BRPI0618527A2

BRPI0618527A2 - uma nova polpa celulósica e processo para polpação

Info

Publication number: BRPI0618527A2
Application number: BRPI0618527-4A
Authority: BR
Inventors: Reijo Aksela; Vesa Myllymoki
Original assignee: Kemira Oyj
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2011-09-06
Also published as: RU2008120137A; CN101305127A; NO20082535L; RU2401352C2; CA2627265A1; CN101305127B; JP2009516086A; EP1954872A1; FI20051145A0; US20100006245A1; WO2007054610A1; KR20080083114A

Abstract

UMA NOVA POLPA CELULóSICA E PROCESSO PARA POLPAçãO. A invenção se refere a uma nova polpa celulósica, que é derivada de material lignocelulósico submetido â agitação em solução aquosa de sal tetra-alquilamónio sob irradiação por microondas. A invenção também se refere a um processo para polpação de material lignocelulósico e a um processo para amaciamento de material lignocelulósico. O material tratado é, preferencialmente, madeira, madeira mole ou madeira dura.

Description

"UMA NOVA POLPA CELULÓSICA E PROCESSO PARA POLPAÇÃO"

Campo da invenção

A presente invenção é direcionada a uma nova polpa de celulose, que é proveniente do material lignocelulósico submetido à agitação em solução aquosa do sal tetra- alquilamônio sob irradiação por microondas. A invenção também se refere a um processo para polpação de material lignocelulósico e a um processo para amaciamento de material lignocelulósico.

Antecedentes da invenção

Polpa de celulose

A polpa de celulose é a matéria-prima para a produção de papel, papelão, placa de fibra de madeira, e produtos manufaturados similares. Na forma purificada, é uma fonte de celulose para papel de seda ("rayon"), ésteres de celulose, e outros produtos derivados da celulose.

A polpa de celulose é oriunda da fibra da planta e é, portanto, uma fonte renovável. Plantas fibrosas têm sido utilizadas como fonte para materiais de escrita, por exemplo, papiro, desde as primeiras civilizações Babilônicas e Egípcias. A origem da produção de papel, que é a formação de folhas coesas obtidas a partir da religação das fibras separadas, foi atribuída a Ts'ai-Lun na China em 105 AD, que utilizava bambu, casca de amoreira e pano. O uso da madeira como matéria-prima na produção de papel não foi aplicada comercialmente até meados de 1800. Os principais processos em uso hoje para polpação da madeira, por exemplo, os processos de pasta mecânica, soda, SO2 ou ácido sulfito, e os processos kraft e sulfato foram desenvolvidos em 1844, 1853, 1866 e 1870, respectivamente. Desde o seu desenvolvimento, os processos básicos têm sido modificados e adaptados e a tecnologia tem sido altamente refinada.

Como na maioria das indústrias, o interesse ambiental e energético dos anos 70 provocou grandes mudanças na operação das fábricas de polpa de celulose e papel, assim como muita pesquisa realizada para desenvolver os métodos de produção mais limpos e eficientes energeticamente. Na maioria dos casos, o resultado prático, em curto prazo, tem sido métodos complementares, como lavadores, precipitadores, reservatórios de retenção, etc, que minimizam a descarga de efluentes. Outras tendências são o aumento no uso de polpas de alto rendimento pela modificação dos processos de pasta mecânica para melhorar a qualidade da polpa, o maior aproveitamento da árvore durante a colheita e o corte, e eliminação ou minimização de compostos de enxofre de odor desagradável na polpação, e os compostos de cloro tóxicos e corrosivos provenientes do branqueamento.

Antes dos processos de polpação, a madeira é tratada através dos processos de colheita, descascamento, corte e peneiramento. O propósito do corte na polpação é reduzir a madeira a um tamanho que permita a penetração e difusão das substâncias químicas de processamento sem uma redução excessiva ou dano às fibras. Os fragmentos, que são de cerca de 20 mm de comprimento, fluem com razoável facilidade e podem ser transportados pneumaticamente ou sobre correias e então estocados em pilhas ou caixas, Kirk- Othmer, "Encyclopedia of Chemical Technology", 3° edição, páginas 379-391.

As presentes polpas de celulose podem ser divididas em polpas mecânicas e químicas.

As ditas polpas mecânicas são subdivididas em polpa de pasta mecânica, polpa termomecânica (TMP) e polpa quimiotermomecânica (CTPM). A polpa de pasta mecânica é preparada pressionando madeira úmida contra uma pedra de esmeril giratória umedecida, com o eixo da madeira paralelo ao eixo da roda. Temperaturas na zona imediata de moagera podem estar na faixa de 180-190°C. O movimento da água e a remoção da polpa controlam e dissipam o calor, prevenindo então a carbonização do material da madeira. Após tal tratamento, a polpa de pasta mecânica contém uma considerável proporção de maços de fibra (70-80%, em peso), fibras quebradas, e finos, além das fibras individuais. As fibras são, essencialmente, madeira com a lignina da parede celular original intacta. Elas são, portanto, muito rígidas e maciças e não colapsam como as fibras da polpa química. Como as polpas da pasta mecânica são obtidas em rendimentos de cerca de 95%, seu custo é relativamente baixo. O outro custo direto principal além da madeira é a energia, que é de cerca de 49-75 kJ (11,7-17,9 kcl)/ton para tipos de papel normal.

A polpa termomecânica (TMP) é preparada através de uma pré-vaporização dos fragmentos da madeira a 110-150°C de modo a torná-los maleáveis. Uma termoplasticização da madeira ocorre quando a mesma é aquecida acima do ponto de transição vítrea da lignina úmida. Quando estes fragmentos são fibrados em um refinador à alta consistência, fibras individuais inteiras são liberadas; ocorre a separação na lamela central e um material semelhante a uma faixa é produzido a partir da camada Si da parede celular. A quantidade de fibrilização depende das condições de refinamento e é critica para as propriedades da polpa. Este material possui um alto coeficiente de dispersão de luz, embora este seja menor do que o da pasta mecânica, e é altamente flexível, o que proporciona uma boa adesão e maciez superficial para o papel. 0 aumento na proporção de fibras longas melhora as características de ruptura das polpas TMP, mas as fibras nesta fração são rígidas e contribuem pouco para a adesão. Existe muito menos fragmentação da fibra do que nas polpas de pasta mecânica.

A polpa quimiotermomecãnica (CTPM) é preparada exatamente como a TMP, mas os fragmentos são pré-tratados utilizando um tratamento agressivo com sulfito de sódio em uma faixa de pH de 9-10. No processo, os fragmentos são impregnados com substâncias químicas, cozidos a 130-170°C e, em seguida, refinados. 0 rendimento é de 90-92%, que é 2-3% menor do que na TMP. Uma faixa de propriedades pode ser obtida ajustando as variáveis do processo, mas, em geral, a polpa de CTMP apresenta uma fração maior de fibras longas e menor fração de finos quando comparada com uma polpa termomecânica. As fibras intactas são mais flexíveis do que as fibras de TMP e, conseqüentemente, uma melhor estampagem de chapas e melhores propriedades de adesão são obtidas. A polpação CTPM é considerada como particularmente adequada para polpação de madeiras duras de alta densidade.

Na polpação química, lignina suficiente é dissolvida a partir da lamela central permitindo que as fibras se separem com pouca, ou nenhuma, ação mecânica. Contudo, uma porção da lignina da parede celular é retida na fibra, e um esforço para removê-la durante a digestão resultaria em uma degradação excessiva da polpa. Por esta razão, cerca de 3-4%, em peso, de lignina é normalmente mantida em polpas quimicas de madeira dura, enquanto cerca de 4-10%, em peso, em polpas quimicas de madeira mole. A lignina é, em seguida, removida por branqueamento em um processamento separado se polpas completamente deslignifiçadas devem ser produzidas.

A concentração do licor de cozimento em contato com a madeira influencia a taxa de deslignificação. Devido ao tempo requerido para difusão das substâncias quimicas através da estrutura da madeira e à redução da concentração do reagente quando ele penetra no fragmento, a deslignificação procede mais lentamente no centro do fragmento. Para prevenir o supercozimento da porção principal da polpa de celulose, a digestão normalmente é finalizada antes que os centros dos fragmentos mais largos sejam adequadamente deslignifiçados. A polpa de celulose resultante contém, então, uma porção de fragmentos de madeira não desfibrada que é separada por peneiração e retorna ao digestor ou é fibradas mecanicamente.

0 processo químico de polpação da madeira predominante é o processo kraft ou sulfato. 0 licor de polpação alcalino ou solução de digestão contém hidróxido de sódio e sulfeto de sódio a uma razão de cerca de 3 para 1. O nome kraft, que significa resistência na Alemanha, caracteriza a polpa de celulose mais resistente produzida quando sulfeto de sódio é adicionado no licor de polpação, comparada com a polpa de celulose obtida se apenas o NaOH é empregado, como no processo soda original. O termo alternativo, isto é, o processo sulfato, é derivado do uso de sulfato de sódio como uma substância química de reposição no processo de recuperação. O sulfato de sódio é reduzido em sulfeto de sódio no forno de recuperação utilizando derivados de compostos orgânicos.

Soluções de sulfeto e hidróxido de sódio estão em equilíbrio:

H2O + Na2S NaHS + NaOH

Sulfeto de sódio aquoso é, portanto, uma fonte de íons hidróxidos e deve ser considerado no ajuste da carga química. Foi desenvolvido um sistema na indústria norte- americana para colocar o hidróxido e o sulfeto de sódio em uma base equivalente expressando-os ambos como seu peso equivalente de óxido de sódio, Na2O. A percentagem de sulfeto de sódio na mistura, quando tanto o Na2S quanto o NaOH são expressos como Na2O, é conhecida como sulfidez. A carga química, composição do licor, tempo de aquecimento e tempo e temperatura de reação são funções das espécies de madeira ou espécies misturadas digeridas e da utilização pretendida para a polpa de celulose. Um conjunto típico de condições para os fragmentos de "southern pine" na produção de polpas com capacidade de descoloração para papéis finos é álcali ativo (18%); sulfidez (25%); razão liquorrmadeira (4:1); 90 minutos a 170°C na zona de aquecimento superior e 90 minutos e 170°C na segunda zona. Madeiras duras necessitam de condições menos severas, principalmente devido ao menor conteúdo de lignina inicial. Embora o processo kraft seja um processo altamente desenvolvido, adaptado e eficiente, existem alguns problemas e desvantagens no seu uso. Esforços estão sendo realizados em fábricas individuais para minimizar as necessidades em relação à energia, água e substâncias químicas. Ademais, existem dois problemas inerentes na química do processo, a saber, o baixo rendimento do carboidrato e a formação de compostos orgânicos de enxofre de odor desagradável.

Uma modificação do processo kraft que está sendo aplicada comercialmente é o processo de polisulfeto. Quando enxofre elementar é adicionado a uma solução de sulfeto e hidróxido de sódio, o enxofre dissolve e forma uma mistura de complexos com a fórmula geral Na2Sx (onde χ é 2-5, dependendo das condições de equilíbrio e de quanto enxofre é adicionado) . 0 enxofre do Na2Sx é um agente oxidante que, sob as condições do processo kraft, converte a função hemiacetal a um ácido aldônico relativamente estável em condições alcalinas. 0 aumento no rendimento no processo de polisulfeto é proporcional à quantidade de enxofre adicionada até cerca de 10%, tomando por base a madeira.

Um método de polpação adicional é a polpação com sulfito. No processo de polpação com sulfito original, a madeira era submetida à polpação com uma solução aquosa de SO2 e cal. Sulfito de cálcio possui uma solubilidade muito limitada acima de pH 2, e o excesso de gás SO2 foi mantido no digestor de modo a manter o pH abaixo do referido nível. Portanto, o processo pode ser contrastado com os processos kraft ou soda como sendo um processo ácido. Atualmente, outras bases além do cálcio são utilizadas com soluções de SO2, e a polpação com sulfito se refere a uma variedade de processos nos quais toda a faixa de pH é utilizada para toda ou parte da polpação. Magnésio, sódio, e amônia são utilizados como alternativas ao cálcio. Sulfeto de magnésio possui solubilidade decrescente acima de pH 5, mas sulfitos de sódio e de amônio são solúveis a pH 1-14.

Além dos métodos de polpação discutidos previamente, existem alguns métodos de polpação semi-quimicos. As distinções entre os processos semi-quimicos e os processos químicos de alto rendimento são muito pequenas e são mais uma forma de classificação entre os processos mecânico e químico completo. Um processo semi-químico é, essencialmente, uma deslignificação química na qual os processos químicos são interrompidos em um ponto onde o tratamento mecânico é necessário para separar as fibras dos fragmentos parcialmente cozidos. Qualquer processo químico conhecido pode ser utilizado para produzir uma polpa celulósica semi-química. As polpas celulósicas, embora menos flexíveis, se assemelham às polpas celulósicas químicas mais do que às polpas celulósicas mecânicas porque elas não são dependentes da ruptura da parede da fibra para a adesão. 0 rendimento é de 60-85%, com um conteúdo de lignina de 15-20%. A lignina é concentrada sobre a superfície da fibra.

Microondas

É sabido da literatura recente referente à síntese orgânica que os tempos de reação das reações orgânicas são consideravelmente reduzidos quando a energia necessária para que a reação ocorra é introduzida ao sistema utilizando irradiação por microondas. A freqüência normalmente utilizada para energia de microondas é 2,45 GHz. Existe uma vasta e continuamente crescente literatura disponível na área de utilização de técnicas de microondas na síntese orgânica. Um exemplo de um pequeno resumo de um artigo sobre este assunto foi publicado por Mingos em 1994 (D. Michael P. Mingos; " Microwaves in chemical synthesis" em Chemistry and industry 1. Agosto de 1994, páginas 596- 599). Loupy et al. publicaram recentemente uma revisão referente à catálise heterogênea sob irradiação por microondas (Loupy, A., Petit, A., Hamelin, J., Texier- Boullet, F., Jachault, P., Mathe, D.; "New solvente-free organic synthesis using focused microwave", em Synthesis, 1998, páginas 1213-1234). Um outro artigo representativo foi publicado por Strauss (C. R. Strauss; "A combinatorial approach to the development of Environmentaly Benign Organic Chemical Preparations", Aust. J. Chem., 1999, 52, páginas 83-96).

Microondas na polpação mecânica

A patente CA 2008526 divulga a manufatura de polpas de celulose utilizando o aquecimento, por meio de microondas, do material lignocelulósico impregnado. A impregnação é conduzida com o licor de polpação do estado da arte (solução de Na2SO3) na presença de catalisadores e agente quelante. A impregnação das ditas substâncias químicas é seguida pela irradiação por material resultante em um digestor de microondas transparente. Em seguida, ocorre uma etapa separada de refinamento mecânico. A principal vantagem do tratamento com microondas é a redução do tempo de cozimento e da energia consumida.

Scott et al. (TAPPI Fall Technol. Trade Fair, página 667-676) citou um processo para "utilizar microondas em lenhas para economizar energia e melhorar as propriedades do papel para polpas de celulose mecânicas". O tratamento foi conduzido como um pré-tratamento para a polpação mecânica sem qualquer impregnação de substâncias químicas adicionais. 0 consumo de energia na polpação mecânica subseqüente diminuiu até 15% em relação ao maior nível de energia empregado. Aparentemente, o material de madeira foi amaciado pela rápida evaporação da água, o que resultou em uma rápida ruptura do material lignocelulósico.

Microondas na dissolução de madeira e celulose O documento FI20031156 divulga um método assistido por microondas para dissolver material lignocelulósico em líquidos iônicos. A dissolução é completa e pode ser adaptada para qualquer tipo de materiais lignocelulósicos, incluindo madeira mole e dura. A dissolução pode ser conduzida na ausência substancial de água. Os componentes do material dissolvido podem ser separados da solução iônica líquida resultante.

Rogers et al. publicou em 2002 um método para dissolução de fibras de celulose puras em líquidos iônicos na área do microondas (Swatloski, R. P.; Spear S. K. ; Holbrey, J. D.; Rogers, R. D. Journal of American Chemical Society, 2002, 124, p. 4974-4975). Também aqui a dissolução deve ser conduzida na ausência substancial de água. Outros solventes orgânicos de não-derivação para celulose são amplamente descritos em " Comprehensive Cellulose Chemi stry", Volume 1, Wiley-VCH, página 59-67. Entre outros, soluções aquosas de diferentes hidróxidos de tetra-alquilamônio provaram ser solventes eficientes para celulose. Uma dissolução completa é alcançada rapidamente. Como a água está sempre presente em grandes volumes, ditos solventes não são práticos na derivação da celulose.

Sumário da invenção

A indústria da polpação é de grande importância no mundo e uma das que mais consome energia. Devido à mudança no clima, ao crescimento continuo da população e, como conseqüência, ao aumento no consumo de energia, há uma grande demanda por novas tecnologias para a produção eficiente de energia em todos os campos da indústria. Na polpação, a eliminação ou minimização de compostos de enxofre de odor desagradável seria uma vantagem a mais.

É um objeto desta invenção fornecer um novo material de polpa de celulose.

Um outro objeto desta invenção é fornecer um processo para polpação de material lignocelulósico.

Um objeto adicional desta invenção é fornecer um processo para amaciar o material lignocelulósico.

Objetos adicionais se tornarão aparentes a partir das descrições e reivindicações a seguir.

Sabe-se que a celulose pode ser dissolvida completamente na dita solução aquosa de tetra- alquilamoniohidróxido. Sabe-se também que a madeira pode ser dissolvida em líquidos iônicos na ausência substancial de água.

Durante a execução de testes para dissolver a celulose em material de madeira na solução aquosa de tetra- alquilamoniohidróxido na área de microondas, notou-se, surpreendentemente, que a dissolução na solução do sal não ocorreu com a celulose, mas sim com a lignina no material de madeira.

Inesperadamente, a agitação poderia ser conduzida de uma forma onde ocorresse uma deslignificação de completa a considerável e a celulose permanecesse intacta como maços de fibras longas, finas. A presente invenção produz um novo tipo de polpa de celulose e um processo para prepará-la.

Ajustando a concentração de sal e o tempo de agitação, a deslignificação poderia ser evitada e, simultaneamente, o material de madeira foi amaciado dramaticamente.

Tanto na deslignificação (polpação), quanto no amaciamento dos materiais lignocelulósicos, foi requerido um tratamento surpreendentemente curto de modo a alcançar os ditos resultados. 0 material lignocelulósico, tal como madeira, poderia ser ou deslignifiçada ou amaciada já após agitação de um minuto na área de microondas.

Descrição detalhada da invenção

De acordo com a invenção, é fornecida uma nova polpa de celulose, derivada de material lignocelulósico, submetida à agitação em uma solução aquosa de sal de tetra- alquilamônio sob irradiação por microondas. A agitação pode ocorrer com ou sem a agitação do material lignocelulósico na dita solução.

0 material lignocelulósico pode ser praticamente qualquer tipo de material lignocelulósico. A fonte primária de fibra para a polpa de celulose é madeira, por exemplo, madeira mole ou dura. Outras fontes incluem palhas, gramas e canas. Fibras da polpa de celulose podem ser extraídas, principalmente, a partir de qualquer planta vacular encontrada na natureza, também de fontes não originárias da madeira, como palhas, gramas (por exemplo, arroz, esparto, trigo e sabai) ; canas e juncos (por exemplo, principalmente bagaços ou cana-de-açúcar) ; diversas variedades de bambus; fibras de cascas (por exemplo, juta, linhaça, kenaf, linho, rami e cannabis) ; fibras de folhas (por exemplo, cânhamo- de-manilha ou de agaba e sisal).

Preferencialmente, o material lignocelulósico empregado é madeira, tal como madeira mole e madeira dura.

0 material lignocelulósico pode estar em sua forma original, como encontrado na natureza, ou pode ser parcialmente processado. Em uma realização preferida da invenção, o material lignocelulósico consiste de fragmentos de madeira, isto é, o material lignocelulósico de madeira foi submetido às etapas de descascamento e fragmentação antes da agitação do dito material na solução aquosa de sal de tetra-alquilamônio sob irradiação por microondas.

0 material lignocelulósico pode ser pré-tratado impregnando-o com água ou com a dita solução aquosa de sal de tetra-alquilamônio.

0 conteúdo de sal de tetra-alquilamônio na solução aquosa de sal de tetra-alquilamônio pode estar na faixa de 1-75% em peso, preferencialmente 5-60% em peso, e mais preferencialmente 10-40% em peso. 0 cátion do sal de tetra- alquilamônio é

<formula>formula see original document page 15</formula>R

onde R1, R2, R3 e R4 são, independentemente, uma alquila- C1-C30, um grupo carbocíclico~C3-C8 ou um grupo heterociclico-C3-C8, e o ânion do sal pode ser halogênio, pseudohalogênio, perclorato, carboxilato-C1-C6 ou hidróxido.

Preferencialmente, o ânion é cloreto ou hidróxido, mais preferencialmente o ânion é hidróxido.

Um sal de tetra-alquilamônio especialmente preferido é o sal onde R1, R2, R3 e R4 são, independentemente, uma alquila-C4 e o ânion do sal é hidróxido.

Quando miscíveis em água, outros compostos iônicos orgânicos também podem ser empregados como um componente do, sal durante a agitação do material lignocelulósico sob irradiação por microondas, de acordo com a invenção. Uma variação de tais compostos iônicos, conhecidos como líquidos iônicos, é descrita no documento FI20031156.

A agitação pode ser realizada a uma temperatura entre 40°C e 270°C, preferencialmente a uma temperatura entre 70°c e 210°C, e mais preferencialmente entre 120°C e 190°C.

Também é possível aplicar pressão quando se submete o material lignocelulósico à agitação na solução aquosa de sal de tetra-alquilamônio sob irradiação por microondas. Quando aplicada, a pressão está, preferencialmente, abaixo de 20 bar, mais preferencialmente abaixo de 10 bar e, ainda mais preferencialmente, entre 2 e 9 bar.

0 tempo de agitação pode variar entre 1 minuto e 24 horas, dependendo do sal empregado e da concentração do mesmo, da natureza e concentração do material lignocelulósico, da temperatura de agitação assim como, possivelmente, da pressão aplicada.

A polpa de celulose, de acordo com a invenção, pode ser empregada como material para a produção de papel, papelão, placa de fibra de madeira, e produtos manufaturados similares.

De acordo com a invenção, é fornecido também um processo para polpação de material lignocelulósico, em cujo processo o material lignocelulósico é submetido à agitação em solução aquosa de sal de tetra-alquilamônio sob irradiação por microondas de modo a estabelecer uma deslignificação parcial ou completa.

No processo de polpação, a agitação pode ocorrer com ou sem agitação do material lignocelulósico na dita solução.

0 material lignocelulósico pode ser praticamente qualquer tipo de material lignocelulósico. A fonte primária de fibra para a polpa de celulose é madeira, por exemplo, madeira mole ou dura. Outras fontes incluem palhas, gramas e canas. Fibras da polpa de celulose podem ser extraídas, principalmente, a partir de qualquer planta vacular encontrada na natureza, também de fontes não originárias da madeira, como palhas, gramas (por exemplo, arroz, esparto, trigo e sabai); canas e juncos (por exemplo, principalmente bagaços ou cana-de-açúcar) ; diversas variedades de bambus; fibras de cascas (por exemplo, juta, linhaça, kenaf, linho, rami e cannabis); fibras de folhas (por exemplo, cânhamo- de-manilha ou de agaba e sisal).

Preferencialmente, o material . lignocelulósico empregado é madeira, tal como madeira mole e madeira dura.

O material lignocelulósico pode estar em sua forma original, como encontrado na natureza, ou pode ser parcialmente processado. Em uma realização preferida da invenção, o material lignocelulósico consiste de fragmentos de madeira, isto é, o material lignocelulósico de madeira foi submetido às etapas de descascamento e fragmentação antes da agitação do dito material na solução aquosa de sal de tetra-alquilamônio sob irradiação por microondas.

O material lignocelulósico pode ser pré-tratado impregnando-o com água ou com a dita solução aquosa de sal de tetra-alquilamônio.

No processo de polpação, o conteúdo de sal de tetra- alquilamônio na solução aquosa de sal de tetra-alquilamônio pode estar na faixa de 1-75% em peso, preferencialmente 5- 60% em peso, e mais preferencialmente 10-40% em peso. O cátion do sal de tetra-alquilamônio é

<formula>formula see original document page 17</formula>

onde R1, R2, R3 e R4 são, independentemente, uma alquila- C1-C30, um grupo carbociclico-C3-C8 ou um grupo heterociclico-C3-C8, e o ânion do sal pode ser halogênio, pseudohalogênio, perclorato, carboxilato-C1-C6 ou hidróxido. Preferencialmente, o ânion é cloreto ou hidróxido, mais preferencialmente o ânion é hidróxido.

Quando misciveis em água, outros compostos iônicos orgânicos também podem ser empregados como um componente dô sal durante o processo de polpação, de acordo com a invenção. Compostos possíveis são exemplificados no documento FI20031156.

No processo de polpação de acordo com a invenção a agitação pode ser realizada a uma temperatura entre 40°C e 270°C, preferencialmente a uma temperatura entre 70°c e 210°C, e mais preferencialmente entre 120°C e 190°C.

Também é possível aplicar pressão quando se submete o material lignocelulósico à agitação em solução aquosa de sal de tetra-alquilamônio sob irradição de microondas. Quando aplicada, a pressão está, preferencialmente, abaixo de 20 bar, mais preferencialmente abaixo de 10 bar e, ainda mais preferencialmente, entre 2 e 9 bar.

O tempo de agitação pode variar entre 1 minuto e 24 horas, dependendo do sal empregado e da concentração do mesmo, da natureza e concentração do material lignocelulósico, da temperatura de agitação assim como, possivelmente, da pressão aplicada.

No processo de polpação de acordo com a invenção, é vantajoso escolher os ditos parâmetros de tal modo que a deslignificação do material lignocelulósico seja parcial ou completa. O material lignocelulósico empastado pode ser empregado como matéria-prima para a produção de papel, papelão, placa de fibra de madeira e produtos manufaturados similares.

De acordo com a invenção, é fornecido também um processo para amaciamento de material lignocelulósico no qual o dito material lignocelulósico é submetido à agitação em solução aquosa de sal de tetra-alquilamônio sob irradiação por microondas.

No processo de amaciamento, a agitação pode ocorrer com ou sem agitação do material lignocelulósico na dita solução.

No dito processo de amaciamento, o material lignocelulósico pode ser praticamente qualquer tipo de material lignocelulósico. A fonte primária de fibra para a polpa de celulose é madeira, por exemplo, madeira mole ou dura. Outras fontes incluem palhas, gramas e canas. Fibras da polpa de celulose podem ser extraídas, principalmente, a partir de qualquer planta vacular encontrada na natureza, também de fontes não originárias da madeira, como palhas, gramas (por exemplo, arroz, esparto, trigo e sabai); canas e juncos (por exemplo, principalmente bagaços ou cana-de- açúcar) ; diversas variedades de bambus; fibras de cascas (por exemplo, juta, linhaça, kenaf, linho, rami e cannabis); fibras de folhas (por exemplo, cânhamo-de- manilha ou de agaba e sisal).

No processo de amaciamento de acordo com a invenção, o conteúdo de sal de tetra-alquilamônio na solução aquosa de sal de tetra-alquilamônio pode estar na faixa de 1-75% em peso, preferencialmente 5-60% em peso, e mais preferencialmente 10-40% em peso. 0 cátion do sal de tetra- alquilamônio é

<formula>formula see original document page 20</formula>

onde R1, R2, R3 e R4 são, independentemente, uma alquila- C1-C30, um grupo carbociclico-C3-C8 ou um grupo heterocíclico-C3-C8, e o ânion do sal pode ser halogênio, pseudohalogênio, perclorato, carboxilato-C1-C6 ou hidróxido.

Um sal de tetra-alquilamônio especialmente preferido no processo de amaciamento é o dito sal onde R1, R2, R3 e R4 são, independentemente, uma alquila-C4 e o ânion do sal é hidróxido. Quando miscíveis em água, outros compostos iônicos orgânicos também podem ser empregados como um componente do sal no processo de polpação de acordo com a invenção. Compostos aplicáveis são exemplificados no documento FI20031156.

No processo de amaciamento de acordo com a invenção, a agitação pode ser realizada a uma temperatura entre 40°C e 270°C, preferencialmente a uma temperatura entre 7 0°c e 210°C, e mais preferencialmente entre 120°C e 190°C.

Também é possível aplicar pressão no processo de amaciamento de acordo com a invenção. Quando aplicada, a pressão está, preferencialmente, abaixo de 20 bar, mais preferencialmente abaixo de 10 bar e, ainda mais preferencialmente, entre 2 e 9 bar.

Nos processos de amaciamento de acordo com a invenção, é vantajoso escolher os ditos parâmetros de tal modo que o material lignocelulósico é apenas amaciado, não empastado. Portanto, nenhuma deslignificação substancial ocorre durante o processo de amaciamento de acordo com a invenção. A estrutura do material lignocelulósico é rompida e impregnada com solução aquosa de sal de tetra- alquilamônio de tal modo que o consumo de energia e/ou de substâncias químicas diminui nas etapas de processamento subseqüentes. O material lignocelulósico amaciado pode ser empregado como material para a produção de papel, papelão, placa de fibra de madeira, e produtos manufaturados similares.

A presente invenção tem por objetivo uma nova polpa celulósica que pode ser manufaturada de uma maneira rápida e energeticamente eficiente. 0 grau de deslignificação é ajustado e a polpa celulósica resultante é de alta qualidade e consiste de fibras longas, finas. A presente invenção também se refere a um processo para o amaciamento de material lignocelulósico. O dito material maleável e amaciado pode então ser processado em seguida de uma maneira mais eficiente energeticamente. Deste modo, a presente invenção resulta em um menor consumo de energia e, portanto, em vantagens para o meio ambiente. A formação de compostos orgânicos de enxofre de odor desagradável também é evitada. 0 sal de tetra-alquilamônio empregado é uma substância química relativamente barata que é, preferencialmente, reciclada.

Exemplos

Os seguintes exemplos descrevem a invenção sem limitá-la aos mesmos. Nos exemplos 1-10, o material lignocelulósico tratado eram varetas de madeira mole da Finlândia oriundas de fragmentos de madeira de 20 mm de comprimento. As varetas foram cortadas paralelamente às lamelas da madeira para facilitar as fibras longas. O motivo original para cortar as varetas foi o tamanho restrito do reator microondas, a saber, 5 ml. Exemplo 1

Tratamento de madeira mole em solução aquosa a 40% de hidróxido de tetrabutilamônio na área do microondas - 5 minutos a IlO0C

Aproximadamente 7 50 mg de varetas de madeira mole foram misturadas em 4,5 ml de solução aquosa de hidróxido de tetrabutilamônio a 40% e agitadas por 5 minutos a 170°C em um reator do tipo tubo selado, equipado com barra de

agitação mecânica.

A agitação resultou em uma solução escura acastanhada compreendendo fibras longas, finas. A lavagem com água resultou tanto em maços separados de fibras, de coloração beje-claro, quanto em fibras completamente separadas.

Exemplo 2

Tratamento de madeira mole em solução aquosa a 20% de hidróxido de tetrabutilamônio na área do microondas - 5 minutos a IlO0C

Aproximadamente 7 50 mg de varetas de madeira mole foram misturadas em 4,5 ml de solução aquosa de hidróxido de tetrabutilamônio a 20% e agitadas por 5 minutos a 170°C em um reator do tipo tubo selado, equipado com barra de agitação mecânica.

A agitação resultou em uma solução escura acastanhada compreendendo . fibras longas, finas. A lavagem com água resultou tanto em maços separados de fibras, de coloração beje-claro, quanto em fibras completamente separadas. A composição da polpa celulósica estava levemente mais intacta quando comparada à do exemplo 1.

Exemplo 3

Tratamento de madeira mole em solução aquosa a 10% de hidróxido de tetrabutilamônio na área do microondas - 5 minutos a 170

Aproximadamente 7 50 mg de varetas de madeira mole

10 foram misturadas em 4,5 ml de solução aquosa de hidróxido de tetrabutilamônio a 10% e agitadas por 5 minutos a 170°C em um reator do tipo tubo selado, equipado com barra de agitação mecânica.

A agitação resultou em uma solução escura acastanhada

15 compreendendo fibras longas, finas. A lavagem com água resultou tanto em maços separados de fibras, de coloração beje-claro, quanto em uma polpa de celulose com composição mais intacta quando comparada à do exemplo 2.

20 Exemplo 4

Tratamento de madeira mole em solução aquosa a 10% de hidróxido de tetrabutilamônio na área do microondas - 30 minutos a 170°C

Aproximadamente 750 mg de varetas de madeira mole foram misturadas em 4,5 ml de solução aquosa de hidróxido de tetrabutilamônio a 10% e agitadas por 30 minutos a 170°C em um reator do tipo tubo selado, equipado com barra de agitação mecânica. A agitação resultou em uma solução escura acastanhada compreendendo fibras longas, finas. A lavagem com água produziu tanto maços separados de fibras, de coloração beje-claro, quanto uma polpa de celulose com composição semelhante à do exemplo 1.

Exemplo 5

Tratamento de madeira mole em solução aquosa a 40% de hidróxido de tetrabutilamônio na área do microondas - 5 minutos a 120°C

Aproximadamente 750 mg de varetas de madeira mole foram misturadas em 4,5 ml de solução aquosa de hidróxido de tetrabutilamônio a 40% e agitadas por 5 minutos a 120°C em um reator do tipo tubo selado, equipado com uma barra de agitação mecânica.

A agitação resultou em uma solução escura acastanhada compreendendo fibras longas, finas. A lavagem com água resultou tanto em maços separados de fibras, de coloração beje-claro, quanto em fibras completamente separadas. A composição da polpa celulósica era semelhante à do exemplo 2.

Exemplo 6

Tratamento de madeira mole em solução aquosa a 5% de hidróxido de tetrabutilamônio na área do microondas - 5 minutos a 120°C

Aproximadamente 750 mg de varetas de madeira mole foram misturadas em 4,5 ml de solução aquosa de hidróxido de tetrabutilamônio a 5% e agitadas por 5 minutos a 120°C em um reator do tipo tubo selado, equipado com barra de agitação mecânica.

A agitação resultou em uma solução acastanhada compreendendo algumas varetas de madeira e fibras longas, finas. A lavagem com água resultou em varetas de madeira fortemente amolecidas, assim como em fiapos desprendidos das ditas varetas.

Exemplo 7

Tratamento de madeira mole em solução aquosa a 40% de hidróxido de tetrabutilamônio na área do microondas - 5 minutos a 80°C

Aproximadamente 750 mg de varetas de madeira mole foram misturadas em 4,5 ml de solução aquosa de hidróxido de tetrabutilamônio a 40% e agitadas por 5 minutos a 80°C em um reator do tipo tubo selado, equipado com barra de agitação mecânica.

A agitação resultou em uma solução acastanhada compreendendo algumas varetas de madeira e fibras longas, finas. A lavagem com água resultou em varetas de madeira fortemente amolecidas e parcialmente desprendidas, assim como em alguns fiapos desprendidos também das ditas varetas.

Exemplo 8

Tratamento de madeira mole em solução aquosa a 10% de hidróxido de tetrabutilamônio na área do microondas - 30 minutos a 80°C Aproximadamente 7 50 mg de varetas de madeira mole foram misturadas em 4,5 ml de solução aquosa de hidróxido de tetrabutilamônio a 10% e agitadas por 30 minutos a 80°C em um reator do tipo tubo selado, equipado com barra de agitação mecânica.

Como no exemplo 7, a agitação resultou em uma solução acastanhada compreendendo algumas varetas de madeira e fibras longas, finas. A lavagem com água resultou em varetas de madeira fortemente amolecidas e parcialmente desprendidas, assim como em alguns fiapos desprendidos também das ditas varetas.

Exemplo 9

Tratamento de madeira mole em solução aquosa a 10% de hidróxido de tetrabutilamônio na área do microondas - 1 hora a 10°C

Aproximadamente 750 mg de varetas de madeira mole foram misturadas em 4,5 ml de solução aquosa de hidróxido de tetrabutilamônio a 10% e agitadas por 1 hora a 70°C em um reator do tipo tubo selado, equipado com barra de agitação mecânica.

Neste caso, a agitação resultou em uma solução transparente, de coloração acastanhada clara, compreendendo algumas varetas de madeira. A lavagem com água resultou em varetas de madeira fortemente amolecidas e parcialmente desprendidas.

Exemplo 10 Tratamento de madeira mole em solução aquosa a 40% de hidróxido de sódio (NaOH) na área do microondas - 5 minutos a IlO0C

Aproximadamente 750 mg de varetas de madeira mole foram misturadas em 4,5 ml de solução aquosa de hidróxido de sódio (NaOH) a 40% e agitadas por 5 minutos a 170°C em um reator do tipo tubo selado, equipado com barra de agitação mecânica.

Neste caso, a agitação resultou na destruição do material da fibra, produzindo pedaços de material orgânico viscoso e de coloração acastanhada com propriedades não- fibrosas.

Exemplo 11

Tratamento comparativo da madeira mole em solução aquosa a 40% de hidróxido de tetrabutilamônio sem área do microondas

Aproximadamente 2000 mg de varetas de madeira mole foram misturadas em 12 ml de solução aquosa de hidróxido de tetrabutilamônio a 40% e agitadas durante a noite (overnight) a 95°C em um reator do tipo tubo selado, equipado com barra de agitação mecânica.

Também neste caso, a agitação resultou na destruição do material da fibra, produzindo pedaços de material orgânico viscoso e de coloração acastanhada com propriedades não-fibrosas.

Claims

1. Uma polpa de celulose, caracterizada pelo fato da mesma ser derivada de um material lignocelulósico submetido à agitação em uma solução aquosa de um sal tetra- alquilamônio sob irradiação por microondas.

2. Uma polpa celulósica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o material lignocelulósico é madeira mole ou madeira dura.

3. Uma polpa celulósica de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o conteúdo de sal tetra-alquilamônio na solução aquosa do mesmo está na faixa de 1-75% em peso, preferencialmente 5-60%, em peso, e mais preferencialmente 10-40%, em peso.

4. Uma polpa celulósica de acordo com as reivindicações 1-3, caracterizada pelo fato de que o cátion do sal tetra- alquilamônio é <formula>formula see original document page 29</formula> onde R1, R2, R3 e R4 são, independentemente, uma alquila- C1-C30, um grupo carbociclico-C3-C8 ou um grupo heterociclico-C3-C8, e o ânion do sal é halogênio, pseudohalogênio, perclorato, carboxilato-C1-C6 ou hidróxido.

5. Uma polpa celulósica de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que R1, R2, R3 e R4 são, independentemente, alquila-C4 e o ânion do sal é hidróxido.

6. Uma polpa celulósica de acordo com as reivindicações 1-4, caracterizada pelo fato de que a agitação é realizada a uma temperatura entre 40°C e 270°C, preferencialmente a uma temperatura entre 70°C e 210°C, e mais preferencialmente entre 120°C e 190°C.

7. Um processo para polpação de material lignocelulósico, caracterizado pelo fato de que o material lignocelulósico é submetido à agitação em solução aquosa de sal tetra-alquilamônio sob irradiação por microondas de modo a estabelecer a deslignificação parcial ou completa.

8. Um processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o material lignocelulósico é madeira mole ou madeira dura.

9. Um processo de acordo com as reivindicações 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que o conteúdo de sal tetra- alquilamônio na solução aquosa do mesmo está na faixa de 1-75% em peso, preferencialmente 5-60%, em peso, e mais preferencialmente 10-40%, em peso.

10. Um processo de acordo com as reivindicações 7-9, caracterizado pelo fato de que o cátion do sal tetra- alquilamônio é <formula>formula see original document page 30</formula> onde R1, R2, R3 e R4 são, independentemente, uma alquila- C1-C30, um grupo carbociclico-C3-C8 ou um grupo heterociclico-C3-C8, e o ânion do sal é halogênio, pseudohalogênio, perclorato, carboxilato-C1-C6 ou hidróxido.

11. Um processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que R1, R2, R3 e R4 são, independentemente, alquila-C4 e o ânion do sal é hidróxido.

12. Um processo de acordo com as reivindicações 7-10, caracterizada pelo fato de que a agitação é realizada a uma temperatura entre 40°C e 270°C, preferencialmente a uma temperatura entre 70°C e 210°C, e mais preferencialmente entre 120°C e 190°C.

13. Um processo para amaciamento de material lignocelulósico, caracterizado pelo fato de que o material lignocelulósico é submetido à agitação em solução aquosa de sal tetra-alquilamônio sob irradiação por microondas.

14. Um processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o material lignocelulósico é madeira mole ou madeira dura.

15. Um processo de acordo com as reivindicações 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que o conteúdo de sal tetra- alquilamônio na solução aquosa do mesmo está na faixa de 1- 75% em peso, preferencialmente 5-60%, em peso, e mais preferencialmente 10-40%, em peso.

16. Um processo de acordo com as reivindicações 13-15, caracterizado pelo fato de que o cátion do sal tetra- alquilamônio é <formula>formula see original document page 31</formula> onde R1, R2, R3 e R4 são, independentemente, uma alquila- C1-C30, um grupo carbociclico-C3-C8 ou um grupo heterociclico-C3-C8, e o ânion do sal é halogênio, pseudohalogênio, perclorato, carboxilato-C1-C6 ou hidróxido.

17. Um processo de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que R1, R2, R3 e R4 são, independentemente, alquila-C4 e o ânion do sal é hidróxido.

18. Um processo de acordo com as reivindicações 13-16, caracterizada pelo fato de que a agitação é realizada a uma temperatura entre 40°C e 270°C, preferencialmente a uma temperatura entre 70°C e 210°C, e mais preferencialmente entre 120°C e 190°C.