BR112018067766B1 - Método para formar uma polpa a partir de uma matéria-prima celulósica e polpa compreendendo fibras de celulose reticuladas - Google Patents
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Abstract
Trata-se de polpas, de acordo com certas modalidades, que incluem fibras de celulose reticuladas e que têm alto brilho, reatividade e viscosidade intrínseca e, por essa razão, podem ser bem adequadas para uso como um precursor na produção de derivados de celulose de cor inferior, alta viscosidade. Um método, de acordo com a presente tecnologia, inclui formar uma polpa a partir de uma matéria-prima celulósica, branquear a polpa, reticular as fibras de celulose dentro da polpa, enquanto a polpa tem uma alta consistência, e secar a polpa. Reticular as fibras de celulose pode incluir expor as fibras a um reticulador de éter glicídico que tem dois ou mais grupos glicidila e um peso molecular por epóxido dentro de uma faixa de 140 a 175. Outro método, de acordo com a presente tecnologia, inclui fornecer uma suspensão aquosa de polpa que inclui fibras químicas de polpa de madeira que foram previamente branqueadas e secas, reticular as fibras com tal éter glicídico reticulador e secar a polpa.
Description
[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório no US62/299.894, depositado em 25 de fevereiro de 2016, que está incorporado no presente documento a título de referência em sua totalidade. Na medida em que o pedido antecedente e/ou quaisquer outros materiais incorporados ao presente documento a título de referência entrarem em conflito com a presente revelação, a presente revelação predominará.
[002] A presente tecnologia está relacionada a produtos de celulose (por exemplo, polpa) e derivados de celulose (por exemplo, éteres de celulose).
[003] Os éteres de celulose (por exemplo, carboximetilcelulose, metilcelulose, etc.) formam soluções aquosas e estão disponíveis em vários graus, dependendo, em grande parte, da viscosidade dessas soluções. Os éteres de celulose de alta categoria que formam soluções aquosas mais viscosas tendem a ser mais valiosos do que os éteres de celulose de categoria menor que formam soluções aquosas menos viscosas. A capacidade de um determinado éter de celulose formar uma solução aquosa mais viscosa está estritamente relacionada ao grau de polimerização e/ou outras propriedades do precursor de celulose a partir do qual o determinado éter de celulose é produzido. O éter de celulose de alta categoria é convencionalmente produzido a partir de polpa de categoria solúvel (por exemplo, polpa de línteres de algodão), enquanto o éter de celulose de categoria média e categoria baixa é convencionalmente produzido a partir de polpas de madeira de custo inferior. As categorias de polpa referidas nesta revelação são discutidas adicionalmente em Herbert Sixta, Handbook of Pulp, Wiley-Vch (2006), que está incorporado no presente documento a título de referência em sua totalidade. O grau de polimerização da maioria das polpas de madeira não excede cerca de 1.500. Em contraste, a polpa de categoria solúvel tem frequentemente um grau de polimerização de 2.400 ou maior. Infelizmente, a polpa de categoria solúvel tende a ser dispendiosa. As tentativas da técnica anterior de modificar polpas de baixo custo para a produção de derivados de celulose de alta categoria tiveram apenas sucesso limitado. Consequentemente, há uma necessidade de inovação adicional nesse campo.
[004] Muitos aspectos da presente tecnologia podem ser mais bem compreendidos em referência às Figuras 1 e 2.
[005] A Figura 1 é um fluxograma que ilustra um método para preparar a polpa em conformidade com uma modalidade da presente tecnologia.
[006] A Figura 2 é um fluxograma que ilustra um método para preparar a polpa em conformidade com outra modalidade da presente tecnologia.
[007] Os métodos para preparar a polpa, os sistemas e as composições relacionados, em conformidade com as modalidades da presente tecnologia, podem, pelo menos parcialmente, solucionar um ou mais problemas associados às tecnologias convencionais, independentemente da possibilidade de tais problemas serem apresentados ou não no presente documento. Por exemplo, os métodos em conformidade com pelo menos algumas modalidades da presente tecnologia permitem que a polpa de baixo custo sirva como um precursor na produção de éteres de celulose de alta categoria e/ou outros derivados de celulose (por exemplo, ésteres de celulose). A polpa Kraft, por exemplo, é, de longe, menos dispendiosa e mais amplamente disponível do que a polpa de categoria solúvel. Quando a polpa Kraft padrão é usada como um precursor para a produção de éteres de celulose, entretanto, os éteres de celulose resultantes tendem a ser de baixa categoria.
[008] As propriedades desejáveis em uma polpa para uso na produção de derivados de celulose incluem alto brilho e alta viscosidade. O alto brilho em uma polpa pode fazer com que os derivados de celulose produzidos a partir da polpa tenham pouca ou nenhuma coloração. Em muitos produtos produzidos com derivados de celulose (por exemplo, tecidos médicos, alimentos, parede de gesso, etc.), é indesejável que os derivados de celulose confiram coloração aos produtos. De modo similar, nessas e em outras aplicações, tende a ser útil que os derivados de celulose tenham alta viscosidade enquanto ainda permanecem solúveis em água. Consequentemente, os derivados de celulose com pouca ou nenhuma coloração e alta viscosidade tendem a ser mais dispendiosos do que os derivados de celulose com coloração significativa e baixa viscosidade. A alta reatividade em uma polpa aumenta a eficiência de reações de funcionalização (por exemplo, eterificação) usadas para converter a polpa em derivados de celulose. A reatividade de uma polpa está estritamente relacionada ao grau ao qual as superfícies de fibras de celulose na polpa entram em contato com moléculas de água em que um agente de funcionalização é distribuído para as superfícies. Maior contato entre essas superfícies e moléculas de água também aumenta o grau ao qual a polpa retém água. Consequentemente, as polpas com valores maiores de retenção de água também tendem a ser polpas com maior reatividade.
[009] Diversos processos convencionais, em certo grau, têm sido bem- sucedidos em aumentar a capacidade de a polpa Kraft produzir éteres de celulose que formam soluções aquosas de alta viscosidade. Infelizmente, esses processos convencionais têm sido realizados invariavelmente ao custo de outras propriedades desejáveis nos éteres de celulose e/ou ao custo de rendimentos de processo. Por exemplo, alguns processos convencionais incluem reduzir ou eliminar o branqueamento no processo Kraft. As polpas resultantes desses processos tendem a ter teores altos de lignina e, de modo correspondente, baixo brilho. Isso leva à coloração indesejável em éteres de celulose produzidos a partir dessas polpas. Conforme outro exemplo, alguns processos convencionais incluem aumentar a remoção de hemicelulose da polpa Kraft. Esses processos, entretanto, têm baixos rendimentos devido à remoção do volume que a hemicelulose fornece. Ademais, as polpas resultantes desses processos tendem a ter baixa reatividade devido à conversão de celulose constituinte de celulose-I em celulose-II. As reações de reticulação convencionais tipicamente também reduzem o valor de retenção de água (e reatividade) de uma polpa. Mesmo permitindo baixo brilho, baixo rendimento e/ou baixa reatividade, os processos convencionais para modificar a polpa de baixo custo ainda não conseguiram produzir polpa adequada para produzir éteres de celulose que formem soluções aquosas com viscosidades tão altas quanto aquelas de derivados de celulose produzidos a partir de polpas de éter de categoria solúvel de alta viscosidade.
[0010] Os métodos, em conformidade com pelo menos algumas modalidades da presente tecnologia, incluem reticular a polpa à consistência relativamente alta (por exemplo, consistência maior do que ou igual a 12%). Esses métodos podem incluir adicionalmente reticular a polpa com um reticulador selecionado para aumentar o valor de retenção de água da polpa. Os reticuladores bem adequados para esse propósito incluem, por exemplo, reticulador de éter glicídico que tem dois ou mais grupos glicidila e um peso molecular por epóxido dentro de uma faixa de 140 a 175. Constatou-se de maneira surpreendente que reticular a polpa a uma consistência relativamente alta e usar esse tipo de reticulador faz com que a polpa de baixo custo (por exemplo, polpa Kraft) se torne adequada para a produção de derivados de celulose de alta categoria com pouca ou nenhuma redução associada em brilho, rendimento, reatividade e/ou outras propriedades desejáveis de polpa.
[0011] As polpas Kraft não reticuladas convencionais tendem a ter menor reatividade do que outras polpas químicas, tais como polpas sulfito (isto é, polpas produzidas extraindo-se lignina da madeira usando essencialmente sais de ácido sulfuroso). Em pelo menos algumas modalidades da presente tecnologia, entretanto, a polpa Kraft reticulada tem reatividade relativamente alta. Unicamente a título de teoria e sem desejar se limitar à tal teoria, isso pode ser devido à presença de reticulações que adicionam espaço extra de maneira uniforme entre cadeias de celulose. Os reticuladores de cadeia mais longa (por exemplo, éter poliglicídico) podem produzir polpa reticulada com maior reatividade do que reticuladores de cadeia mais curta (por exemplo, 1,3-dicloro- 2-hidroxipropanol (DCP)) sob condições similares de reticulação. As polpas reticuladas com reticuladores de cadeia mais longa podem ter índices de cristalinidade menores do que aqueles de polpas de partida e muito menores do que aqueles de polpa de madeira sulfito de categoria solúvel e polpa de línteres de algodão. Reticular a polpa Kraft em vez de polpa sulfito para aplicações de éter de alta viscosidade pode ser vantajoso em pelo menos alguns casos, visto que Kraft é o processo de polpação dominante, tem maior rendimento (maior teor de hemicelulose), menor custo e é mais ecológico do que os processos de polpação sulfito.
[0012] Em processamento Kraft convencional, a polpa é mantida em consistência relativamente baixa (por exemplo, consistência menor, ou igual a 10%). À medida que a consistência de polpa aumenta, torna-se mais difícil fluir a polpa através de canos e misturar a polpa. Portanto, qualquer reticulação em processos convencionais para modificar a polpa Kraft para aumentar seu potencial para produção de derivados de celulose de alta categoria também tem sido realizada a uma consistência relativamente baixa. Uma das constatações surpreendentes associadas a pelo menos algumas modalidades da presente tecnologia é que o aumento da consistência de polpa durante a reticulação pode aumentar o valor de retenção de água da polpa reticulada. Com essa e/ou outras constatações associadas a pelo menos algumas modalidades da presente tecnologia, é finalmente possível produzir polpa Kraft que seja um substituto real e/ou um extensor adequado de polpa de categoria solúvel dispendiosa na produção de derivados de celulose de alta categoria.
[0013] Os detalhes específicos de métodos para preparar a polpa e de sistemas e composições relacionados, em conformidade com diversas modalidades da presente tecnologia, são descritos no presente documento em referência às Figuras 1 e 2. Embora os métodos e sistemas e composições relacionados possam ser revelados no presente documento essencial ou inteiramente no contexto de modificação de polpa Kraft para a produção de derivados de celulose, outros contextos além daqueles revelados no presente documento estão dentro do escopo da presente tecnologia. Por exemplo, recursos adequados de métodos, sistemas e composições descritos podem ser implantados no contexto de polpa sulfito ou até mesmo no contexto de polpa de categoria solúvel. Conforme outro exemplo, os recursos adequados de métodos, sistemas e composições descritos podem ser implantados no contexto de modificação de polpa Kraft ou outra polpa para usos além da produção de derivados de celulose, tais como produção de produtos de papel especializados.
[0014] Deve-se entender, em geral, que outros métodos, sistemas e composições, além daqueles revelados no presente documento, estão dentro do escopo da presente tecnologia. Por exemplo, métodos, sistemas e composições, em conformidade com as modalidades da presente tecnologia, podem ter operações, componentes, configurações, etc. diferentes e/ou adicionais daqueles revelados no presente documento. Ademais, uma pessoa de habilidade comum na técnica entenderá que os métodos, sistemas e composições, em conformidade com as modalidades da presente tecnologia, podem ser desprovidos de determinadas operações, componentes, configurações, etc. revelados no presente documento sem que se desvie da presente tecnologia.
[0015] AOX: halogenetos orgânicos adsorvíveis, conforme determinado pelo Método EPA 1650A.
[0016] Teor de Cinza: Determinado por TAPPI T 211 om-07.
[0017] ASTM: Sociedade Americana para Testagem e Materiais
[0018] Brilho: Determinado por TAPPI T 525 om-12.
[0019] Viscosidade Capilar: Determinada por TAPPI T 230 om-99.
[0020] Teor de Carboxila: Determinado por TAPPI T 237 om-08
[0021] Capacidade Centrífuga: Determinada pelo método correspondente revelado na Patente no US 8.039.683, que está incorporada no presente documento a título de referência em sua totalidade.
[0022] CMC: carboximetilcelulose.
[0023] Aspereza: Determinada pelo método correspondente revelado na Patente no US 6.685.856, que está incorporada no presente documento a título de referência em sua totalidade.
[0024] Índice de Cristalinidade: Determinado pelo método correspondente de Lionetto et al., "Monitoring Wood Degradation during Weathering by cellulose Crystallinity," Materials, 5, 1910 a 1922 (2012), que está incorporado no presente documento a título de referência em sua totalidade.
[0025] Solubilidade de Cuen: Solubilidade em cuprietilenodiamina sob as condições de TAPPI T 254 cm-00.
[0026] Índice de Curvatura: Determinado pelo método correspondente revelado na Patente no US 6.685.856, que está incorporada no presente documento a título de referência em sua totalidade.
[0027] Grau de Polimerização: O número de monômeros D-glicose em uma molécula de celulose, conforme medido por ASTM-D1795-96. Grau médio de polimerização se refere ao número médio de moléculas de D-glicose por polímero de celulose em uma população de polímeros de celulose.
[0028] Grau de Substituição (DS): Determinado por ASTM D 143903.
[0029] DWP: polpa de madeira solúvel.
[0030] Viscosidade de Queda de Bola (FB): Determinado por TAPPI T 254 cm-00.
[0031] Grau de refino: Grau de Refino Padrão Canadense (Canadian Standard Freeness) conforme determinado por TAPPI T 227 om-04.
[0032] Expansão Livre: Determinada pelo método correspondente revelado na Patente no US 8.039.683, que está incorporada no presente documento a título de referência em sua totalidade.
[0033] Teor de Hemicelulose: A soma de teor de manana e xilana, conforme determinado pelo método descrito nos Exemplos 6 e 7 da Patente no US 7.541.396, que está incorporada no presente documento a título de referência em sua totalidade. Esse teste baseia-se em TAPPI T 249 cm00 com análise por cromatografia de íons Dionex.
[0034] HPLC: Cromatografia Líquida de Alto Desempenho.
[0035] Viscosidade Intrínseca (IV): Determinada por ASTM D179596.
[0036] ISO: Organização Internacional para Padronização.
[0037] Número Kappa: Determinado por ISO 302:2004.
[0038] Ângulo de Enroscamento: Determinado pelo método correspondente revelado na Patente no US 6.685.856, que está incorporada no presente documento a título de referência em sua totalidade.
[0039] Índice de Enroscamento: Determinado pelo método correspondente revelado na Patente no US 6.685.856, que está incorporada no presente documento a título de referência em sua totalidade.
[0040] Teor de lignina: Determinado pelo método descrito nos Exemplos 6 e 7 da Patente no US 7.541.396, que está incorporada no presente documento a título de referência em sua totalidade.
[0041] MCA: ácido monocloroacético.
[0042] NCASI: Conselho Nacional para Aperfeiçoamento de Ar e Corrente.
[0043] Seco em Forno (OD): Seco a menos do que ou igual a 7% de umidade em peso.
[0044] R18: Medido por TAPPI T 235 cm-00.
[0045] Viscosidade de CMC Resultante: Refere-se à viscosidade de uma solução a 0,5% de CMC resultante de acordo com o Método de Testagem de CMC Resultante abaixo.
[0046] Coloração de CMC Resultante: Vide método de Testagem de CMC Resultante abaixo.
[0047] Turbidez de CMC Resultante: Vide método de Testagem de CMC Resultante abaixo.
[0048] TAPPI: Associação Técnica da Indústria de Polpa e Papel (Technical Association of the Pulp and Paper Industry).
[0049] Teor de Metal de Transição: Determinado pelo método EPA SW-856 3050, 200.8.
[0050] US EPA: Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (United States Environmental Protection Agency).
[0051] Valor de Retenção de Água (WRV): Determinado por TAPPI T UM256M (2011).
[0052] Volume Molhado: Determinado pelo método correspondente revelado na Patente no US 8.722.797, que está incorporada no presente documento a título de referência em sua totalidade.
[0053] WPE: peso por epóxido.
[0054] Ao longo desta revelação, as propriedades de polpa podem ser caracterizadas em termos de propriedades de "CMC resultante". Essas são propriedades de CMC que a polpa pode ser usada para produzir, em que a CMC serve como um exemplo representativo de um derivado de celulose. Deve-se entender que a CMC não é o único derivado de celulose que polpas, em conformidade com as modalidades da presente tecnologia, podem ser usadas para produzir. As propriedades de CMC resultantes de uma determinada polpa descritas no presente documento são determinadas pelo procedimento a seguir. Detalhes adicionais em consideração a esse procedimento podem ser encontrados em Nevell T.P. and Zeronian S., Cellulose Chemistry and its Applications, Capítulo 15-Cellulose Ethers (1985), que está incorporado no presente documento a título de referência em sua totalidade.
[0055] Primeiramente, determinar o grau de substituição da polpa.Se o grau de substituição da polpa for pelo menos 1,0, prosseguir conforme especificado abaixo. Se o grau de substituição da polpa for menor, ou igual a 1,0, prosseguir conforme especificado abaixo, mas usar 6,4 ml (em vez de 8,0 ml) de solução de NaOH a 30% e 2,9 g (em vez de 3,6 g) de MCA. Formar uma pasta fluida de uma amostra de 3 g (seca em forno) da polpa (em fibras) em 80 ml de isopropanol. Adicionar 8,0 ml de solução de NaOH a 30% ao longo de um período de 3 minutos. Agitar a suspensão por 1 hora a 20 °C. Adicionar 3,6 g de MCA (como 15,2 ml de uma solução de 23,6 g de MCA / 100 ml de isopropanol) ao longo de um período de 3 minutos. Aumentar a temperatura para 55 °C em 25 minutos e continuar a agitar durante 3,5 horas. Drenar a CMC fibrosa resultante e lavar com etanol a 70%. Fazer com que a amostra atinja a neutralidade (pH 7.0) com ácido acético e, em seguida, filtrar. Lavar o bolo de filtro novamente com etanol a 70% a 20°C e filtrar. Repetir a lavagem e a filtragem por mais uma lavagem com etanol a 70% a 20 °C e, então, por mais 3 lavagens com etanol desnaturado a 100% a 20 °C. Secar a amostra ao ar para sólidos a 70 a 85% para formar a CMC resultante. Testar uma solução a 0,5% da CMC resultante com um viscosímetro Brookfield com o uso de eixo 2 e 50 RPM a 20 °C de acordo com o método ASTM D2196-99 para determinar viscosidade de CMC resultante. Testar uma solução a 0,5% da CMC resultante pelo método US EPA 180.1 para determinar turbidez de CMC resultante e uma solução a 0,013% da CMC resultante pelo Método NCASI TB253 para determinar coloração de CMC resultante.
[0056] Exemplos de materiais de partida adequados para preparar a polpa, em conformidade com as modalidades da presente tecnologia, incluem madeira e papel reciclado. Em pelo menos algumas modalidades, o material de partida nunca é seco. Em pelo menos algumas modalidades, o material de partida é seco. Na indústria de polpação de madeira, as árvores são convencionalmente classificadas tanto como madeira dura ou madeira macia. A polpa para uso como material de partida pode ser derivada de uma espécie de árvore de madeira macia ou madeira dura. Exemplos de espécies de árvore de madeira macia adequados incluem abeto (por exemplo, abeto de Douglas e abeto balsâmico), pinho (por exemplo, pinho branco oriental e pinho loblolly), espruce (por exemplo, espruce branco), larício (por exemplo, larício oriental), cedro, e cicuta (por exemplo, cicuta oriental e cicuta ocidental). Exemplos de espécies de madeira dura adequados incluem acácia, amieiro (por exemplo, amieiro vermelho e amieiro negro europeu), álamo (por exemplo, álamo tremulante), faia, bétula, carvalho (por exemplo, carvalho branco), árvores de goma (por exemplo, eucalipto e liquidâmbar), choupo (por exemplo, choupo balsâmico, algodão americano, algodão negro e choupo amarelo), gmelina e bordo (por exemplo, bordo de açúcar, bordo vermelho, bordo prateado e bordo de folha larga).
[0057] Madeira de espécies de madeira macia ou madeira dura geralmente inclui três componentes principais: celulose, hemicelulose e lignina. A celulose constitui cerca de 50% da estrutura lenhosa de plantas e é um polímero não ramificado de monômeros D-glicose. Cadeias de polímero de celulose individuais se associam para formar microfibrilas mais espessas que, por sua vez, se associam para formar fibrilas dispostas em feixes. Os feixes formam fibras que são visíveis como componentes da parede celular de planta quando vistas em alta ampliação sob um microscópio de luz ou um microscópio eletrônico de varredura. A celulose é altamente cristalina como um resultado de ligação de hidrogênio intramolecular e intermolecular extensiva. Hemicelulose é um grupo heterogêneo de polímeros de carboidrato de baixo peso molecular tais como xilana e manana que são associados à celulose em madeira. Hemiceluloses são polímeros ramificados amorfos, em contraste à celulose que é um polímero linear. A lignina é um polímero aromático complexo e compreende cerca de 20% a 40% de madeira em que ocorre como um polímero amorfo.
[0058] Conforme observado acima, algumas modalidades envolvem o uso de polpa nunca seca como um material de partida para a produção de polpa em conformidade com a presente revelação. Na maioria dos moinhos de polpa, a polpa produzida pelo processo de polpação química (tal como o processo Kraft) é seguida por um processo de branqueamento para deslignificar e alvejar adicionalmente a polpa. A polpa branqueada é, então, desidratada e seca para transporte. As modalidades em que a polpa nunca seca é usada podem envolver um processo Kraft modificado, em que a polpa produzida por polpação Kraft é, então, tratada com um reticulador antes de secagem, para produzir uma polpa reticulada. Por exemplo, a polpa pode ser tratada com um reticulador durante o processo de branqueamento, tal como entre dois estágios de branqueamento, ou durante ou após um estágio de branqueamento selecionado. Essa abordagem pode ser vantajosa em que a etapa de reticulação pode ser integrada seletivamente ao processo Kraft padrão empregado em um moinho, permitindo capacidade de produção oscilante. Ademais, reticuladores adequados para a produção de polpas, em conformidade com a presente revelação, geralmente exigem um meio aquoso, que é fornecido no processo de branqueamento.
[0059] Um exemplo ilustrativo de um processo Kraft modificado é descrito abaixo em conjunto com a Figura 1.
[0060] Em geral, o processamento Kraft envolve digerir quimicamente matéria-prima celulósica (por exemplo, lascas de madeira) à temperatura e pressão elevadas em licor branco, que é uma solução aquosa de produtos químicos de cozimento (por exemplo, sulfeto de sódio e hidróxido de sódio). Os produtos químicos de cozimento dissolvem lignina que liga em conjunto fibras de celulose dentro da matéria-prima. Quando essa digestão química estiver concluída, a polpa é transferida para um tanque atmosférico conhecido como um "tanque de purgação". Os conteúdos do tanque de purgação são, então, enviados para tanques de lavagem de polpa, onde os produtos químicos de cozimento usados são separados da polpa. A polpa prossegue, então, por vários estágios de lavagem e branqueamento, após os quais é prensada e seca em um produto acabado.
[0061] O processo Kraft é projetado para recuperar os produtos químicos de cozimento e calor. Por exemplo, produtos químicos de cozimento usados e água de lavagem de polpa podem ser combinados para formar um licor negro fraco que é concentrado em um sistema de evaporador de múltiplos efeitos para cerca de 55% de sólidos. O licor negro pode, então, ser concentrado adicionalmente para sólidos a 65% em um evaporador de contato direto colocando o licor em contato com gases de combustão a partir de um forno de recuperação ou em um concentrador de contato indireto. O licor negro forte pode, então, ser queimado em um forno de recuperação. A combustão de orgânicos dissolvidos no licor negro pode fornecer calor para gerar vapor de processo e para converter sulfato de sódio em sulfeto de sódio. Os produtos químicos inorgânicos presentes no licor negro podem acumular como uma fusão redutora de minérios na base do forno. A fusão redutora pode ser dissolvida em água para formar licor verde, que pode, então, ser transferido para um tanque de causticação onde cal virgem (óxido de cálcio) pode ser adicionada para converter a solução de volta para licor branco para retorno ao sistema de digestor. Um precipitado de lama de cal do tanque de causticação pode ser calcinado em um forno de calcinação de cal para regenerar cal virgem.
[0062] A Figura 1 é um fluxograma que ilustra um método exemplificativo 100 para preparar a polpa em conformidade com uma modalidade da presente tecnologia. Na modalidade ilustrada, o método 100 baseia-se em um processo Kraft. Em outras modalidades, equivalentes do método 100 podem ser baseados em outros processos adequados. Em referência à Figura 1, o método 100 pode incluir um processo de polpação 102 e um processo de pós-polpação 104. Dentro do processo de polpação 102, o método 100 pode incluir carregar lascas (bloco 106) e aquecer as lascas previamente com vapor (bloco 108). Vapor em pressão atmosférica pode ser usado para pré-aquecer as lascas e afastar o ar para aprimorar a penetração de licor. Após aquecimento prévio -com vapor, o método 100 pode incluir adicionar produtos químicos (por exemplo, NaOH, Na2S e/ou outros produtos químicos adequados) às lascas (bloco 110). Por exemplo, os produtos químicos podem ser adicionados como um licor de cozimento. As lascas de madeira e o licor de cozimento podem, então, ser alimentados em um digestor. Dentro do digestor, pode-se permitir que o licor de cozimento impregne as lascas de madeira (bloco 112). Boa penetração do licor de cozimento pode promover cozimento uniforme das lascas de madeira.
[0063] Após a impregnação, o método 100 pode incluir cozer as lascas de madeira e licor de cozimento em contato de líquido em direção à corrente (bloco 114) e contra a corrente (bloco 116). Em qualquer uma das operações, o licor de cozimento e lascas podem ser levados à temperatura. Em seguida, licor de lavagem pode ser introduzido na base do digestor de modo que flua de maneira contrária à corrente para a polpa cozida (bloco 118). O cozimento pode terminar quando a polpa encontra o licor de lavagem mais frio. Após a lavagem de digestor, os conteúdos de digestor podem ser purgados (bloco 120). A purgação de digestor pode envolver liberar madeira e licor à pressão atmosférica. A liberação pode ocorrer com uma quantidade suficiente de força para ocasionar a separação de fibra. Se desejado, o tanque de purgação pode ser equipado com equipamento de recuperação de calor para reduzir custos operacionais. Por fim, a polpa pode ser enviada a partir do tanque de purgação para um tanque de lavagem de polpa externo para a separação de licor negro da polpa (bloco 122).
[0064] Seguindo o processo de polpação 102, a polpa pode ser branqueada e as fibras de celulose dentro da polpa podem ser reticuladas. Em um processo Kraft padrão, o branqueamento ocorre sem a reticulação. O branqueamento tipicamente não causa uma redução substancial do teor de hemicelulose de uma polpa. Em vez disso, o branqueamento envolve remoção adicional de lignina residual com uma diminuição concomitante em comprimento e viscosidade de fibra de polpa. Durante o branqueamento, a polpa pode ser tratada com vários produtos químicos em diferentes estágios em uma usina de branqueamento. Os estágios podem ser realizados em vasos ou torres de modelo convencional. O branqueamento ocorre tipicamente como uma sequência de operações, tais como um ou mais estágios de branqueamento com diferentes agentes de branqueamento (por exemplo, oxigênio, dióxido de cloro, etc.), estágios de extração, outros estágios de tratamento, e assim por diante. A sequência de branqueamento pode ser identificada em termos da ordem das operações realizadas na sequência. Por exemplo, um exemplo de uma sequência de branqueamento é O-D-E-D. Tal sequência de branqueamento inclui um estágio de branqueamento oxigênio (um "estágio O"), seguido de um primeiro estágio de branqueamento com dióxido de cloro (um "estágio D"), seguido de um estágio de extração (um "estágio E" ou "estágio EOP" em que produtos químicos de branqueamento tais como peróxido ("P") e/ou oxigênio ("O") são misturados com cáustico para remover lignina), e um segundo estágio D. Diversos exemplos adicionais de processos de branqueamento são descritos nas Patentes nos US 6.331.354 e 6.605.350, que estão incorporadas no presente documento a título de referência em sua totalidade.
[0065] O processo de pós-polpação 104 pode incluir primeiramente branquear a polpa com oxigênio (bloco 124). Branquear a polpa com oxigênio tende a ser menos específico para a remoção de lignina do que branquear a polpa com dióxido de cloro. O branqueamento com oxigênio pode ocorrer em um reator de oxigênio sob pressão. Os reatores de oxigênio adequados e processos de branqueamento com oxigênio associados são descritos nas Patentes nos US 4.295.925, 4.295.926, 4.298.426 e 4.295.927, que estão incorporadas no presente documento a título de referência em sua totalidade. A quantidade de oxigênio adicionada à polpa pode estar dentro de uma faixa de 22,6 Kg a 36,2 Kg (50 a 80 libras) por tonelada de polpa. A temperatura durante o branqueamento com oxigênio pode estar dentro de uma faixa de 100 °C a 140 °C.
[0066] Após branquear a polpa com oxigênio, o método 100 pode incluir reticular as fibras de celulose dentro da polpa (bloco 126). Em pelo menos alguns casos, isso inclui adicionar um reticulador à polpa e permitir que uma reação de reticulação ocorra antes de processar adicionalmente a polpa. O reticulador pode ser selecionado para formar reticulações relativamente fortes (por exemplo, reticulações de éter em vez de reticulações de éster ou iônicas). As reticulações relativamente fortes podem ser preferenciais para enfraquecer reticulações, por exemplo, de modo que as reticulações sejam menos propensas a serem interrompidas por reações de funcionalização (por exemplo, eterificação) usadas para formar derivados de celulose. O reticulador pode ser adicionado a uma razão em peso em relação à polpa maior do que ou igual a 2:100, maior do que ou igual a 3:100, maior do que ou igual a 5:100, ou maior do que ou igual a outro limite inferior adequado. O limite superior pode ser uma quantidade máxima de reticulador que pode ser usada sem fazer com que CMC resultante da polpa se torne insolúvel em água. Em pelo menos alguns casos, um catalisador (por exemplo, NaOH, tetrafluoroborato de zinco, Zn(BF4)2) está presente durante a reticulação. De modo adicional ou alternativo, um tensoativo pode estar presente durante a reticulação, tal como para promover dispersão e penetração de reticulador. Um tensoativo pode ser especialmente útil em conjunto com um reticulador hidrofóbico.
[0067] Os reticuladores adequados incluem éteres, tais como éteres glicídicos que têm dois ou mais grupos glicidila. Por exemplo, o reticulador pode incluir um primeiro grupo glicidila, um segundo grupo glicidila, e tanto três ou quatro átomos de carbono de cadeia linear entre o primeiro e segundo grupos glicidila. De modo adicional ou alternativo, o reticulador pode ter peso molecular ponderal médio menor, ou igual a 500 (por exemplo, dentro de uma faixa de 174 a 500). Além disso, quando o reticulador é um epóxido, o reticulador pode ter um peso por epóxido menor, ou igual a 175 (por exemplo, dentro de uma faixa de 140 a 175). O reticulador pode ter uma viscosidade menor, ou igual a 500 cP a 25 °C. Em pelo menos algumas modalidades, o reticulador é pelo menos parcialmente insolúvel em água. Essa propriedade pode ser útil, por exemplo, para aumentar o contato entre o reticulador e fibras de celulose durante a reação de reticulação. Exemplos específicos de reticuladores adequados incluem éter de trimetiloletano triglicidilo, éter 1,4- butanodiol diglicidil, éter glicerol diglicidal, éter neopentil glicol diglicidil, éter de glicerol poliglicidil, éter de glicerol triglicidil, éter de etileneglicol diglicidil e éter de trimetilol propano triglicidil, entre outros.
[0068] Durante a reticulação, a polpa pode ter uma temperatura dentro de uma faixa de 50°C a 85°C. Além disso, a polpa pode ter um pH dentro de uma faixa de 9 a 14. Conforme discutido acima, a reticulação enquanto a consistência da polpa é relativamente alta pode ser útil para aumentar a capacidade de a polpa produzir derivados de celulose de alta categoria. A consistência da polpa durante toda ou uma porção (por exemplo, pelo menos 50% em tempo) da reticulação pode ser pelo menos 12% (por exemplo, dentro de uma faixa de 12% a 30%) ou pelo menos 15% (por exemplo, dentro de uma faixa de 15% a 30%). Por exemplo, a consistência da polpa pode ser aumentada (por exemplo, eliminando água por pressionamento) antes da reticulação. Quando o processamento de polpa adicional está para ocorrer após a reticulação, a consistência da polpa pode ser diminuída (por exemplo, adicionando-se água) após a reticulação. Devido à consistência relativamente alta e/ou outros fatores, a reticulação pode aumentar a reatividade (conforme medido pelo valor de retenção de água) e resistência alcalina (conforme medido por R18) da polpa. Em contraste, os processos de reticulação convencionais reduzem pelo menos tipicamente ou não afetam uma ou ambas essas propriedades desejáveis.
[0069] A polpa de reticulação, em conformidade com modalidades da presente tecnologia, pode ser usada em combinação com outras técnicas para aumentar a capacidade de a polpa produzir derivados de celulose de alta categoria. Por exemplo, o cozimento descrito acima no processo de polpação 102 pode ser relativamente brando. Com cozimento relativamente brando, menos lignina pode ser removida da polpa do que seria, de outro modo, o caso. Após o cozimento brando, a polpa pode ter um número kappa de 25 a 35 que indica a presença de lignina residual significativa. Conforme outro exemplo, o branqueamento e extração descritos abaixo no processo de pós-polpação (104) podem ser relativamente brandos. Diferentemente de modificar o processo Kraft adicionando-se extração cáustica forte e pré-hidrólise, as modificações supramencionadas ao processo Kraft podem aperfeiçoar de modo incremental a capacidade de a polpa Kraft produzir derivados de celulose de alta categoria sem comprometer indevidamente o brilho, rendimento e/ou reatividade.
[0070] Após reticular as fibras de celulose dentro da polpa, o método (100) pode incluir branquear a polpa com dióxido de cloro uma primeira vez (bloco 128). O branqueamento com dióxido de cloro tende a ser mais seletivo do que o branqueamento com oxigênio para remover lignina. A quantidade de dióxido de cloro adicionada à polpa pode estar dentro de uma faixa de 9 kg a 13,6 kg (20 a 30 libras) por tonelada de polpa. A temperatura durante o primeiro branqueamento com dióxido de cloro pode estar dentro de uma faixa de 50 °C a 85 °C. Após branquear a polpa com dióxido de cloro pela primeira vez, o método (100) pode incluir extração (bloco 130) para remover a lignina da polpa. A extração pode incluir adicionar peróxido de hidrogênio ou outro cáustico adequado à polpa. A quantidade de peróxido de hidrogênio adicionada à polpa pode estar dentro de uma faixa de 9 kg a 45,3 kg (20 a 100 libras) por tonelada de polpa. A temperatura durante a extração pode estar dentro de uma faixa de 75 °C a 95 °C. Em contraste à forte extração cáustica para remover hemicelulose, a extração para remover lignina pode ser relativamente branda. Por exemplo, a extração pode ser uma que não altera a estrutura de cristal das fibras de celulose.
[0071] Em referência novamente à Figura 1, após a extração, o método (100) pode incluir branquear a polpa com dióxido de cloro uma segunda vez (bloco 132). A quantidade de dióxido de cloro adicionada à polpa pode estar dentro de uma faixa de 4,5 kg a 13,6 kg (10 a 30 libras) por tonelada de polpa. A temperatura durante o segundo branqueamento com dióxido de cloro pode estar dentro de uma faixa de 60 °C a 90°C. O método (100) pode incluir ainda operações adicionais além das operações especificamente identificadas na Figura 1. Por exemplo, após qualquer uma dentre as operações no processo de pós-polpação (104), o método (100) pode incluir lavar a polpa. Isso pode ser útil, por exemplo, para remover excedentes, aumentar a consistência de polpa, e assim por diante.
[0072] Por exemplo, uma operação de lavagem pode ser usada para aumentar a consistência de polpa após branquear a polpa com oxigênio e antes de reticular a polpa. Uma operação de lavagem após reticular a polpa pode reduzir ou remover excedentes. Um exemplo de excedente é halogenetos orgânicos adsorvíveis ou compostos halogenados, que são tipicamente denominados AOX, e expressos como um teor de AOX de nível AOX, normalmente em partes por milhão (ppm). Tais halogênios orgânicos podem ser introduzidos por ou com vários reagentes e aditivos durante a produção de polpa, até mesmo se os processos de branqueamento livres de cloro elementar forem usados. Por exemplo, os reticuladores discutidos acima podem ser fontes de tais halogênios orgânicos. Alguns reagentes de reticulação podem conter intermediários de reação a partir de seus respectivos processos de síntese. Frequentemente, esses intermediários de reação não são reticuladores eficazes, e durante o processo de reticulação em que as fibras de polpa são expostas aos reagentes de reticulação, os intermediários permanecerão com as fibras de polpa e introduzirão, desse modo, halogênios orgânicos à polpa reticulada. Embora o teor de AOX não seja, em geral, alto o suficiente para afetar de modo adverso a capacidade de a polpa produzir éteres de celulose adequados, exigências especiais de manuseio para AOX e outros materiais excedentes em água residual de processamento podem aumentar os custos. Como tal, pode ser desejável reduzir o nível e teor de AOX de outros materiais excedentes na polpa reticulada, tal como ao nível normalmente associado a polpas de mercado de categoria solúvel.
[0073] A operação de lavagem, ou operações, geralmente são feitas com água, mas quaisquer reagentes de lavagem adequados podem ser usados. O teor de AOX na polpa reticulada pode ser reduzido de modo mais eficaz lavando-se com água a temperaturas mais altas, quando comparadas a temperaturas menores. Embora sem desejar se ater pela teoria, sabe-se que isso está relacionado à baixa solubilidade de água dos reticuladores discutidos no presente documento e seus intermediários esperados, em que a lavagem com temperatura mais alta aprimora a remoção dos mesmos da polpa e os halogênios orgânicos associados à mesma. Alguns métodos incluem, desse modo, lavar as fibras de polpa reticulada com água a uma temperatura entre 30 °C e 80 °C para remover reticulador residual. A operação (ou operações) de lavagem pode incluir opcionalmente ou ser acompanhada por dispersão de alta energia (por exemplo, desintegração em um liquidificador da marca Waring ou misturador similar) das fibras, que é conhecido por promover reação adicional entre reticulador residual e as fibras de polpa, reduzindo também o teor de AOX associado à presença do reticulador. As polpas reticuladas lavadas desta maneira podem exibir uma redução significativa de teor de AOX (por exemplo, até 90%, até 95% ou até mesmo 97%) quando comparadas às polpas reticuladas que não são. Em algumas modalidades, a polpa antes da lavagem pode exibir um teor de AOX de até 1.000 ppm ou mais, enquanto o teor de AOX da polpa após a lavagem pode ser 200 ppm ou menos, por exemplo 100 ppm ou menos, 50 ppm ou menos, 20 ppm ou menos, etc.
[0074] Embora a reticulação na modalidade ilustrada no método 100 ocorra após o branqueamento com oxigênio e antes do branqueamento com dióxido de cloro, em outras modalidades, a reticulação pode ocorrer em outro ponto em um equivalente do processo de pós-polpação 104 conforme descrito abaixo. As operações de branqueamento e extração também podem ser rearranjadas ou removidas em outras modalidades. Se "X" for definido como uma operação de reticulação, os métodos de pós-polpação, em conformidade com diversas modalidades da presente tecnologia, podem ser caracterizados como: O-X-D-E-D (Figura 1), O-D-X-E-D, O-D-E-X, O-D-E-X-D, O-D-E-D-X, D-X-E-D-E-D, D-E-X-D-E-D, D-E-D-X-E-D, D-E-D-E-X-D, D-E-D-E-D-X, D-X-E-E-D, D-E-X-E-D, D-E-E-X-D, ou D-E-E-D-X, entre inúmeras outras permutações adequadas. Além disso, a reticulação pode ocorrer durante o branqueamento com oxigênio, branqueamento com dióxido de cloro e/ou extração. Desse modo, os métodos de pós-polpação, em conformidade com diversas outras modalidades da presente tecnologia, podem ser caracterizados como: O/X-D-E-D, O-D/X-E-D, O-D-E/X-D, O-D-E/X, O-D-E-D/X, D/X-E-D-E-D, D-E/X-D-E-D, D-E-D/X-E-D, D-E-D-E/X-D, D-E-D-E-D/X, D/X-E-E-D, D-E/X-E-D, D-E-E/X-D, D-E-E-D/X, entre inúmeras outras permutações adequadas.
[0075] Após o processo de branqueamento 104, o método (100) pode incluir processar a polpa para uso, comercialização e/ou transporte (bloco 134). Por exemplo, a polpa pode ser adicionalmente lavada, seca (por exemplo, seca instantaneamente), prensada, colocada em contêiner e/ou processada de outro modo para colocar a polpa em uma forma adequada (por exemplo, folha, fardo, rolo, etc.) para uso, comercialização e/ou transporte. A polpa pode ter um peso base de 500 a 1200 g/m2 e/ou uma densidade de 0,2 a 0,9 g/cm3.
[0076] No modelo geralmente aceito da estrutura de parede celular de materiais lenhosos, microfibrilas de celulose, juntamente com matriz de lignina-hemicelulose que circunda as mesmas, formam uma estrutura de lamela. O espaço intralamelar dentro da matriz de lignina-hemicelulose e entre microfibrilas forma uma fração de pequenos poros por vezes denominados microporos. Em polpação química, a maior parte da lignina e uma determinada quantidade de hemicelulose são dissolvidas, deixando um espaço entre lamelas que forma poros relativamente grandes por vezes denominados macroporos.
[0077] A estrutura de poro de fibra é alterada quando a polpa é seca. Em particular, quando a água é removida da polpa durante o processo de secagem, uma fração grande dos poros colapsa parcial ou completamente, resultando em uma perda de volume de poro. Ademais, ligações de hidrogênio se formam entre e dentro das paredes celulares, que mantêm muitos dos poros colapsados naquele estado de modo permanente. Esse fenômeno é conhecido como hornificação, e tende a resultar em uma redução irreversível no WRV da polpa. Em outras palavras, a polpa nunca seca geralmente tem um maior WRV quando comparada à polpa após a secagem (até mesmo se a polpa seca for, então, molhada novamente).
[0078] Embora a formação de ligações de hidrogênio mediante secagem de polpa tenda a aprimorar algumas propriedades de polpa, tais como determinadas características de resistência e flexibilidade que são úteis em aplicações absorventes, a polpa seca é geralmente esperada ser menos reativa quando comparada à polpa que nunca seca. A redução na reatividade é devido à perda de volume de poro devido a hornificação, que reduz e/ou retarda a penetração de reagentes na estrutura de fibra.
[0079] Como tal, seria esperado que a polpa seca não fosse um material de partida adequado para produzir polpas em conformidade com a presente revelação, visto que não seria esperado que as fibras de polpa seca tivessem volume de cavidade suficiente para o reticulador penetrar e alcançar a reticulação. Entretanto, constatou-se que as polpas Kraft secas são materiais de partida adequados para produzir as polpas em conformidade com a presente revelação, ou seja, as polpas reticuladas que podem produzir éteres de celulose que formam soluções aquosas de alta viscosidade e que têm as várias características descritas no presente documento (por exemplo, WRV, brilho, R18, teor de celulose-II e lignina, etc.).
[0080] Uma abordagem na qual a polpa seca é usada como um material de partida pode ser vantajosa em que a polpa de mercado convencional Kraft é amplamente oferecida, e é em geral menos dispendiosa e mais fácil de transportar do que a polpa nunca seca. Ademais, o uso de polpa seca pode permitir que o processo de reticulação seja realizado separadamente a partir (em vez de em conexão com) do processo de branqueamento da polpa, tal como realizar a reticulação em uma diferente instalação e/ou em um tempo diferente a partir de onde (ou quando) o material de partida é produzido.
[0081] Um exemplo ilustrativo de um método no qual polpa seca é usada como um material de partida é descrito abaixo em conexão com a FIGURA 2, em que um gráfico de fluxo ilustra um método (200) para a fabricação de polpa de acordo com outra modalidade da presente tecnologia. Na medida em que uma série de conceitos invocados na descrição do método (200) são discutidos em detalhes acima, em relação ao método (100), a discussão em relação ao método (200) pode ser compreendida por referência aos referidos conceitos, que pretendem ter o mesmo âmbito que o detalhado em algum ponto aqui, embora os mesmos possam não ser descritos com o mesmo nível de detalhes na explicação abaixo. Em suma, o método (200) se inicia, em (202), com o fornecimento de uma suspensão aquosa de polpa que inclui fibras químicas de polpa de madeira que foram previamente branqueadas e secas. Em (204), o método inclui reticular as fibras químicas de polpa de madeira, e em (206), o método inclui secar a polpa após a reticulação. A polpa é então processada para uso, venda ou transporte como polpa de mercado, em (208).
[0082] O método (200) se baseia em um Processo Kraft, em que as fibras químicas de polpa de madeira secas e branqueadas podem ser fibras químicas de polpa de madeira produzidas de acordo com um Processo de polpa Kraft e então branqueadas (sem reticulação), como descrito em conexão com método (100), mas as contrapartes do método (200) podem usar quaisquer fibras químicas de polpa de madeira secas e branqueadas adequadas. A suspensão aquosa em (202) pode ser produzida de qualquer modo adequado, tal como por meio de formação de uma pasta fluida da polpa em água a uma consistência desejada em um dispositivo de mistura.
[0083] Uma vez que a suspensão aquosa de polpa é fornecida, o método (200) pode incluir reticular as fibras químicas de polpa de madeira com um reticulador. Do mesmo modo que no método (100), isso pode incluir adicionar um reticulador (e opcionalmente um catalisador) na suspensão aquosa e permitir que a reação de reticulação ocorra antes de adicionalmente processar a polpa. O reticulador é um reticulador de éter glicídico tendo dois ou mais grupos de glicidila, como descrito acima em relação ao método (100), e a consistência da suspensão aquosa durante toda ou uma porção (por exemplo, pelo menos 50% por tempo) da reticulação pode ser pelo menos 12% (por exemplo, dentro de uma faixa a partir de 12% a 30%) ou pelo menos 15% (por exemplo, dentro de uma faixa a partir de 15% a 30%). Outras características do reticulador e as etapas de reticulação podem ser como descrito acima para o método 100.
[0084] Após a reticulação, o método (200) inclui secar a polpa, em (206). Em (208), o método pode incluir processar a polpa para uso, venda, e/ou transporte. Várias operações de processamento de polpa, tal como secar, prensar, colocar em contentores, e assim por diante, são descritas acima em relação ao método (100).
[0085] Também similar ao método (100), o método (200) pode incluir operações adicionais diferentes das especificamente identificas na Figura 2. Por exemplo, o método (200) pode incluir lavar a polpa, tal como após a reticulação das fibras químicas de polpa de madeira e antes de secar a polpa. Isso pode ser útil para remover arrasto, por exemplo, por reduzir o teor de AOX da polpa e/ou remover reticulador residual e outros produtos químicos, aumentar a consistência da polpa, e assim por diante. Para a redução de AOX, a lavagem pode ser realizada com água a uma temperatura entre 30 °C e 80 °C, opcionalmente em conexão com dispersão de alta energia da polpa.
[0086] Em algumas modalidades, a polpa reticulada - ou seja, a polpa produzida de acordo com os aspectos da presente descrição, tal como pelo método (100) e/ou (200) - é combinada com outra polpa antes de ser seca. As polpas de acordo com pelo menos algumas modalidades da presente tecnologia são bem adequadas para uso como extensores de polpa que reduzem a quantidade de polpa de categoria solúvel dispendiosa necessária para produzir um determinado produto derivado de celulose sem comprometer a viscosidade ou outras propriedades desejáveis do produto. Por exemplo, a polpa reticulada pode ser misturada com outra polpa (por exemplo, a polpa de categoria solúvel tendo um teor de celulose maior do que 90% por peso seco em forno) de modo que a polpa reticulada constitui pelo menos 20% (por exemplo, pelo menos 30%) por peso de celulose seca em forno de uma polpa misturada resultante. Em outras modalidades, a polpa reticulada pode ser usada sem ser misturada com outra polpa.
[0087] A polpa, de acordo com modalidades da presente tecnologia, pode ter uma ou mais das propriedades a seguir:
[0088] Teor de AOX menor, ou igual a 200 ppm (por exemplo, menor, ou igual a 100 ppm, 50 ppm, e/ou 20 ppm).
[0089] Base ponderal maior do que ou igual a 500 g/m2 e/ou menor, ou igual a 1200 g/m2.
[0090] Brilho maior do que ou igual a 75% (por exemplo, maior do que ou igual a 80% ou 85%) e/ou menor, ou igual a 92% (por exemplo, menor, ou igual a 88,5%). Por exemplo, o brilho pode estar dentro de uma faixa a partir de 80% a 88%.
[0091] Estrutura de Celulose-II insignificante (por exemplo, pelo menos substancialmente nenhuma estrutura de celulose-II) como determinado por cristalografia de raio x.
[0092] Índice de cristalinidade menor, ou igual a 80% (por exemplo, menor, ou igual a 75%).
[0093] Solubilidade de Cuen menor do que a completa (por exemplo, insolúvel ou apenas parcialmente solúvel).
[0094] Densidade maior do que ou igual a 0,20 g/cm3 (por exemplo,maior do que ou igual a 0,50, 0,55 ou 0,60 g/cm3).
[0095] Viscosidade de queda de esfera maior do que ou igual a 200 cP (por exemplo, maior do que ou igual a 200, 300, 330, 500, 800, 1.000, 1.400, 2.000, ou 3.000 cP). Em graus muito altos de reticulação, a viscosidade de queda de esfera das polpas reticuladas, de acordo com pelo menos algumas modalidades da presente tecnologia, pode ser baixa, mas a viscosidade de CMC resultante para as referidas polpas pode ainda ser muito alta. Apenas por uma questão de teoria, e sem intenção de estar atrelado a essa teoria, a estrutura molecular da celulose pode mudar a linear para altamente ramificada com um alto grau de reticulação. A celulose, tendo uma estrutura altamente ramificada, pode ter uma baixa viscosidade de queda de esfera, mas ainda ser capaz de formar éter de alta categoria.
[0096] Grau de refino maior do que ou igual a 700 mL.
[0097] Teor de hemicelulose maior do que ou igual a 6% (por exemplo, maior do que ou igual a 10%, 13,5%, ou 15,5%) e/ou menor, ou igual a 20% (por exemplo, menor, ou igual a 18%, 16%, ou 14%) em peso. Por exemplo, o teor de hemicelulose pode estar dentro de uma faixa a partir de 6% a 20%, dentro de uma faixa a partir de 7% a 17%, ou dentro de uma faixa a partir de 8 a 15% em peso.
[0098] Viscosidade intrínseca maior do que ou igual a 1.150 mL/g (por exemplo, maior do que ou igual a 1.300, 1.400, 1.500, ou 2.100 mL/g).
[0099] Teor de lignina menor, ou igual a 1,0% (por exemplo, menor, ou igual a 0,75% ou 0,09%).
[00100] Teor de manana maior do que ou igual a 4% (por exemplo, maior do que ou igual a 4%, 5%, 6%, ou 7%). Por exemplo, o teor de manana pode estar dentro de uma faixa a partir de 4% a 8% ou dentro de uma faixa a partir de 5% a 7%.
[00101] R18 maior do que ou igual a 88% (por exemplo, maior do que ou igual a 89%) e/ou menor, ou igual a 92% (por exemplo, menor, ou igual a 91% ou 90%).
[00102] Cor de CMC resultante menor, ou igual a 5 (por exemplo, menor, ou igual a 3).
[00103] Turbidez de CMC resultante menor, ou igual a 25 NTU (por exemplo, menor, ou igual a 5 ou 0,5 NTU).
[00104] Viscosidade de CMC resultante maior do que ou igual a 59 cP (por exemplo, maior do que ou igual a 60, 90, 120, ou 150 cP).
[00105] Teor total de metal de transição menor, ou igual a 20 ppm. O teor de ferro pode ser menor, ou igual a 5 ppm. O teor de cobre pode ser menor, ou igual a 2 ppm. O teor de cálcio pode ser menor, ou igual a 150 ppm (por exemplo, menor, ou igual a 60 ppm) e/ou maior do que ou igual a 30 ppm (por exemplo, maior do que ou igual a 50 ou 70 ppm). Os metais de transição são com frequência indesejáveis em polpa, por exemplo, pelo fato de que os mesmos podem acelerar a degradação de celulose nos processos de eterificação.
[00106] Valor de retenção de água maior do que ou igual a 1,0 g/g (por exemplo, maior do que ou igual a 1,1, 1,2, ou 1,3 g/g) e/ou menor, ou igual a 1,4 g/g.
[00107] Teor de xilana maior do que ou igual a 4% (por exemplo, maior do que ou igual a 5%, 6%, ou 7%) e/ou menor, ou igual a 16%. Por exemplo, o teor de xilana pode estar dentro de uma faixa a partir de 4% a 16%, dentro de uma faixa a partir de 5% a 8%, ou dentro de uma faixa a partir de 6% a 7%.
[00108] Os exemplos experimentais a seguir são fornecidos para ilustrar determinadas modalidades particulares da descrição. Deve ser compreendido que modalidades adicionais não limitadas às características particulares descritas são consistentes com os exemplos experimentais a seguir.
[00109] 9H4F: Aqualon 9H4F alta viscosidade (DS=0,95) CMC da Ashland, Inc.
[00110] NB416: Polpa de madeira Kraft de categoria fofa, derivada de pinho obtida da fábrica Weyerhaeuser Company em New Bern, NC.
[00111] NB421: Polpa de madeira Kraft de categoria de éter, derivada de pinho obtida da fábrica Weyerhaeuser Company em New Bern, NC.
[00112] PW416: Polpa de madeira Kraft de categoria fofa, derivada de pinho obtida da fábrica Weyerhaeuser Company em Port Wentworth, GA.
[00113] Sulfito1 e Sulfito2: Polpa derivada de abeto, de categoria solúvel, processada a sulfito da Borregaard ChemCell.
[00114] A polpa de Weyerhaeuser referenciada aqui é em geral vendida em folhas (por exemplo, rolo ou fardo) ou outra forma seca. Os Exemplos experimentais a seguir também fazem referência às amostras nunca- secas das referidas polpas, tais como as amostras obtidas a partir de vários pontos no processo de branqueamento ou de outro modo antes de secar (tal como a partir da seção de prensagem).
[00115] O material de partida para preparar polpa reticulada no presente exemplo foi polpa PW416 obtida a partir do estágio de extração (EOP) como uma folha úmida com 38% de sólidos (após centrifugação em laboratório). A polpa foi pré-aquecida a 75°C. Em um saco de plástico, 52,6 gramas de amostras nunca-secas (correspondendo a 20 gramas OD) da polpa foram misturadas com água morna (75°C), diferentes reticuladores, e NaOH (pH 11 a 13) em diferentes consistências de polpa como mostrado nas Tabelas 1 e 2. As Tabelas 1 e 2 listam as propriedades das amostras de polpa reticulada e o CMC correspondente. Para comparação, foi observado que a polpa não reticulada PW416 a partir do estágio EOP tem uma viscosidade de CMC resultante de 42 cP.
[00116] Os reticuladores de poliepóxido a seguir foram testados: GE-30 (polímero de éter triglicídico de trimetilol propano (TMPTGE)) e GE-31 (polímero de éter triglicídico de trimetilol etano) da CVC Thermoset. Éter diglicídico de glicerol (GDE) da Aldrich. Denacol EX811 e EX810 (ambos éter diglicídico de etilenoglicol (EGDE)), Denacol EX313 (éter poliglicídico de glicerol (GPE)), Denacol EX314 (éter triglicídico de glicerol (GTE)), e EX612 (éter poliglicídico de sorbitol) da Nagase Chemitex. Modificador HELOXY 505 (éter poliglicídico de óleo de rícino (M505)), Modificador HELOXY 48 (éter triglicídico de trimetilol propano, M48 (TMPTGE)), Modificador HELOXY 67 (éter diglicídico de 1,4-butanodiol, M67 (BDDE)), e Modificador HELOXY 68 (éter diglicídico de neopentil glicol, M68) da Momentive. Resina Epóxi D.E.R. 736 (D736), polímero clorometiloxirano de polipropileno glicol, da Dow Chemical, éter diglicídico de dietileno glicol (DEGDE), l,3-dicloro-2-hidroxipropanol (DCP), GPE, BDDE, EGDE, e TMPTGE de outros fornecedores.TABELA 1: DIFERENTES RETICULADORES E CONDIÇÕES DE RETICULAÇÃO
[00117] Os resultados mostrados na Tabelas 1 indicam que poliepóxidos D736 (éter diglicídico de dipropilenoglicol), DEGDE (éter diglicídico de dietilenoglicol), EX612 (éter poliglicídico de sorbitol), M505 (éter poliglicídico de óleo de rícino), PEGDE (éter diglicídico de poli(etileno glicol) com Mn de 525) não foram bons candidatos para a reticulação a fim de produzir polpa com alta viscosidade intrínseca. As suas moléculas têm cinco ou mais do que cinco átomos de cadeia linear entre dois grupos funcionais de éter glicídico.
[00118] Entre os reticuladores testados tendo cinco ou mais do que cinco átomos de cadeia linear entre dois grupos funcionais de éter glicídico, DEGDE e PEGDE são altamente solúveis em água. D736 é parcialmente solúvel em água. EX612 e M505 têm insignificante solubilidade (NG) em água, mas têm alto peso molecular (>500), alto peso por epóxido (>175) e/ou alta viscosidade (>500 cP). Assim, pelo menos alguns poliepóxidos com as propriedades a seguir podem ser úteis para a reticulação de polpa de acordo com as modalidades da presente tecnologia: peso molecular menor, ou igual a 500, peso por epóxido menor, ou igual a 175, viscosidade menor, ou igual a 500 cP, e estruturas moleculares nas quais há menos do que cinco átomos de carbono de cadeia linear entre dois grupos funcionais de éter glicídico.
[00119] Os resultados também mostraram que reticuladores bem adequados para produzir polpa reticulada com alta viscosidade de CMC resultante tiveram menos do que cinco átomos de cadeia linear entre dois grupos funcionais de éter glicídico. Pela teoria e sem intenção de estar atrelado pela teoria, os referidos reticuladores podem penetrar a estrutura da celulose mais prontamente do que os reticuladores tendo cadeias mais longas.
[00120] Pode ser vantajoso para os reticuladores serem insolúveis ou apenas parcialmente solúveis em água. Reticuladores insolúveis ou apenas parcialmente solúveis, por exemplo, podem entrar em contato e reagir com fibras de celulose mais prontamente do que reticuladores que são altamente solúveis em água. Poliepóxidos com baixa ou nenhuma solubilidade em água produzem melhores resultados do que os poliepóxidos com maior solubilidade em água. Por exemplo, GPE tem quase a mesma estrutura que EX314 exceto em que o último é modificado para ter maior solubilidade em água; e EGDE tem a mesma estrutura que EX810, exceto em que o último é modificado para ter maior solubilidade em água. A Tabela 2 mostra resultados adicionais usando GPE (insolúvel em água: Mn>204, <500) com a polpa EOP (NB416 ou PW416) em diferentes consistências. A Viscosidade intrínseca (IV*) foi calculada a partir de um modelo com base em amostras comerciais tendo viscosidades intrínsecas conhecidas. Dados de suporte para o modelo podem ser encontrados na porção inferior da Tabela 2. O modelo resultante foi IV*= 717.2ln(A) - 1817.3 (R2 = 0,9988). Os resultados mostrados na Tabelas 2 indicam que uma reticulação de maior consistência produzirá melhores resultados.TABELA 2: DIF ERENT ES CONSISTÊNCIAS
1 A polpa reticulada correspondente é referida em algum ponto na presente descrição como "Kraft3" 2 * A polpa reticulada correspondente é referida em algum ponto na presente descrição como "Kraft2"
[00121] No presente exemplo, éter diglicídico de etilenoglicol parcialmente solúvel em água (EGDE) foi usado como o reticulador. O material de partida para preparar a polpa reticulada no presente exemplo foi polpa PW416 obtida a partir do estágio de extração como uma folha úmida com 38,5% de sólidos (após centrifugação em laboratório). 60 gramas (OD) de amostras da polpa foram misturadas com água, EGDE, e NaOH de modo que as concentrações finais de EGDE e NaOH foram 8,8% e 4,8%, respectivamente, e a consistência final da polpa foi 10%. A mistura de polpa foi misturada a mão por poucos minutos, filtrada para remover metade do líquido e então reagida por 2 horas a 75°C. Metade da polpa reticulada resultante foi lavada vigorosamente com água e foi então convertida em uma folha com base ponderal de 747 g/m2 e uma densidade de 0,53 g/cm3. A folha teve um brilho de 79,3% e uma viscosidade de queda de esfera de cerca de 1,350 cP. A polpa reticulada não foi 100% solúvel em cuproetilenodiamina. CMC a partir da polpa teve uma viscosidade de solução a 0,5% de 86 cP (Amostra 1A na Tabela 5). A outra metade da polpa reticulada (não lavada) foi branqueada com H2O2 (0,76% em peso de polpa seca) a 76°C por 30 minutos (Amostra 1B na Tabela 5). A referida polpa foi lavada e convertida em uma folha com uma base ponderal de 746 g/m2 e uma densidade de 0,54 g/cm3. A folha de polpa teve um brilho de 82,3% e uma viscosidade de FB de 1,270 cP. CMC a partir da polpa teve uma viscosidade de solução a 0,5% de 84 cP. Outras propriedades são resumidas na Tabela 5.
[00122] No presente exemplo, éter triglicídico de glicerol (GTE) foi usado como o reticulador. O material de partida para preparar a polpa reticulada no presente exemplo foi polpa NB416 obtida a partir do estágio de extração (NB416 EOP) como uma folha úmida com 38,5% de sólidos (após centrifugação em laboratório). 60 gramas (seca a forno) de amostras da polpa foram misturadas com água, GTE e NaOH para reticulação a 75°C por uma hora. A polpa reticulada foi então misturada com produtos químicos de branqueamento (ClO2 ou H2O2) para reação a 75°C por 45 minutos. As amostras branqueadas tinham maior brilho (78% a 86%) e viscosidade de CMC (Tabela 3).TABELA 3: BRANQUEAMENTO
[00123] No presente exemplo, éter diglicídico de etilenoglicol (EGDE) foi mais uma vez usado como o reticulador. O material de partida para preparar a polpa reticulada no presente exemplo foi polpa NB416 obtida a partir do estágio de extração como uma folha úmida de 38,5% de sólidos (após centrifugação em laboratório). 60 gramas (seca a forno) de amostras da referida polpa foram misturadas com água, EGDE, e NaOH de modo que as concentrações de EGDE e NaOH foram 11% e 5,4%, respectivamente, e a polpa teve uma consistência de 10%. A mistura de polpa foi misturada a mão por poucos minutos. A metade do líquido foi filtrada de modo que as concentrações finais de EGDE e NaOH na polpa foram 4,9% e 2,7%, respectivamente, e a consistência da polpa foi 20%. A mistura foi então reagida por 2 horas a 80°C. A polpa reticulada resultante foi lavada vigorosamente com água, e a amostra de papel TAPPI foi produzida com uma base ponderal de 65 g/m2 e uma densidade de 0,65 g/cm3. A folha teve um brilho de 87,8% e uma viscosidade de queda de esfera de 2,710 cP. A polpa não foi totalmente solúvel em cuproetilenodiamina. A CMC a partir da polpa teve uma viscosidade de solução a 0,5% de 126 cP (Amostra 2A na Tabela 5). A outra metade da polpa reticulada úmida foi tratada a 10% consistência com H2O2 (1% em peso de polpa seca) e 0,5% NaOH (0,5% em peso de polpa seca) a 75°C por 1 hora. A polpa branqueada foi lavada e uma amostra de papel TAPPI foi produzida com uma base ponderal de 65 g/m2 e a densidade de 0,68 g/cm3. A polpa reticulada teve uma viscosidade de queda de esfera de 283 cP e um brilho de 89,4%. A CMC a partir da polpa teve uma viscosidade de solução a 0,5% de 107 cP (Amostra 2B na Tabela 5).
[00124] O procedimento do Exemplo Experimental 4 foi repetido para produzir mais amostras usando EGDE como o reticulador e com as concentrações finais de EGDE e NaOH na polpa de cerca de 4,9% e 2,7%, respectivamente. A polpa foi reticulada em uma consistência de 20%. A polpa reticulada foi lavada, mas não branqueada. A viscosidade de queda de esfera e as propriedades de CMC da polpa reticulada são resumidas na Tabela 4 abaixo (Amostras A1 a A7). Nenhuma das amostras foi completamente solúveis em cuproetilenodiamina. Grandes quantidades de polpa reticulada não foram dissolvidas em cuproetilenodiamina.TABE LA 4: TEMPERATURAS DE RETICULAÇÃO
[00125] Para a polpa reticulada listada na Tabela 4, a viscosidade de FB da polpa não foi um bom indicador da viscosidade de CMC correspondente, em especial em densidades de reticulação muito elevadas. Em densidades de reticulação muito elevadas, a polpa reticulada de fato mostrou baixa viscosidade de FB pelo fato de que a polpa reticulada não se dissolveu completamente em cuproetilenodiamina. As viscosidades da solução de CMC a partir das referidas polpas muito reticuladas, entretanto, foi muito alta e as soluções de CMC foram claras. As viscosidades intrínsecas (IV*) para as referidas polpas são listadas na Tabela 4. O impacto da temperatura para a eficácia de reticulação foi claro para o reticulador testado. Outros reticuladores podem ter outras faixas de temperatura ótimas, tal como 50°C a 85°C.
[00126] Para comparação, duas polpas de categoria de éter solúvel de alta viscosidade comerciais (Sulfito1 e Sulfito2) e duas polpas kraft comerciais (PW416 e NB421) foram produzidas em CMC sem reticular primeiro as polpas. Essas polpas eram solúveis em cuprietilenodiamina e suas viscosidades de FB de polpa eram boas indicações de suas viscosidades de CMC. As soluções de CMC dessas polpas de sulfito e kraft comerciais eram transparentes, mas as viscosidades da solução, especialmente para a solução de CMC da polpa kraft, eram relativamente baixas. As amostras 1A e 1B na Tabela 5 são descritas no Exemplo Experimental 2 acima. As amostras 2A e 2B na Tabela 5 são descritas no Exemplo Experimental 4 acima. Além dos dados mostrados na Tabela 5, constatou-se que a CMC da Amostra 1B tinha um teor de lignina de 0,2% em peso. Para comparação com os dados de CMC mostrados na Tabela 5, constatou-se que 9H4F tem uma cor de CMC de 0,12, uma turbidez de CMC a 0,013% de 0,12 ntu e uma turbidez de CMC a 0,67% CMC de 1,1 ntu.TABELA 5: PROPRIEDADES DE POLPA E CMC
[00127] As varreduras de difração de raios X foram realizadas em polpa de madeira solúvel de alta viscosidade, polpa de línter de algodão, polpa kraft comercial (NB421), polpa do estágio de extração de um processo kraft, e polpas reticuladas correspondentes de acordo com as modalidades da presente tecnologia. Constatou-se que as polpas reticuladas têm a mesma estrutura cristalina de celulose I que as polpas de partida com picos maiores que 15 ° e entre 21,5 ° e 22,5 °. Os picos principais para a polpa reticulada mudaram ligeiramente para ângulos de difração maiores (polpa branqueada de 21,5 ° para 22,4 °, polpa em estágio de extração de 21,7 ° a 22,2 °). A estrutura cristalina de celulose II tinha um pico em 12,5 ° e entre 20 ° e 21.5 °. Para a celulose I, os picos em ângulos de difração de 22 ° e 18 ° são picos cristalinos e amorfos, respectivamente. Para a celulose II, os picos em ângulos de difração de 19° e 15° são picos cristalinos e amorfos, respectivamente. A Tabela 6 resume os dados de difração de raios X. TABELA 6: DIFRAÇÃO DE RAIOS X
[00128] Kraft1 foi preparada com o uso do mesmo procedimento que a Amostra 1A no Exemplo Experimental 2, exceto que a concentração de EGDE era 4,6% e a concentração de NaOH era 2,2%. A polpa reticulada foi testada quanto ao grau de refino e brilho. Os resultados foram listados na Tabela 7. A polpa reticulada tinha brilho e grau de refino semelhantes, então, drenagem semelhante, como a polpa de partida.TABELA 7: PROPRIEDADES DE POLPA E CMC
[00129] A CMC da polpa Kraft reticulada também tinha capacidades centrífuga e de expansão livre maiores que a polpa de categoria de éter não reticulada comercial de um processo de sulfito (Sulfito2) ou um processo Kraft (NB421).
[00130] Mais amostras de polpa reticulada foram testadas quanto ao volume úmido e outras propriedades. Os resultados desse teste são mostrados na Tabela 8. As amostras testadas se basearam em amostras descritas na Publicação de Pedido de Patente Europeia n° 0399564 (Amostra 1) e Patente n° US 8.722.797 (Amostra 2), as quais são incorporadas ao presente documento a título de referência em suas totalidades. A Amostra 1 é polpa Kraft reticulada de 1,3-dicloro-2-hidroxipropanol (DCP). A Amostra 2 é polpa Kraft reticulada de ácido policarboxílico.
[00131] KraftA foi preparada no mesmo procedimento que a Amostra 1A no Exemplo Experimental 2, exceto que a consistência da polpa era 16%, a concentração de EGDE era 4,6% em relação ao peso seco da polpa, e a concentração de NaOH era 2,2%. O volume úmido e a capacidade da polpa Kraft1 eram menores que aqueles das Amostras 1 e 2, e semelhantes àqueles da polpa fofa regular (NB416). A polpa Kraft1, no entanto, produziu viscosidade de solução de CMC muito maior do que a polpa fofa regular e a Amostra 1. A Amostra 2 tinha R18 menor que a polpa de controle não reticulada devido à quebra das reticulações de éster relativamente fracas. A amostra Kraft1 e a Amostra1 tinham R18 maior do que a polpa de controle não reticulada devido ao fato de que as reticulações de éter eram relativamente estáveis no processo de teste de R18. A Amostra 1 foi excessivamente reticulada e, portanto, era inadequada para produzir éter de celulose.TABELA 8: POLPA E PROPRIEDADES DE CMC RESULTANTES
[00132] KraftA do Exemplo Experimental 8 foi hidrolisada para teste de HPLC. Um novo pico de açúcar foi observado indicando a reticulação entre fibras de celulose na amostra.
[00133] As amostras adicionais foram preparadas com o uso do procedimento do Exemplo Experimental 4, exceto que o reticulador final e as concentrações de NaOH eram 4,7% e 2,6%, respectivamente. A consistência era 19% e a temperatura era 75 °C. Os tempos de reação estão listados na Tabela 9. Após lavar a polpa, o teor de metal, a viscosidade de queda de bola e a viscosidade de CMC resultante foram testadas.TABELA 9: POLPA E PROPRIEDADES DE CMC RESULTANTES
[00134] O baixo teor de cálcio e o baixo teor de metal de transição podem ser importantes para determinados usos finais. O resíduo de DCM da polpa reticulada também foi testado. Constatou-se que a polpa reticulada tem extração menor que 0,01%. A polpa branqueada normal sem reticulação também tinha extração de DCM menor que 0,01%. Os espectros de IR para o resíduo não mostraram qualquer reticulador.
[00135] A análise por microscopia eletrônica de varredura da polpa reticulada mostrou o pinheiro de lenho inicial. A análise da fibra mostrou que a reticulação mudou a morfologia da fibra. O índice de granulação, curvamento e enroscamento da polpa reticulada aumentou com a consistência de reticulação (Tabela 10). A granulação, curvamento e enroscamento superiores podem ser desejáveis, como para aumentar a acessibilidade da fibra durante as reações de derivação.TABELA 10: ANÁLISE DE FIBRA
[00136] A polpa PW416 foi obtida a partir do estágio de extração como uma folha úmida com 38% de sólidos (após centrifugação laboratorial). Amostras de 20 gramas (OD) dessa polpa foram pré-aquecidas a 80 °C e misturadas em uma bolsa plástica com água morna (80 °C), reticuladores, e NaOH para que as concentrações finais de reticuladores e NaOH fossem 2,0% e 2,3%, respectivamente. A consistência de polpa era 10, 15 e 20% para produzir amostras L, M e N. Todas as misturas de reticulação tinham um pH maior que 11. A reticulação foi permitida a ocorrer por 2 horas.
[00137] A polpa NB421 do corte com rolo (totalmente branqueada, nunca seca) foi obtida como uma folha úmida com 32,8% de sólidos. Essa polpa foi usada para preparar amostras O, P e Q. O mesmo procedimento descrito acima para as amostras L, M e N foi usado e as amostras O, P e Q tinham consistências correspondentes de 10, 15 e 20%, respectivamente. A Amostra R tinha uma temperatura de reticulação de 60 °C. As propriedades dessas amostras são mostradas na Tabela 11 juntamente com aquelas de uma polpa de controle de uma produção por moagem. A reticulação foi permitida a ocorrer por 2 horas. CMC a 0,67% e viscosidades de CMC a 1,33% são mostrados na Tabela 11, enquanto em qualquer outro lugar neste revelação, as viscosidades de CMC a 0,5% são fornecidas.TABELA 11: POLPA RETICULADA DE DCP
[00138] Sob determinadas condições (por exemplo, 15 a 20% de consistência de polpa), a polpa Kraft reticulada pode ter viscosidade de queda de bola muito maior (por exemplo, maior que 100% superior) que a polpa de partida. Essas polpas Kraft reticuladas não eram 100% solúveis em Cuen. Mas, surpreendentemente, constatou-se que essas polpas reticuladas geraram soluções de CMC solúveis em água que eram transparentes e tinhas viscosidades maiores que as soluções de CMC produzidas a partir de polpa Kraft NB421 com viscosidade de queda de bola de 242 cP. As polpas reticuladas não foram submetidas à extração e, portanto, tinham alto teor de hemicelulose e polpa Kraft padrão do tipo estrutura de cristal de celulose I. A polpa Kraft branqueada reticulada tinha alto teor de brilho. A polpa reticulada do estágio de extração também tinha alto teor de brilho. Pode ser vantajoso que a reticulação seja realizada em consistência de polpa alta (por exemplo, 11 a 30%), com pH de 9 a 14, e uma temperatura de 50 a 85 °C.
[00139] Três polpas de controle (Sulfito1, Sulfito2 e Línteres de Algodão), uma polpa comercial (Aqualon 9H4F da Ashland Company), e duas polpas Kraft reticuladas (KraftA e KraftB que foram preparadas como Kraft2 na Tabela 2, exceto que a consistência era 17%) foram usadas para formar soluções de CMC a 1% e 0,5%. As viscosidades intrínsecas das soluções de CMC dessas polpas sob diferentes taxas de cisalhamento são mostradas na Tabela 12.TABELA 12: VISCOSIDADE INTRÍNSECA DE POLPA E TAXAS DE CISALHAMENTO DE CMC RESULTANTE
[00140] O teor de AOX de uma polpa indica a quantidade de haletos orgânicos adsorvíveis (ou compostos halogenados) que o mesmo contém. Como referência, o teor de AOX de duas amostras diferentes de NB421 (com SCAN IV de 1.460 ml/g) foi constatado como sendo 2,8 e 5,3 ppm, respectivamente. O teor de AOX de uma polpa de línter de algodão comercial com SCAN IV de 1.760 ml/g foi constatado como sendo 4,6 ppm. Embora níveis de AOX mais altos tenham sido constatados como associados a quaisquer efeitos prejudiciais em propriedades desejadas das polpas reticuladas descritas no presente documento ou CMC resultante produzido a partir das mesmas, o teor de AOX maior que aquele normalmente usado em polpas de alta pureza pode representar um custo a jusante no tratamento e manipulação da água usada no processamento da polpa.
[00141] Uma amostra de polpa de madeira Kraft NB416 nunca seca (Weyerhaeuser Company) que contém fibras nunca secas equivalentes a 80 g de fibras de OD, com viscosidade de queda de bola de 200 cP, teor de hemicelulose de 15%, Brilho ISO de 86% e teor de R18 de 87,5%, foi aquecida para 75 °C em uma bolsa plástica. À polpa foi adicionada uma mistura de água morna (75 °C), reticulador (GTE) e NaOH suficientes para produzir uma consistência de polpa de 19%, com dosagem de NaOH e GTE a 4,9% e 7,4% (com base no peso de OD da polpa), respectivamente. A mistura foi colocada em um forno a 75 °C por uma hora e deixada até reagir.
[00142] Após a reação de reticulação, a mistura foi dispersa em um liquidificador Waring, então, neutralizada com ácido acético, lavada e, então, filtrada com água fria (cerca de 20 °C) duas vezes para obter a polpa úmida, que foi, então, centrifugada antes de ser deixada para secar ao ar.
[00143] O teor de AOX da polpa reticulada foi determinado para ser 32 ppm. O valor de R18 da polpa era 92%. CMC da polpa reticulada foi preparado. A solução de CMC a 0,5% foi constatada como tendo uma viscosidade intrínseca de 230 cP.
[00144] O mesmo procedimento acima foi repetido, exceto que em vez de ser desintegrado em um liquidificador Waring, a polpa reticulada foi agitada manualmente antes da neutralização e lavagem. A polpa reticulada produzida com essa operação de lavagem diferente exibiu um teor de AOX de 1.050 ppm.
[00145] O mesmo procedimento acima foi repetido uma segunda vez, exceto que a consistência de polpa final era 12%, e a operação de lavagem incluiu agitação manual em vez de dispersão de alta energia em um liquidificador Waring. A polpa reticulada produzida dessa maneira exibiu um teor de AOX de 724 ppm.
[00146] Uma amostra de 80 g de OD de polpa de madeira Kraft NB416 nunca seca (Weyerhaeuser Company) com viscosidade de queda de bola de 200 cP, teor de hemicelulose de 15%, Brilho ISO de 86% e teor de R18 de 87,5%, foi aquecida para 75 °C em uma bolsa plástica. À polpa foi adicionada uma mistura de água morna (75 °C), reticulador (M67) e NaOH suficientes para produzir uma consistência de polpa de 12,9%, com dosagem de NaOH e M67 a 5,0% e 7,5% (com base no peso de OD da polpa), respectivamente. A mistura foi colocada em um forno a 75 °C por uma hora e deixada até reagir.
[00147] Após a reação de reticulação, a mistura foi neutralizada com ácido acético, lavada e então filtrada com água morna (aproximadamente 50 °C) duas vezes para obter a polpa úmida, que foi então centrifugada antes de deixar secar ao ar.
[00148] O teor de AOX da polpa reticulada foi determinado para que seja 7,8 ppm. O IRA da polpa foi de 1,17 g/g, e o valor de R18 da polpa foi de 91,3%. Constatou-se que o teor de lignina era inferior a 1%, e a polpa obteve a estrutura da celulose II nula. A CMC da polpa reticulada foi preparada. Constatou-se que a solução de CMC a 0,5% tem uma viscosidade intrínseca de 89 cP e uma VARREDURA IV equivalente de 1438 mL/g.
[00149] O mesmo procedimento foi repetido, exceto que a polpa reticulada foi seca em uma temperatura de 100 °C. O IRA da polpa foi de 1,01 g/g, e a viscosidade da CMC resultante foi de 82 cP.
[00150] Essa revelação não se destina a ser exaustiva ou a limitar a presente tecnologia às formas precisas reveladas aqui. Embora as modalidades específicas sejam reveladas no presente documento com finalidades ilustrativas, as várias modificações equivalentes são possíveis, sem que se desvie da presente tecnologia, visto que aqueles de habilidade ordinária na arte relevante irão reconhecer. Em alguns casos, as estruturas e as funções reconhecidas não foram mostradas e/ou descritas em detalhes para evitar desnecessariamente o obscurecimento da descrição das modalidades da presente tecnologia. Embora as etapas dos métodos possam ser apresentadas no presente documento em uma ordem particular, em modalidades alternativas, as etapas podem ter outra ordem adequada. Similarmente, determinados aspectos da presente tecnologia revelada no contexto das modalidades particulares podem ser combinados ou eliminados em outras modalidades. Além disso, embora as vantagens associadas a determinadas modalidades possam ter sido reveladas no contexto daquelas modalidades, outras modalidades também podem exibir tais vantagens, e nem todas as modalidades precisam necessariamente exibir tais vantagens ou outras vantagens reveladas no presente documento para que se encontrem dentro do escopo da presente tecnologia.
[00151] Ao longo de toda essa revelação, os termos singulares "um" e "uma" e "o" e "a" incluem referentes plurais, a menos que o contexto indique claramente de outra maneira. Similarmente, a menos que a palavra "ou" seja expressamente limitada para significar somente um único item exclusivo a partir de outros itens em referência a uma lista de dois ou mais itens, então, o uso de "ou" em tal lista deverá ser interpretado como incluindo (a) qualquer único item na lista, (b) todos os itens na lista, ou (c) qualquer combinação dos itens na lista. Adicionalmente, os termos "que compreende" e análogos são usados ao longo de toda essa revelação para significar que inclui pelo menos a função (ou as funções) citada (ou citadas), de modo que qualquer quantidade maior da mesma função (ou das mesmas funções) e/ou um ou mais tipos adicionais de funções não sejam excluídos. Deve-se compreender que tais termos não denotam a orientação absoluta. A referência, no presente documento, à "uma modalidade", "uma (01) modalidade", ou formulações similares que significa que uma função particular, uma estrutura, uma operação, ou uma característica descrita em conexão com a modalidade pode ser incluída em pelo menos uma (01) modalidade da presente tecnologia. Assim, as aparências de tais frases ou formulações aqui não estão necessariamente todas referidas a mesma modalidade. Além disso, os vários recursos particulares, estruturas, operações ou as características podem ser combinadas em qualquer maneira apropriada em uma ou mais modalidades da presente tecnologia.
Claims (39)
1. Método CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: formar uma polpa a partir de uma matéria-prima celulósica; branquear a polpa; reticular as fibras de celulose dentro da polpa enquanto a polpa tem uma consistência maior do que ou igual a 12%; e secar a polpa depois de branquear a polpa e depois de reticular as fibras de celulose, em que a polpa seca tem uma viscosidade de celulose de carboximetila resultante maior do que ou igual a 60 centipoise, um brilho maior do que ou igual a 75%, e um valor de retenção de água maior do que ou igual a 1,1 g/g.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que reticular as fibras de celulose inclui reticular as fibras de celulose, enquanto a polpa tem uma consistência maior do que ou igual a 15%.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que branquear a polpa inclui branquear a polpa de acordo com um processo de branqueamento Kraft.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que branquear a polpa inclui branqueamento da polpa com oxigênio.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que branquear a polpa inclui branquear a polpa com dióxido de cloro depois de branquear a polpa com oxigênio.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que branquear a polpa inclui reduzir um teor de lignina da polpa para menos do que ou igual a 0,09% em peso seco em forno das fibras de celulose reticuladas.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que reticular as fibras de celulose inclui aumentar um valor de retenção de água da polpa reticulando as fibras de celulose.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que reticular as fibras de celulose inclui expor as fibras de celulose a um reticulador de éter glicídico tendo dois ou mais grupos glicidila.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que reticular as fibras de celulose inclui expor as fibras de celulose a um reticulador e em que o reticulador tem um peso molecular ponderal médio dentro de uma faixa de 174 a 500.
10. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que reticular as fibras de celulose inclui expor as fibras de celulose a um reticulador e em que o reticulador tem um peso molecular por epóxido dentro de uma faixa de 140 a 175.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que reticular as fibras de celulose inclui expor as fibras de celulose a um reticulador e em que o reticulador inclui um primeiro grupo glicídico, um segundo grupo glicídico e três ou quatro átomos de carbono de cadeia linear entre o primeiro e segundo grupos glicidila.
12. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda, antes de secar a polpa, misturar a polpa com uma polpa de grau de dissolução tendo um teor de celulose maior do que 90% em peso seco em forno para formar uma polpa misturada depois de reticular as fibras de celulose, em que a secagem da polpa inclui a secagem da polpa misturada.
13. Polpa CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: fibras de celulose reticuladas, em que a polpa tem: uma viscosidade de celulose de carboximetila resultante maior do que ou igual a 60 centipoise, um brilho maior do que ou igual a 75%, e um valor de retenção de água maior do que ou igual a 1,1 g/g.
14. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa é uma polpa Kraft.
15. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa é branqueada.
16. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa é pelo menos parcialmente insolúvel em cuprietilenodiamina.
17. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende ainda menos do que ou igual a 0,09% de lignina em peso seco em forno das fibras de celulose reticuladas.
18. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende ainda mais do que ou igual a 10% de hemicelulose em peso seco em forno das fibras de celulose reticuladas.
19. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa tem uma viscosidade de celulose de carboximetila resultante maior do que ou igual a 90 centipoise.
20. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa tem uma cor de celulose de carboximetila resultante menor do que ou igual a 5.
21. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa tem uma turbidez de celulose de carboximetila resultante menor do que ou igual a 25 ntu.
22. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa tem um valor de retenção de água menor do que ou igual a 1,4 g/g.
23. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa tem um valor R18 maior do que ou igual a 88.
24. Polpa, de acordo com a reivindicação 23, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa tem um valor R18 menor do que ou igual a 92.
25. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa tem uma viscosidade de queda de bola (FB) maior do que ou igual a 200 centipoise.
26. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa não tem celulose-II, conforme determinado pela cristalografia de raio X.
27. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa tem um índice de cristalinidade menor do que ou igual a 75%.
28. Polpa, de acordo com a reivindicação 27, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa tem um índice de cristalinidade menor do que ou igual a 80%.
29. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa tem um brilho maior do que ou igual a 80%.
30. Polpa, de acordo com a reivindicação 29, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa tem um brilho menor do que ou igual a 88,5%.
31. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa tem um peso de base maior do que ou igual a 500 g/m2.
32. Polpa, de acordo com a reivindicação 31, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa tem um peso de base menor do que ou igual a 1.200 g/m2.
33. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa tem uma densidade maior do que ou igual a 0,20 g/cm3.
34. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a polpa tem um grau de refino maior do que ou igual a 700 mL.
35. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que as fibras de celulose reticuladas incluem reticulações derivadas de um reticulador de éter glicídico tendo dois ou mais grupos glicidila.
36. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que as fibras de celulose reticuladas incluem reticulações derivadas de um reticulador de éter glicídico tendo um peso molecular ponderal médio dentro de uma faixa de 174 a 500.
37. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que as fibras de celulose reticuladas incluem reticulações derivadas de um reticulador de éter glicídico tendo um peso por epóxido dentro de uma faixa de 140 a 175.
38. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que as fibras de celulose reticuladas incluem reticulações derivadas de um reticulador de éter glicídico tendo um primeiro grupo glicídico, um segundo grupo glicídico e três ou quatro átomos de carbono de cadeia linear entre o primeiro e o segundo grupos glicidila.
39. Polpa, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADA pelo fato de que as fibras de celulose reticuladas são derivadas de madeira.
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