COMPORTAMENTO DA MADEIRA DE Eucalyptus globulus COM DIFERENTES TEORES DE LIGNINA PARA PRODUÇÃO DE CELULOSE KRAFT
Claudia A. Broglio da Rosa¹, Gabriel Valim Cardoso¹, Patrícia de Oliveira2 , Teotônio F. de Assis2, Celso E. B. Foelkel³, Sonia M. B. Frizzo1
1 Laboratório
de Química da Madeira
2
Departamento de Química-CCNE
Klabin CeluloseRiocell
3
.
Grau Celsius Ltda
Universidade Federal de Santa Maria
Guaíba – RS – BR
91330-520 – Porto Alegre
97105-900 – Santa Maria – RS – BR
[email protected]
Rio Grande do Sul – Brasil
[email protected]
[email protected]
[email protected]
40,0
38,0
36,0
METODOLOGIA DE TRABALHO
As árvores tiveram suas características dendrométricas avaliadas e, após, retirou-se cinco discos de cada árvore e cada posição, a saber:
base, 10%, 20%, 30% 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% e 100% da altura comercial.
Com o material selecionado, procedeu-se a seguinte metodologia de trabalho:
Determinação da Densidade Básica
Análises Químicas (Teor de Extrativos, Lignina Insolúvel e Cinzas)
Cozimento kraft
Análise do Licor Residual
Número Kappa, Viscosidade, Solubilidade em NaOH5% e Alvura
Refino das Polpas Não Branqueadas
Variáveis do Processo
Lignina
Lignina
Testes Físico-mecânicos das Polpas Refinadas
Alta
Baixa
CONDIÇÕES EMPREGADAS NOS COZIMENTOS
RESULTADOS
Volume real
s/c (m3)
0,224
Peso seco s/c
(t)
0,119
Valor médio para as três árvores
com alto teor de lignina
Valor médio para as três árvores
com baixo teor de lignina
Valor mínimo entre as seis árvores
0,540
0,180
0,097
0,527
0,268
0,142
0,512
0,152
0,085
Valor máximo entre as seis árvores
0,557
0,384
0,205
Desvio Padrão
0,015
0,085
0,045
Coeficiente de Variação, %
2,75
37,7
37,6
Valor médio para as seis árvores
PARÂMETRO
Média das 50árvores
Médias das 3 árvores
c\ alto teor de lignina
Média das 3 árvores
c\ baixo teor de lignina
Desvio padrão
Coeficiente de variação%
53,0
50,5
50,0
49,0
48,0
0,10
0,05
22,9
20,5
20,0
20,0
Relação Licor/Madeira, L/kg
4:1
4:1
Temperatura máxima, °C
168
168
Tempo de aquecimento, min.
90
90
Tempo à temperatura máxima, min.
60
60
Peso seco de cavacos, g
190
190
21,85
76,36
-
1,93
23,02
75,10
0,37
1,48
0,96
1,26
20,53
0,89
4,08
77,98
1,64
2,14
0,43
0,08
19,62
Árv.29
Figura 1. Influência do teor de lignina
Klason sobre o rendimento.
20,5
16,2
16,0
15,8
15,6
15,4
15,2
15,0
14,8
14,6
14,4
Árv.48
Árv.42
Árv.09
Árv.26
Árv.40
Árv.29
Figura 2. Relação entre teor de rejeitos e
teor de lignina Klason.
18,0
15,7
15,1
Árv.48
17,5
17,0
Árv.42
Árv. 09
Árv.26
Árv.40
16,8
17,0
16,5
16,0
15,5
22,9
20,5
Alto Teor de Lignina Baixo Teor de Lignina
Alto Teor de Lignina Baixo Teor de Lignina
Alto Teor de Lignina Baixo Teor de Lignina
Árv.40
0,14
0,14
0,15
0,00
Árv.26
Sulfidez, %
1,79
Álcali Efetivo Consumido, %
52,9
Árv.09
18,0
EXTRATIVOS%LIGNINA% HOLOCEL.%CINZAS %
0,20
Teor de Rejeitos, %
Rendimento Depurado, %
55,0
22,9
19,0
Número Kappa
Densidade
Básica (g/cm3)
0,533
Parâmetros
54,0
Álcali Ativo, expresso como NaOH, %
COMPOSIÇÃO QUÍMICA
DENDROMETRIA
Árv.42
Árv.40
Árv.29
13,0
1050
22,9
20,5
Alto Teor de Lignina Baixo Teor de Lignina
Árv.42
Árv.09
Árv.26
Árv.40
Árv.29
Árv.48
Figura 6. Relação entre viscosidade e teor de
lignina Klason.
90,0
80,0
70,0
60,0
50,0
3,5
6,0
2,5
24
26
28
30
32
34
24
26
28
22,9
20,5
Alto Teor de Lignina Baixo Teor de Lignina
Árv.48
Árv.42
Árv.09
Árv.26
Árv.40
Árv.29
Árv.29
Figura 3. Relação entre álcali efetivo
consu Mido e teor de lignina Klason.
Figura 4. Relação entre número Kappa e
teor de lignina Klason.
1,6
1,5
1,4
28
30
32
34
36
°SR
Resist. ao Ar, s/100 min.
1,7
26
32
34
14,0
12,0
10,0
4,0
3,0
22
24
Lig. alta
Polinômio (Lig. alta)
26
24
26
28
30
Figura 12. Relação entre volume específico
e Grau Schopper Riegler.
Lig. baixa
Polinômio (Lig. baixa)
28
30
Lig. baixa
Log. (Lig. baixa)
32
34
36
32
34
36
8,0
6,0
22
24
26
28
30
32
34
36
°SR
Lig. baixa
Polinômio (Lig. baixa)
Lig. alta
Log. (Lig. alta)
Figura 10. Relação entre resistência ao
estouro e Grau Schopper Riegler.
14,0
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
22
Lig. alta
Polinômio (Lig. alta)
Árv.29
°SR
Lig. alta
Polinômio (Lig. alta)
Figura 11. Relação entre índice de rasgo e
Grau Schopper Riegler.
90
80
70
60
50
40
22
°SR
Lig. baixa
Potência (Lig. baixa)
Árv.40
5,0
36
Figura 9. Relação entre elongação e Grau
Shopper Riegler.
1,8
24
30
Lig. baixa
Polinômio (Lig. baixa)
Lig. alta
Log. (Lig. alta)
Árv.26
16,0
°SR
Figura 8. Relação entre índice de tração e
Grau Schopper Riegler.
22
Árv.09
2,0
22
36
Árv.42
Figura 7. Relação entre solubilidade em
NaOH5% e teor de lignina Klason.
7,0
3,0
22,9
20,5
Alto Teor de Lignina Baixo Teor de Lignina
Árv.48
4,0
2,0
40,0
22
13,5
Indice de Rasgo, mN.m²/g
Árv.26
13,8
14,0
1100
1000
Figura 5. Relação entre alvura e teor de
lignina Klason.
Vol. Específico, cm³/g
Foram abatidas 50 árvores da espécie E. globulus subespécie globulus Labil., com 8 anos de idade, selecionadas em um povoamento,
pertencente a empresa Klabin Celulose Riocell, localizado no sul do Brasil. Foi escolhido um talhão de aproximadamente 1,9 hectar, onde o
espaçamento implantado era de 2,0 x 3,0 m.
A seleção das melhores árvores foi com base na aparência e desenvolvimento das árvores, considerando aquelas com altura dominante,
retidão no fuste, sem presença de rachaduras e podridões.
Árv.48
Árv.09
Lig. baixa
Polinômio (Lig. baixa)
MATERIAL
47,0
Árv.42
1133
1150
14,0
12,5
22,9
20,5
Alto Teor de Lignina Baixo Teor de Lignina
Árv.48
1215
Asc. Capilar, mm/10 min.
34,0
1200
°SR
Estudar a influência do teor de lignina Klason da madeira, em duas diferentes faixas de concentração, para produção de celulose kraft de
madeiras de E. globulus e seus efeitos no processo de cozimento da madeira e de refino das celuloses obtidas.
51,0
41,4
14,5
1250
S5%
42,0
OBJETIVO
52,0
41,6
Viscosidade, cm³/g
Alvura, % ISO
44,0
Estouro, kPa.m²/g
A escolha da espécie E. globulus para realização deste estudo foi devido ao menor teor de lignina que esta espécie apresenta em comparação
às espécies tradicionalmente usadas no Brasil, bem como as boas características que o papel resultante apresenta e também pela adaptação
desta espécie às condições climáticas do Sul.
15,0
1300
Elongação, %
JUSTIFICATIVA
46,0
Indice de tração, N.m/g
INTRODUÇÃO
O crescente avanço global tem gerado o aumento da competitividade e da busca constante pela perfeição no produto final, ou seja, o papel
ideal destinado à finalidade desejada. A tecnologia moderna e matéria-prima de qualidade tem possibilitado o crescimento do mercado
papeleiro. E, juntamente com a expansão das indústrias deste setor, todos os nichos envolvidos também cresceram. Nunca se plantou tantas
florestas fornecedoras de madeira com tanta qualidade. Com a clonagem de matrizes que beiram à perfeição, devido ao cruzamento genético
de indivíduos com características destacadas, é possível encontrar povoamentos inteiros de Eucalyptus perfeitamente manejados.
O estudo das propriedades da madeira do eucalipto tem destacado as qualidades encontradas nas espécies mais importantes do gênero no
setor papeleiro. O E. globulus há tempos é destaque em outros países para este fim, suas características são dadas como excelentes. No
Brasil, sua implantação na região sul, possibilitou o surgimento de mais uma fonte de qualidade e rendimento. As propriedades da madeira,
densidade básica, lignina, celulose, hemicelulose e extrativos, constituem as características da madeira de maior impacto sobre o custo e a
produtividade da indústria de polpa kraft, sendo que, os teores de lignina e extrativos são considerados como características químicas
fundamentais, uma vez que influenciam diretamente o consumo de álcali, rendimento e o potencial de produção.
24
26
28
30
32
34
36
°SR
Lig. alta
Polinômio (Lig. alta)
Figura 13. Relação entre resistência ao ar
Gurley e Grau Schopper Riegler.
Lig. baixa
Potência (Lig. baixa)
Lig. alta
Polinômio (Lig. alta)
Figura 14. Relação entre ascensão capilar
e Grau Schopper Riegler.
CONCLUSÕES
•Os volumes e pesos secos das árvores, que são características importantes para produtividade florestal, apresentaram coeficientes de
variação entre árvores acima de 34%. Mostrando a influência das condições edafoclimáticas do local sobre o povoamento , implicando em uma
heterogeneidade ampla;
As árvores com distintos teores de lignina comportaram-se de maneira diferente. As madeiras com baixo teor de lignina insolúvel ( média de
20,53%) tiveram melhor desempenho durante a conversão à celulose, apresentando maior rendimento depurado (média de 53,0%), menor
consumo de álcali efetivo (média de 15,1%) e maior viscosidade (média de 1215 cm³/g);
As polpas produzidas a partir das madeiras com alto teor de lignina (média de 23,02%) apresentaram o menor rendimento depurado (média
de 50,7%) para um consumo de álcali efetivo relativamente maior (média de 15,7%) e uma viscosidade inferior (média de 1133 cm³/g);
O teor de rejeitos variou de 0,09 a 0,25 % para polpas com baixo teor de lignina, a alvura variou de 37,79 a 44,28 %ISO e o S5% variou de
12,9 a 14,6 %. Sendo que o número kappa para estas polpas ficou entre 16,2 e 18,2. Para as polpas obtidas das madeiras com alto teor de
lignina, o teor de rejeitos variou de 0,04 a 0,28 %, a alvura variou de 38,32 a 45,78 %ISO, o S5% variou de 13,5 a 14,6 % e o número kappa
destas polpas ficou entre 16,2 e 18,0;
Analisando o aspecto das resistências físico-mecânicas das polpas não-branqueadas, pode-se afirmar que o teor de lignina e, possivelmente,
a viscosidade das celuloses dos dois tipos, influenciaram significativamente no gasto de energia de refino. A energia no PFI necessária para
refinar as polpas com baixo teor de lignina foi maior, média de 200 rotações a 25°SR e média de 600 rotações a 30°SR. Já para refinar as
polpas com alto teor de lignina, a 25°SR praticamente não houve gasto de energia e a 30°SR o valor médio foi de 100 rotações;
Com relação aos testes físico-mecânicos aplicados nas folhas resultantes das polpas marrons refinadas, pôde-se observar que as polpas das
madeiras com baixo teor de lignina apresentaram os melhores resultados para resistência à tração, resistência ao estouro e ao rasgo. A
absorção de água e a porosidade dessas celuloses foram também maiores. Para as resistências à tração, ao estouro e ao rasgo e para
absorção de água, os diferentes teores de lignina exerceram maior influência a 30°SR. As diferenças aumentaram a medida que aumentava o
grau de refino;
Como conclusão geral, é possível afirmar que o menor teor de lignina da madeira em árvores selecionadas de Eucalyptus globulus afeta não
somente a facilidade de deslignificação e o rendimento de conversão da madeira à celulose, mas também as qualidades físico-mecânicas das
polpas obtidas pela capacidade de lignificação das fibras e pela maior viscosidade encontrada para mesmos números kappa. Os resultados são
muito melhores quando se trabalha com as árvores com madeiras de menor teor de lignina, confirmando que a composição química da madeira
é uma característica que exerce grande impacto sobre o custo, a produtividade e a qualidade do produto final na indústria. O teor de lignina de
uma madeira dever ser considerado como um parâmetro fundamental no processo de escolha da matéria-prima a nível industrial, pois exerce
influência direta e importante sobre o consumo de álcali, rendimento da deslignificação, potencial de produtividade industrial no digestor e,
principalmente, o nível de qualidade do produto final.