Author(s):
Santos, Felipe Rebuzzi dos 
Date: 2005
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/3080
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Pasta de papel; Celulose; Indústria do papel
Description
A hornificação pode ser definida como um conjunto de fenómenos físicoquímicos
que ocorre durante a remoção de água da pasta. Este fenómeno está
associado com as mudanças estruturais que ocorrem nas cadeias de
polissacarídeos tornando a fibra mais rígida, colapsada e com menor
capacidade de intumescimento em água. Estas mudanças estruturais são
quase irreversíveis uma vez que as propriedades iniciais não são restauradas
após a re-humidificação da fibra. A hornificação é responsável pela diminuição
drástica das propriedades papeleiras da pasta e, especialmente, da fibra
reciclada. Recentemente, tem sido investigado o efeito das hemiceluloses na
hornificação da pasta, embora a informação disponível seja escassa e por
vezes controversa. Particularmente, o efeito da glucuronoxilana (GX) na
hornificação da pasta kraft de E. globulus é pouco conhecido. Este trabalho
tem como objectivo avaliar o relacionamento entre a abundância de GX na
pasta kraft de E. globulus e a sua tendência para a hornificação. As mudanças
estruturais na celulose foram esclarecidas com a presença de GX. As
características das pastas kraft de E. globulus e da pasta ácida ao sulfito foram
comparadas através do fenómeno de hornificação. Foram usadas como
matéria-prima neste trabalho pasta ao sulfato industrial (kraft) branqueada,
convencionalmente seca e nunca seca, e pastas ao sulfito (90% ISO). O
conteúdo de GX é de 16,8% nas pastas kraft e 6,0% nas pastas ao sulfito. A
viscosidade intrínseca (1000-1100 cm3/g) e a biometria das fibras de ambas as
pastas são semelhantes. A percentagem de hornificação foi calculada baseada
na capacidade de retenção de água das pastas (WRV) obtendo-se
percentagens de hornificação notáveis depois do processo de secagem: os
valores são duas vezes superiores para a pasta ao sulfito e permanecem
mesmo depois da refinação das pastas. As propriedades físicas principais das
pastas confirmam, em geral, o efeito negativo da hornificação sendo quase
50% mais alto para pastas kraft. Para verificação do efeito da GX na
hornificação da pasta ao sulfato (kraft) nunca seca extraiu-se gradualmente as
GX da pasta com 10% KOH, diminuindo o conteúdo de GX de 16,8% para
13,4; 9,3; 6,8 e 4,0 %. Esta remoção gradual da GX levou à hornificação
progressiva da pasta. Surpreendentemente, para uma mesma quantidade de
GX nas duas pastas, a pasta ao sulfito demonstra uma maior percentagem de
hornificação que a pasta ao sulfato (kraft).
Este facto foi explicado pela diferença na estrutura e quantidade de GX na
parede celular das duas pastas assim como pela diferença na estrutura
supramolecular da celulose. As mudanças na estrutura da celulose durante a
secagem foram avaliadas por análise de difracção de Raio X e 13C RMN no
estado sólido. O grau de cristalinidade (GC) aumentou cerca de 1-3% para
pastas após a secagem. Este fenómeno foi atribuído à recristalização parcial
da parte amorfa da celulose paracristalina em vez da cocristalização parcial e
formação de cocristalitos pelas fibrilas elementares, como foi já proposto por
vários autores. O GC da pasta ao sulfato e o comprimento médio do cristalito
aumentou progressivamente com a remoção das GX. Assim, as hemiceluloses
previnem a formação de agregados de microfibrilas e a sua remoção afecta a
estrutura supramolecular da celulose.
ABSTRACT: The hornification could be defined as a complex of physico-chemical
phenomena occurring during the removal of water from pulp. The former is
associated with the structural changes in polymer chains of polysaccharides
leading to the fibre stiffening, surface collapse and to the limited swelling in
water. In a significant degree these structural changes are irreversible, i.e. no
initial properties are restored after the fibre re-wetting. The hornification is
responsible for the drastic decrease of the papermaking properties of pulp and,
especially, of recycled fibres. Recent years an attention was paid to the effect
of hemicelluloses on the pulp hornification. This information, however, is scarce
and, sometimes, controversial. Particularly the effect of glucuronoxylan (GX) on
the hornification of eucalypt kraft pulp is unknown. In this work the effort was
done to evaluate the relationship between the GX abundance in Eucalyptus
globulus kraft pulp and its ability to hornification. The structural changes in
cellulose were elucidated in the context of GX presence. The hornification
features of the eucalypt kraft and the acid sulphite pulp were compared.
Never dried and conventionally dried industrial bleached kraft and sulphite
pulps (90% ISO) were used in this work. The GX contents were 16.8% and
6.0% in the kraft and in the sulphite pulps, respectively. The intrinsic viscosity
(1000-1100 cm3/g) and fibre biometrics of both pulps were similar. The degree
of the hornification was estimated based on the water retention capacity of
pulps (WRV).
Both kraft and sulphite eucalypt pulps showed the remarkable hornification
after drying, which was almost twice for the sulphite pulp and remained after
the pulps beating. The main physical properties of pulps corroborated, in
general, with the negative hornification effect being almost 50% higher for the
kraft pulp. Aiming to verify the GX effect on the hornification, the never dried
kraft pulp was gradually extracted with 10% NaOH thus decreasing the GX
content from 16.8% to 13.4, 9.3, 6.8 and 4.0 %. This gradual GX removal led to
the progressive hornification of the pulp. Surprisingly, for the similar GX content
the sulphite pulp showed remarkably higher degree of the hornification than the
kraft pulp. This fact was tentatively explained by the difference in structure and
in occurrence of GX in cell wall layers of two pulps as well as by difference in
the cellulose supramolecular structure.
The changes in cellulose structure during drying were assessed by X-Ray
analysis and solid state 13C NMR. The degree of the crystallisation (DC) was
always higher (1-3%) after the pulp drying. This feature was explained by the
partial re-crystallisation of amorphous part of cellulose rather than by partial cocrystallisation
of crystallites in neighbouring elementary fibrils proposed earlier
by several researchers. The DC of kraft pulp (and the average length of
crystallites) increased progressively with GX removal. Therefore, besides the
prevention of microfibrils aggregation, suggested previously by other
researchers, GX affects the changes in the cellulose supramolecular structure. Mestrado em Engenharia dos Processos de Produção de Pasta para Papel
