3/16 (4,76 mm). As frações de cavacos retidas na peneira com orifícios de 1
1/8 (28,56 mm) e as que ultrapassaram a peneira com orifícios de 3/16 (4,76
mm) foram desprezadas grossos e finos, respectivamente. As frações
selecionadas foram secas ao ar e armazenadas em sacos de polietileno. As
deslignificações Kraft foram realizadas em digestor de circulação forçada, com
dois reatores individuais de 6,7 litros de capacidade. Em cada polpação, foram
utilizados o equivalente a 800 g de cavacos secos. As polpações foram efetuadas
em duplicata. Portanto, a polpação Kraft foi realizada em 12 amostras compostas
de cavacos (2 clones x 3 amostras compostas de madeira/clone x 2 repetições da
polpação). A Tabela 2 mostra as condições empregadas nas deslignificações das
amostras compostas de cavacos de cada clone estudado.
TABELA 2: Condições nas
deslignificações Kraft.
TABLE 2: Kraft delignification conditions.
Parâmetros |
Condição |
Álcali
ativo, % como Na2O |
13,51 |
Sulfidez,
% |
25 |
Temperatura,
C |
166 |
Tempo
de subida, h |
1 |
Tempo
à temperatura, h |
2 |
Relação
licor/madeira, L/kg s.e. |
4/1 |
Em que: 1 =
Polpações preliminares em digestor de circulação forçada nos níveis de álcali
ativo de 12,5%, 13,5% e 14,5% (como Na2O) mostraram que essa carga é
suficiente para obtenção de número kappa na faixa de 17 ± 1 para as
madeiras de diferentes densidades básicas.
Caracterização
da polpa não-branqueada
Os
cavacos de madeira, após as deslignificações, foram lavados com água em
excesso. A polpa foi desintegrada, e a separação dos rejeitos da polpa foi
efetuada em depurador com fenda de 0,2 mm. Posteriormente a essas etapas,
procederam-se à determinação do teor de rejeitos, rendimento bruto, rendimento
depurado, número kappa (TAPPI T 236 cm85) e viscosidade intrínseca da celulose
(SCAN C 15:62).
Caracterização
do licor preto residual
O
licor preto proveniente das polpações dos clones foi caracterizado em relação
aos residuais
de álcali (TAPPI T 625 cm-85), pH (TAPPI T 625 cm-85) e teor de sólidos
solúveis (TAPPI T 650 om 89).
Pré-deslignificação
com O2 e branqueamento da polpa
As
polpas não-branqueadas foram submetidas a uma pré-deslignificação com oxigênio
e em seguida branqueadas por meio da seqüência ECF de branqueamento D0
EOP D1. Os branqueamentos foram realizados em duplicata.
A pré-deslignificação utilizando oxigênio foi realizada num reator/misturador
usando o equivalente a 250 g de polpa absolutamente seca, nas condições
apresentadas na Tabela 3. Essas condições foram mantidas constantes para todas
as amostras provenientes dos dois clones estudados. A polpa foi colocada no
reator com a carga preestabelecida de NaOH e na consistência adequada. Após, a
polpa foi aquecida até a temperatura desejada. Atingida a temperatura, e sob
efeito de agitação constante, injetou-se a carga de O2
preestabelecida e elevou-se a pressão com nitrogênio até o valor desejado.
Terminada a reação, foram extraídas amostras do licor residual para análise de
pH. A polpa foi transferida e então lavada com água desmineralizada. O estágio
EOP também foi efetuado no reator/misturador, e os estágios D0
e D1 foram realizados em banho-maria. As condições adotadas também
constam na Tabela 3. Em cada um dos estágios, a polpa foi colocada no reator ou
saco de polietileno na consistência adequada e aquecida até a temperatura
desejada. O controle do pH da dioxidação foi efetuado com H2SO4
1N ou NaOH 1 N.
TABELA
3: Condições na pré-deslignificação com oxigênio e na seqüência de
branqueamento.
TABLE 3:
Oxygen delignification and bleaching sequence conditions.
Parâmetros |
Estágio de
branqueamento |
Pré-O2 |
D0 |
EOP |
D1 |
Consistência, % |
10 |
10 |
10 |
10 |
Temperatura, °C |
95 |
65 |
90 |
70 |
Tempo, min. |
60 |
45 |
60 |
180 |
Pressão inicial, kPa |
500 |
- |
200 |
- |
ClO2, kg/t |
- |
25 |
- |
10 |
O2, kg/t |
18 |
- |
6 |
- |
NaOH, kg/t |
20 |
- |
7 |
- |
H2O2,
kg/t |
- |
- |
5 |
- |
pH final |
± 11 |
± 3,0 |
± 10 |
± 4,0 |
A determinação do número
kappa e viscosidade da celulose foram efetuadas após cada estágio da
seqüência de branqueamento. O branqueamento foi realizado em 12
amostras de polpas não-branqueadas (2 clones x 3 compostas de madeira x 2
repetições do branqueamento).
Qualidade da
polpa branqueada
Dimensões de fibra na polpa branqueada
A
dimensão de fibra na polpa branqueada foi avaliada pelo analisador óptico
automático. Os seguintes parâmetros foram analisados: comprimento médio
ponderado por comprimento, largura, diâmetro do lume, espessura da parede,
índice de enfeltramento, coeficiente de flexibilidade, fração parede, índice de
Runkel, curvatura da fibra, massa por comprimento de fibra (coarseness),
população fibrosa, teor de finos menores que 0,1 mm aritmético e
teor de finos menores que 0,2 mm aritmético. Essas determinações foram
efetuadas em 12 amostras de polpas branqueadas (2 clones x 3 compostas de
madeira/clone x 2 repetições do branqueamento).
Refino da polpa branqueada
As polpas branqueadas foram refinadas em
moinho PFI (norma NBR 14345), utilizando o equivalente a 30 g secas, a uma
consistência de 10%, nos níveis zero, 900, 1800 e 2700 revoluções. O grau de refino foi avaliado pela
determinação do grau Schopper-Riegler (SCAN-M3:65). Os refinos foram realizados
em duplicata. O refino foi realizado em 48 amostras de polpas branqueadas (2
clones x 3 compostas de madeira/clone x 2 repetições do branqueamento x 4
níveis de refino/clone).
Propriedades físico-mecânicas das polpas branqueadas
em índice de tração constante e igual a 70 N.m/g
A formação de folhas laboratoriais para os
ensaios físico-mecânicos das polpas branqueadas foi confeccionada em formador
tipo TAPPI. Após, as folhas foram acondicionadas em ambiente climatizado, nas
condições de 50 ± 2% de umidade
relativa e temperatura de 23 ± 2 C
(TAPPI T 402 om-03). As seguintes propriedades físico-mecânicas foram
avaliadas: peso específico
aparente e volume específico aparente (TAPPI T 220 sp-96), propriedades da
tração (TAPPI T 494 om-96), índice de arrebentamento (TAPPI T 403 om-97), índice
de rasgo (TAPPI T 414 om-98), permeância ao ar (TAPPI T 406 om-96), ascensão
capilar Klemm (SCAN P 13:64), índice de retenção de água (Britt e Unbehend,
1976) e opacidade (TAPPI T 425 om-91). Essas propriedades físico-mecânicas das
polpas branqueadas foram analisadas em índice de tração constante e igual a 70
N.m/g visando a analisar as diferenças dos clones de diferentes densidades
básicas nessa condição. O índice de tração é um importante parâmetro para
definir o grau de refino de diferentes polpas e a 70N.m/g pode ser considerado
como padrão para muitos usos finais da polpa de eucalipto (Cotterill e Macrae,
1997), especialmente para papéis de imprimir e escrever.
Propriedades físico-mecânicas das polpas branqueadas
sem refino
As
propriedades físico-mecânicas das polpas branqueadas foram analisadas sem
refino visando a analisar as diferenças de clones para fabricação de papéis
para fins sanitários.
Análise estatística dos resultados
Todos
os resultados obtidos no presente estudo foram analisados utilizando o programa
SAS pela análise de variância e teste de comparação de médias Tukey no nível de
5% de significância. A dispersão dos resultados em relação à média foi expressa
pelo desvio-padrão.
RESULTADOS E
DISCUSSÃO
Propriedades
da madeira dos clones de diferentes densidades básicas
A Tabela 4 mostra que a madeira do clone de maior densidade tem 68 kg/m3
a mais que o clone de menor densidade (+15,5%). As propriedades químicas
avaliadas mostram para a madeira do clone de menor densidade valores superiores
de extrativos totais (+0,6%), lignina total (+1,9%), lignina insolúvel (+1,2%)
e lignina solúvel (+0,8%) e menor teor de holoceluloose (-2,5%) quando
comparada com a madeira do clone de maior densidade. As propriedades avaliadas
diferiram significativamente, exceto para o teor de lignina solúvel. Os valores
de lignina encontrados neste trabalho foram superiores aos encontrados por
Queiroz et al. (2004). Esses autores analisaram clones de Eucalyptus
grandis x Eucalyptus urophylla de densidade básica alta (552 kg/m3)
e baixa (447 kg/m3). Obtiveram valores próximos nas madeiras de alta
e baixa densidade básica para teor de lignina total (26,7 - 27,2%), insolúvel
(23,7 - 23,7%), solúvel (3,0 - 3,5%) e extrativos em etanol/tolueno (3,45 -
2,73%). No presente estudo, a amplitude de variação da densidade básica não foi
elevada, mas as propriedades químicas diferiram significativamente.
TABELA
4: Densidade básica e propriedades químicas das madeiras.
TABLE
4: Wood basic density and chemical properties.
Parâmetros |
Clone de menor
densidade básica |
Clone de maior
densidade básica |
Média |
Desvio padrão |
Média |
Desvio padrão |
Densidade
básica, kg/m3 |
440 a |
3 |
508 b |
1 |
Holocelulose,
% |
64,61a |
0,79 |
67,12 b |
0,22 |
Extrativos
totais, % |
3,87 a |
0,11 |
3,29 b |
0,12 |
Lignina
total, % |
31,52 a |
0,76 |
29,59 b |
0,17 |
Lignina
insolúvel, % |
28,64 a |
0,47 |
27,49 b |
0,07 |
Lignina
solúvel, % |
2,88 a |
0,36 |
2,10 a |
0,11 |
Valores
seguidos de letras iguais na linha, não difere entre si pelo teste de Tukey ao
nível de 5% de probabilidade.
Polpação
Kraft
A Tabela 5 mostra os resultados da polpação dos clones de menor e maior
densidade básica. A carga de 13,5% de álcali ativo foi suficiente para obtenção
de número kappa na faixa de 17 ± 1,
embora se tratar de madeiras com diferentes densidades básicas e composição
química. A deslignificação da madeira é função dos seguintes parâmetros: teor
de lignina na madeira, densidade básica da madeira e espessura dos cavacos
(fenômenos de transporte) e estrutura da lignina (teor de guaiacila/siringila).
O número kappa na faixa estipulada da madeira do clone de menor densidade
básica pode ser atribuído a esta propriedade (melhor facilidade de penetração e
difusão dos reagentes nucleofílicos da polpação), embora com maior teor de
lignina na madeira (Tabela 4). O número kappa na mesma faixa pré-estabelecida
da madeira do clone de maior densidade pode ser atribuído ao menor teor de
lignina (menor consumo de reagentes da polpação), embora com maior densidade
básica da madeira (pior penetração e difusão dos reagentes da polpação). Esse
resultado mostra que a deslignificação deve ser explicada analisando os
parâmetros influentes em conjunto e não de forma isolada. Em um trabalho sobre
qualidade da madeira, Silva Junior. et al. (1996) mostraram linhas de
iso-kappas para Eucalyptus grandis e Eucalyptus urophylla, como função
do teor de lignina e densidade básica da madeira. A interpretação das linhas de
iso-kappa revela que madeiras de alta densidade básica com baixo teor de
lignina e madeiras de baixa densidade com alto teor de lignina podem gerar
polpas de mesmo número kappa quando submetidas a uma mesma condição de
polpação.
Os rendimentos bruto e depurado da polpação foram semelhantes (não
diferiram significativamente). A madeira de maior densidade básica apresentou
maior teor de holocelulose, e essa propriedade não interferiu nos rendimentos
bruto e depurado. Para madeira de Eucalyptus, Wright e Wallis (1998)
relatam que o rendimento em polpa Kraft é, na maioria das vezes, fortemente
correlacionado com o teor de celulose e fraca e negativamente com o teor de
hemiceluloses. Então, o teor de holocelulose na madeira não pode ser
considerado como um indicativo dos rendimentos da polpação. O teor de rejeitos
na polpa do clone da madeira de maior densidade básica foi mais elevado em comparação
com o clone da madeira de menor densidade, sendo significativo quando expresso
base polpa. Esse resultado está de acordo com aquele obtido por Vasconcelos
Dias e Cláudio-da-Silva Jr. (1985) que concluíram que há uma elevação constante
no teor de rejeitos quando a densidade básica aumenta de 470 kg/m3 a
666 kg/m3. O resultado da viscosidade intrínseca da celulose do
clone da madeira de maior densidade mostrou valor, significativamente, mais
elevado. A determinação da seletividade (relação viscosidade/número kappa)
mostrou valor de 71,4 para a polpa do clone da madeira de menor densidade e
73,3 para a polpa do clone da madeira de maior densidade, indicando melhor
seletividade para esse último clone. Como era esperado, o consumo específico de
madeira do clone de menor densidade foi significativamente superior, em razão
da menor densidade básica desta madeira.
TABELA 5: Polpação Kraft
da madeira dos clones de menor e maior densidade básica.
TABLE 5: Wood Kraft pulping of low and high
basic density clones.
Parâmetros |
Clone de menor
densidade |
Clone de maior
densidade |
Média |
Desvio padrão |
Média |
Desvio padrão |
Rendimento
bruto, % |
51,00 a |
0,51 |
50,76 a |
0,54 |
Rendimento
depurado, % |
50,84 a |
0,53 |
50,45 a |
0,53 |
Rejeitos
base madeira, % |
0,16 a |
0,04 |
0,32 a |
0,04 |
Rejeitos
base polpa, % |
0,32 a |
0,08 |
0,63 b |
0,07 |
Número
Kappa |
16,2 a |
0,2 |
16,6 a |
0,1 |
Viscosidade
intrínseca, cm3/g |
1157 a |
21 |
1217 b |
10 |
Consumo
específico, m3/t depurada |
4,475 a |
0,067 |
3,903 b |
0,047 |
Valores
seguidos de letras iguais na linha, não difere entre si pelo teste de Tukey ao
nível de 5% de probabilidade.
Licor
residual da polpação Kraft
A Tabela 6 refere-se aos resultados do licor residual. Os valores
encontrados para pH, teor de sólidos solúveis, densidade e residuais de álcali
foram semelhantes (não diferiram significativamente) nos licores residuais das
madeiras de menor e maior densidade básica. O álcali ativo consumido expresso
base madeira e produto químico foi maior no clone de menor densidade básica.
Esse resultado considera a massa de orgânicos solúveis da madeira para o licor
residual na polpação (calculada partindo do rendimento bruto), o volume de
licor residual (determinada partindo da densidade do licor residual) e a
concentração de álcali ativo no licor residual. A massa de orgânicos solúveis
na madeira de menor densidade foi ligeiramente inferior (rendimento bruto pouco
mais elevado, conforme Tabela 5); gerou volume de licor residual inferior (as
densidades dos licores residuais foram iguais, conforme Tabela 6) e a concentração
de álcali ativo nesse licor foi ligeiramente inferior. Esse resultado mostra
que o consumo de álcali deve ser analisado usando as variáveis influentes em
conjunto (frações orgânicas e inorgânicas do licor residual) e não somente o
residual de álcali. A madeira de menor densidade básica consumiu mais álcali
ativo base madeira e produto químico em razão dos teores mais elevados de
extrativos totais e lignina total, insolúvel e solúvel presentes nessa madeira
(Tabela 4).
TABELA
6: Licor residual da polpação Kraft dos clones de menor e maior densidade
básica.
TABLE
6: Kraft pulping residual liquor of low and high basic density clones.
Parâmetros |
Clone de menor
densidade |
Clone de maior
densidade |
Média |
Des. padrão |
Média |
Des. padrão |
pH |
11,6 a |
0,17 |
11,5 a |
0,12 |
Teor
de sólidos solúveis, % |
14,58 a |
0,41 |
14,21 a |
0,18 |
Densidade,
g/cm3 |
1,065 a |
0,005 |
1,065 a |
0,002 |
Álcali
ativo residual, g/L |
10,02 a |
1,10 |
11,22 a |
0,83 |
Álcali
efetivo residual, g/L |
4,69 a |
0,24 |
5,10 a |
0,51 |
Álcali
total residual, g/L |
22,9 a |
2,01 |
24,38 a |
0,12 |
Álcali
ativo consumido base madeira, % |
9,28 a |
0,45 |
7,77 b |
0,37 |
Álcali
ativo consumido base químico, % |
68,76 a |
3,29 |
57,52 b |
2,70 |
Valores
seguidos de letras iguais na linha, não diferem entre si pelo teste de Tukey ao
nível de 5% de probabilidade.
Branqueamento
das polpas
A Tabela 7 mostra os resultados do branqueamento. A eficiência na pré-O2,
e os números kappa (após pré-O2, após Do e após EOP)
foram semelhantes para as polpas provenientes das madeiras de menor e maior
densidade básica. A viscosidade intrínseca da celulose (após pré-O2,
após Do, após EOP e após D1) foi
significativamente superior para a polpa do clone de maior densidade básica. A
determinação da seletividade (relação viscosidade/número kappa) após pré-O2
mostra valores de 102,5 e 103,2 para polpas de madeiras de menor e maior
densidade básica respectivamente. A alvura da polpa do clone de maior densidade
básica foi ligeiramente superior, mas significativa, quando comparada com a
alvura da polpa do clone de menor densidade. A explicação desse resultado pode
ser atribuída à maior degradação dos polissacarídeos na polpa do clone de baixa
densidade na polpação e branqueamento (a viscosidade após polpação Tabela 5 e
após pré-O2, Do, EOP e D1 no
branqueamento Tabela 7 foi inferior na polpa do clone de menor densidade
básica). A menor viscosidade significa mais degradação e introdução de grupos
cromóforos nas cadeias de celulose remanescente, e ligeira perda de alvura.
TABELA
7: Branqueamento da polpa dos clones de menor e maior densidade básica.
TABLE
7: Pulp bleaching of low and high basic density clones.
Parâmetros |
Clone de menor
densidade |
Clone de maior
densidade |
Média |
Desvio padrão |
Média |
Desvio padrão |
Eficiência
na pré-O2 |
38,0 a |
1,9 |
36,9 a |
1,0 |
Número
kappa pré-O2 |
10,0 a |
0,3 |
10,5 a |
0,2 |
Viscosidade
intrínseca pré-O2, cm3/g |
1025 a |
46 |
1084 b |
10 |
Número
kappa D0 |
3,1 a |
0,2 |
3,3 a |
0,2 |
Viscosidade
intrínseca D0, cm3/g |
959 a |
36 |
1039 b |
11 |
Número
kappa EOP |
2,0 a |
0,2 |
2,1 a |
0,1 |
Viscosidade
intrínseca EOP, cm3/g |
821 a |
59 |
907 b |
32 |
Viscosidade
intrínseca D1, cm3/g |
787 a |
51 |
856 b |
12 |
Alvura
final, % ISO |
90,1 a |
0,1 |
90,7 b |
0,3 |
Valores
seguidos de letras iguais na linha, não diferem entre si pelo teste de Tukey ao
nível de 5% de probabilidade.
Qualidade
da fibra na polpa branqueada
A Tabela 8
mostra os resultados das dimensões da fibra na polpa branqueada em analisador
óptico automático. A análise desses resultados mostra que as fibras branqueadas
do clone de maior densidade básica apresentaram menor espessura de parede e
menor fração parede. Esse resultado está a principio em desacordo com vários
trabalhos de literatura que relatam que maior densidade básica apresenta fibras
na madeira com maior espessura de parede e maior fração parede. A diferença do
presente estudo é que as dimensões de fibras foram efetuadas na polpa
branqueada, ou seja, fibras que passaram pelas condições dos processos de
polpação e branqueamento. As dimensões das fibras se alteram quando
determinadas na madeira e na polpa branqueada por causa de três fatores segundo
Levlin e Söderhjem (1999). Primeiro, a madeira é reduzida a cavacos, e essa
operação pode cortar fibras se não for efetuada de forma correta. Segundo, as
condições de polpação e branqueamento alteram as dimensões das fibras. Durante
esses processos, lignina e hemiceluloses são solubilizadas da parede celular e
tornam as fibras mais finas e mais flexíveis. Terceiro, as fibras durante o
processamento da polpa sofrem tratamentos mecânicos em misturadores,
desintegradores, bombas e espessadores, os quais deformam a fibra e induzem
curvatura gradual e contínua e curvatura torcida que tem influência no
comprimento da fibra. Trepanier (1998) relata que o comprimento e a forma da
fibra se alteram durante a polpação e branqueamento. Essas alterações podem
afetar fortemente a qualidade e o desempenho do produto. Braaten e Molteberg
(2004) relatam que a seção transversal da fibra pode deformar ou colapsar
durante polpação, significando desvios das verdadeiras dimensões das fibras.
Santos (2005) estudou a influência da qualidade da madeira de híbridos de Eucalyptus
grandis x Eucalyptus urophylla e do processo Kraft de polpação na
qualidade da polpa branqueada. Obteve decréscimo na largura e no diâmetro do
lume na fibra proveniente de polpa branqueada quando da utilização de maiores
cargas de álcali ativo na polpação. Dinus & Welt (1997) relatam que a alta
densidade básica em híbridos de Eucalyptus pode ser em razão de um
elevado número de fibras com lume estreito e paredes celulares relativamente finas
e flexíveis. Considerando os resultados obtidos no presente trabalho e a
literatura consultada, as relações entre densidade básica e dimensões de fibras
na madeira e polpa branqueada de híbridos de Eucalyptus precisa ser mais
bem estudada. As fibras branqueadas provenientes da madeira de maior densidade
básica apresentaram maior massa por unidade de comprimento de fibra
(coarseness) estando de acordo com o esperado.
TABELA
8: Dimensões da fibra na polpa branqueada dos clones de menor e maior densidade
básica.
TABLE
8: Bleaching pulp fiber dimensions of low and high basic density clones.
Parâmetros |
Clone de menor
densidade |
Clone de maior
densidade |
Média |
Desvio padrão |
Média |
Desvio padrão |
Comprimento,
mm |
0,856 a |
0,010 |
0,774 b |
0,007 |
Largura,
mm |
17,39 a |
0,21 |
17,06 a |
0,04 |
Diâmetro
do lume, mm |
10,92 a |
0,04 |
11,53 b |
0,03 |
Espessura
da parede, mm |
3,23 a |
0,09 |
2,76 b |
0,01 |
Índice
de enfeltramento, % |
49,32 a |
0,10 |
45,44 b |
0,39 |
Coeficiente
de flexibilidade, % |
62,80 a |
0,61 |
67,62 b |
0,02 |
Fração
parede, % |
37,21 a |
0,62 |
32,39 b |
0,02 |
Índice
de Runkel |
0,60 a |
0,02 |
0,48 b |
0,00 |
Índice
de curvatura, % |
20,87 a |
0,39 |
20,68 a |
0,08 |
Coarseness,
mg/100m |
6,43 a |
0,24 |
6,91 b |
0,06 |
População
fibrosa, x 106 |
21,26 a |
0,53 |
21,76 a |
0,37 |
Finos
< 0,1 mm
aritmético % |
1,87 a |
0,06 |
1,48 a |
0,21 |
Finos
< 0,2 mm
aritmético % |
5,55 a |
0,12 |
5,07 a |
0,29 |
Valores
seguidos de letras iguais na linha, não diferem entre si pelo teste de Tukey ao
nível de 5% de probabilidade.
Propriedades físico-mecânicas da polpa branqueada em índice de tração
constante e igual a 70 N.m/g
A Tabela 9 mostra as propriedades físico-mecânicas das polpas
branqueadas em índice de tração constante e igual a 70 N.m/g. O número de
revoluções no PFI da polpa do clone de maior densidade básica foi significativamente
superior. O número de revoluções no moinho PFI é uma determinação fundamental
para avaliar o consumo de energia de refino da polpa dos clones e esta é um dos
maiores custos na fabricação do papel (Cotterill e Macrae, 1997). Então, a
baixa necessidade de refino da polpa do clone de menor densidade básica para
atingir o índice de tração de 70 N.m/g é um atrativo para muitos fabricantes de
papéis. O grau Schopper Riegler foi significativamente inferior para a polpa do
clone de menor densidade básica, significando uma drenagem mais rápida dessa
polpa. A polpa do clone de menor densidade básica produziu folhas com maior
volume específico aparente quando comparada com a polpa do clone de maior
densidade básica em índice de tração de 70 N.m/g. Esse comportamento pode ser
atribuído ao menor número de revoluções no PFI necessário para a polpa do clone
de menor densidade básica (menor colapsamento das fibras). A polpa do clone de
menor densidade básica apresentou menor alongamento, índice de energia
absorvida na tração e maior índice de rigidez na tração que a polpa do clone de
maior densidade básica. O índice de arrebentamento foi semelhante em índice de
tração constante e igual a 70 N.m/g, ou seja, os dois índices têm o mesmo
comportamento no refino. Segundo Levlin e Söderhjelm (1999), a resistência ao
arrebentamento se relaciona matemática e fisicamente com a resistência à
tração. O índice de rasgo foi superior para a polpa do clone de maior densidade
básica e pode ser atribuída à maior viscosidade intrínseca da celulose (Tabela
7) e maior peso específico aparente em razão do maior nível de refino. A maior
permeância ao ar e a menor ascensão capilar Klemm da polpa do clone de maior
densidade básica pode ser atribuída ao maior nível de refino o qual produziu folhas
com maior peso específico aparente e menos porosas. A opacidade da polpa do
clone de menor densidade básica foi superior, embora não significativa, e se
deve à menor intensidade de refino.
TABELA 9: Propriedades físico-mecânicas da
polpa branqueada em índice de tração de 70 N.m/g dos clones de menor e maior
densidade básica.
TABLE 9: Pulp bleaching mechanical physical properties
on 70 N.m/g tensile index of low and high basic density clones.
Parâmetros |
Clone de menor
densidade |
Clone de maior
densidade |
Média |
Desvio |
Média |
Desvio |
Número
de revoluções |
966 a |
49 |
2297 b |
143 |
Grau
Schopper Riegler |
26,5 a |
0,9 |
38,8 b |
2,0 |
Volume
específico, cm3/g |
1,669 a |
0,014 |
1,525 b |
0,024 |
Peso
específico, g/cm3 |
0,605 a |
0,004 |
0,646 b |
0,009 |
Alongamento,
% |
3,97 a |
0,07 |
5,26 b |
0,12 |
Índice
de energia absorvida na tração, kJ/kg |
2,08 a |
0,05 |
2,36 b |
0,07 |
Índice
de rigidez na tração, kN.m/g |
9,01 a |
0,08 |
8,01 b |
0,04 |
Índice
de arrebentamento, kPa.m2/g |
4,62 a |
0,20 |
4,61 a |
0,06 |
Índice
de rasgo, mN.m2/g |
10,09 a |
0,30 |
11,21 b |
0,19 |
Permeância
ao ar, s/100cm3 |
4,7 a |
0,1 |
5,8 b |
0,8 |
Índice
de retenção de água, % |
217,2 a |
2,9 |
216,4 a |
5,2 |
Opacidade,
% |
73,05 a |
1,41 |
70,90 a |
0,61 |
Ascensão
capilar Klemm, mm/10min |
7,08 a |
0,25 |
4,12 b |
0,24 |
Valores
seguidos de letras iguais na linha, não diferem entre si pelo teste de Tukey ao
nível de 5% de probabilidade.
Propriedades
físico-mecânicas da polpa branqueada sem refino
A Tabela 10
mostra as propriedades físico-mecânicas das polpas branqueadas sem refino. A
tendência do maior grau Schopper Riegler da polpa do clone de menor densidade
básica em relação ao clone de maior densidade pode ser atribuída à menor massa
por unidade de comprimento da fibra (coarseness) das fibras o que confere
drenagem mais lenta. O volume específico aparente mais elevado da polpa do
clone de maior densidade pode ser atribuído a essa propriedade e à maior massa
por unidade de comprimento da fibra (fibras mais pesadas). Os valores mais elevados
de índice de tração, alongamento, índice de energia absorvida na tração,
índice de rigidez na tração e índice de arrebentamento da polpa do clone de
menor densidade básica são por causa do comprimento da fibra mais elevado, ao
maior índice de enfeltramento da fibra, a menor massa por unidade de
comprimento da fibra (coarseness) e ao maior peso específico aparente da
folha. A maior resistência ao rasgo do clone de menor densidade básica é
ocasionada pelo maior comprimento e índice de enfeltramento da fibra. O maior
índice de retenção de água da polpa do clone de menor densidade básica se deve
à menor massa por unidade de comprimento da fibra (fibras mais leves), o qual
promoveu maior capacidade de absorção de água, maior inchamento e por extensão
maior ponto de saturação das fibras. A maior ascensão capilar Klemm para a
polpa do clone de maior densidade básica pode ser atribuída à maior massa por
unidade de comprimento das fibras (fibras mais pesadas), a qual gera folhas com
maior volume específico aparente da folha e com alta rapidez para absorver
água.
TABELA 10: Propriedades físico-mecânicas da
polpa branqueada sem refino dos clones de menor e maior densidade básica.
TABLE 10: Pulp bleaching mechanical physical
properties without beating of low and high basic density clones.
Parâmetros |
Clone de menor
densidade |
Clone de maior
densidade |
Média |
Desvio |
Média |
Desvio |
Grau
Schopper Riegler |
18,5 a |
0,8 |
17,4 a |
0,3 |
Volume
específico, cm3/g |
1,995 a |
0,053 |
2,177 a |
0,056 |
Peso
específico, g/cm3 |
0,502 a |
0,013 |
0,458 b |
0,011 |
Índice
de tração, N.m/g |
37,81 a |
2,95 |
23,65 b |
0,23 |
Alongamento,
% |
2,80 a |
0,01 |
2,78 a |
0,15 |
Índice
de energia absorvida na tração, kJ/kg |
0,77 a |
0,07 |
0,47 b |
0,04 |
Índice
de rigidez na tração, kN.m/g |
7,23 a |
0,20 |
5,54 b |
0,06 |
Índice
de arrebentamento, kPa.m2/g |
2,10 a |
0,34 |
1,08 b |
0,06 |
Índice
de rasgo, mN.m2/g |
7,30 a |
0,32 |
4,56 b |
0,29 |
Permeância
ao ar, s/100cm3 |
0,6 a |
0,06 |
0,5 a |
0,06 |
Índice
de retenção de água, % |
191,6 a |
3,9 |
163,4 b |
1,9 |
Opacidade,
% |
76,82 a |
0,79 |
75,68 a |
0,36 |
Ascensão
capilar Klemm, mm/10min |
10,4 a |
0,22 |
12,09 b |
0,27 |
Valores
seguidos de letras iguais na linha, não diferem entre si pelo teste de Tukey ao
nível de 5% de probabilidade.
CONCLUSÕES
Os
resultados deste estudo mostraram que:
A
polpa branqueada do clone de menor densidade básica apresentou,
significativamente, menor número de revoluções no moinho PFI para atingir o
índice de tração de 70 N.m/g, menor grau Schopper Riegler para atingir esse
nível de tração e produziu folhas com valores mais elevados de volume
específico e opacidade. Essas características e
propriedades permitem concluir que a polpa do clone de menor densidade foi mais
indicada para a fabricação de papéis de imprimir e escrever.
A polpa branqueada do clone de maior densidade básica apresentou
valores mais elevados de volume específico aparente e ascensão capilar Klemm e
menor índice de retenção de água quando analisada sem refino. A polpa
branqueada do clone de maior densidade básica mostrou características mais
favoráveis para a fabricação de papéis para fins sanitários.
A
madeira de menor densidade básica (com mais extrativos e lignina) e a madeira
de maior densidade básica (com menos extrativos e lignina) produziram polpa na
faixa de 17 ± 1 nas mesmas
condições de polpação e alvuras na faixa de 90 ± 1 nas mesmas condições
de branqueamento. Os rendimentos da polpação e eficiência na pré-O2
foram semelhantes. Houve diferenças significativas em outras propriedades para
as madeiras sendo detectado para a madeira de densidade básica inferior: menor
viscosidade da celulose e rejeitos após polpação, maior consumo específico de
madeira e álcali ativo consumido bases madeira e produto químico e menor
viscosidade intrínseca da celulose branqueada.
A
relação entre densidade básica e espessura da parede (ou fração parede) nas
fibras branqueadas de híbridos de eucalipto avaliadas em analisador óptico
automático deve ser mais bem estudada, pois neste trabalho a madeira de menor
densidade básica produziu fibras branqueadas com maior espessura de parede (ou
fração parede), embora com menor coarseness (fibras mais leves). Duas
hipóteses foram consideradas: a densidade básica de híbridos de eucalipto não
se relaciona diretamente com a espessura da parede da fibra ou houve alteração
na seção transversal da fibra em razão dos processos de polpação e
branqueamento e manuseamento da polpa.
AGRADECIMENTOS
À
Votorantim Celulose e Papel, por meio da Pesquisa e
Desenvolvimento Florestal e da Pesquisa e Desenvolvimento de Celulose,
pelo apoio financeiro concedido que permitiu a realização deste trabalho e por
ceder o laboratório para a realização das análises.
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Copyright 2007 - Ciência Florestal
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