BRPI0711394B1 - Process for the production of a polpa, use of the same, lyocell fiber and viscose fiber use of the same, lyocell fiber and viscose fiber - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE UMA POLPA, USO DA MESMA, FIBRA DE LYOCELL E FIBRA DE VISCOSE". A presente invenção refere-se a um processo para a produção de uma polpa de um material de partida celulósico por meio do processo kraft. A invenção refere-se especialmente a um processo para a produção de uma polpa de alto rendimento, a qual é adequada para a transformação para fibras de viscose e fibras de lyocell.

Polpas químicas são preponderantemente transformadas para fibras celulósicas de acordo com o processo de viscose e lyocell. Durante os últimos anos, a posição de custos de fibras regeneradas piorou ainda mais em relação às fibras sintéticas concorrentes. Uma redução dos custos da polpa, que representam o fator de custos mais significativo, melhoraria nitidamente a posição de custos de fibras regeneradas.

Luo e colaboradores mostraram, que polpa kraft convencional, após o ajuste do grau de polimerização médio (DP) por meio de degradação hidrolítica ácida ou oxidativa, é adequada para a produção de fibras celulósicas de acordo com o processo lyocell [WO 99/47733]. As polpas kraft produzidas de acordo com esse estado da técnica, apresentam um teor de hemicelulose de, pelo menos, 7 % em peso. Fibras lyocell, que são produzidas a partir dessas polpas kraft, apresentam um teor de hemicelulose de, pelo menos, 5 % em peso a 27 % em peso, de acordo com a WO 99/47733. Contudo, o método de medição usado para a determinação do teor da hemicelulose não é publicado.

No entanto, a presença de componentes de hemicelulose de baixo peso molecular atua de maneira desvantajosa sobre o comportamento do processo (enriquecimento de frações de hemicelulose não formadoras de fibra no banho de coagulação; alto consumo de produtos químicos para a despolimerização para ajustar o DP desejado) e as propriedades mecânicas têxteis (estabilidade mais do que 5 cN/tex menor sob condições condicionadas em comparação com fibras lyocell de polpas kraft da pré-hidrólise) das fibras lyocell produzidas a partir destes.

Desde o desenvolvimento do "cozimento kraft modificado" no início dos anos oitenta, sabe-se, que a diminuição da concentração dissolvida das substâncias constitutivas da madeira na fase final do cozimento provoca um nítido aumento da eficiência e seletividade.

Para corresponder a esse conhecimento, foi proposto, remover as correntes de lixívia residual ricas em hemicelulose, tais como ocorrem, por exemplo, após a conclusão da fase de cozimento em corrente contínua no processo de cozimento contínuo (por exemplo: MCC, EMCC), do processo de cozimento, para assegurar que o nível de concentração da hemicelulose dissolvida na outra fase de cozimento diminua para valores inferiores a 10 g/l [WO 95/00698]. Em um outro estágio, as hemiceluloses de alto peso molecular continuam a ser concentradas por meio de processos de separação de membrana acionados com pressão, antes de serem novamente precipitadas na superfície das fibras de polpa de celulose no pós-aivejamento no âmbito de um estágio E para, por um lado, aumentar o rendimento e, por outro lado, aumentar a estabilidade estática.

Na verdade, esta proposta causa um melhor rendimento da polpa de celulose, mas a desvantagem consiste em que a fração não adsorvida das hemiceluloses (reação de equilíbrio) enriquece necessariamente no filtrado de alvejamento, provoca altos consumos de produtos químicos de al-vejamento e uma parte também chega à água residual. A presente invenção tem por objetivo, pôr um processo para a produção de polpa de celulose à disposição, que de maneira aperfeiçoada, resolva os problemas inicialmente descritos da produção de polpa de celulose de acordo com o processo kraft.

Este objetivo é resolvido com um processo para a produção de uma polpa química de celulose de um material de partida celulósico por meio do processo kraft, compreendendo o estágio do cozimento do material de partida com uma lixívia de cozimento, o qual é caracterizado pelo fato de que o material de partida é exposto a um tratamento de vapor antes do cozimento e que a polpa de celulose obtida através do cozimento é submetida a uma extração alcalina a frio (CCE) no decorrer do tratamento posterior.

Foi demonstrado, que em uma combinação das medidas de uma vaporização do material de partida antes do cozimento e de um estágio de CCE no tratamento posterior, é possível obter uma polpa de celulose em alto rendimento e pureza, que se presta, de maneira destacada, para a produção de fibras de viscose e lyocell. A vaporização é preferivelmente efetuada a uma temperatura de 120°C ou mais e com um fator P de 50 ou menos. Essas são condições nitidamente mais intensas do que em um "low temperature steaming", tal como descrito, por exemplo, na WO 98/15687.

Entre as condições preferidas de acordo com a invenção, obtém-se um aumento da porosidade do material de desintegração (aparas de madeira), bem como uma dissociação parcial das ligações de lignina-carboidrato através da vaporização.

Contudo, não se realiza nenhuma dissociação química das ligações glicosídicas, tal como seria o caso em um processo de pré-hidrólise. Em um processo de pré-hidrólise obtêm-se tipicamente fatores P de mais de 50. O conceito do "fator P" é descrito, por exemplo, em "Handbook of Pulp", volume 1, Wiley-VCH 2006, páginas 343-345. A intensidade da vaporização de acordo com a invenção, perfaz preferivelmente apenas cerca de um décimo de uma pré-hidrólise convencional.

Isso significa que na vaporização prevista de acordo com a invenção, diferentemente do processo de pré-hidrólise, é possível obter um rendimento mais elevado de polpa de celulose e, com isso, uma produção mais econômica. A polpa de celulose obtida contém, na verdade, também uma maior proporção de hemiceluloses, porém, através da combinação de acordo com a invenção, dos estágios de vaporização e extração alcalina a frio, consegue-se evidentemente que apesar disso a polpa de celulose seja pronunciadamente adequada para a produção de fibras de celulose.

Para a vaporização, o material de partida é tratado de modo especialmente preferido a uma temperatura de 150 a 180°C com vapor de pressão média.

De maneira em si conhecida, o material de partida pode ser submetido a uma impregnação antes do cozimento. Caso também seja efetuada uma vaporização, a impregnação é realizada após a vaporização.

No processo de acordo com a invenção, o cozimento e eventualmente a vaporização e/ou a impregnação do material de partida pode ser efetuada no mesmo fervedor.

No processo de acordo com a invenção, o cozimento é preferivelmente efetuado na forma de um cozimento contínuo às bateladas (CBC). A tecnologia CBC é conhecida, por exemplo, da EP 0.891.438 B1, bem como de Wizani, W. et al "CBC - Continuous batch cooking. The revolution in kraft cooking" em Pulping process and product quality conference, 2000, Boston, MA, EUA.

Na aplicação da tecnologia CBC, os estágios de impregnação e remoção a quente (isto é, a remoção da lixívia de impregnação através da lixívia de cozimento) correspondem aos processos convencionais na tecnologia CBC.

As polpas kraft produzidas de acordo com a invenção, podem ser submetidas de maneira em si conhecida a um alvejamento TCF ou ECF para obter os graus de pureza e brancura necessários.

Em uma outra forma de concretização preferida, uma parte da lixívia de prensagem formada no estágio de extração alcalina a frio pode ser purificada por meio de um processo de separação de membrana, preferivelmente por meio de uma nano- ou ultrafiltração e, pelo menos, uma parte do retentado do processo de separação de membrana pode ser misturado à segunda lixívia de cozimento. A purificação da lixívia de prensagem de um processo CCE por meio de um processo de separação de membrana é descrita na WO 2005/118923. O retentado obtido nesse caso contém toda a quantidade da beta-celulose que se encontra na lixívia de prensagem e mais da metade da gama-celulose. No caso de polpas de madeira dura, a solução de beta-celulose consiste em xilano quase puro. O processo de separação de membrana pode ser efetuado em dois estágios, sendo que entre os dois estágios de separação é efetuada uma diluição do retentado do primeiro estágio com água.

Nesse caso, uma nanofiltração do retentado diluído ou também uma diálise do retentado do primeiro estágio pode ser efetuada no segundo estágio. Nos dois casos, a recuperação de NaOH aumenta através deste estágio, com concentração simultânea da fase de hemicelulose.

Portanto, em vez de ou adicionalmente à reciclagem do retentado para a segunda lixívia de cozimento, a partir de pelo menos uma parte do retentado do processo de separação de membrana é possível obter as he-miceluloses contidas no mesmo, especialmente xilanos. Na US 2005/0203291 descreve-se um processo para a obtenção de xilanos a partir de uma fase rica em xilanos.

Ao contrário deste conhecido processo, em uma forma de concretização preferida do processo de acordo com a invenção, as hemicelulo-ses precipitáveis, especialmente os xilanos, são obtidos do retentado do processo de separação de membrana por meio de uma precipitação inversa.

Para a precipitação inversa utiliza-se preferivelmente um agente do grupo consistindo em ácidos minerais, CO2 e álcoois mono- e polivalen-tes. Em seguida, o resíduo de sedimentação pode ser lavado em instalações adequadas (por exemplo, uma prensa de lavagem) e desidratado mecanicamente.

Os xilanos obtidos dessa maneira podem ser processados pelo menos parcialmente para xilo-oligossacarídeos. Xilo-oligossacarídeos têm várias possibilidades de aplicação, por exemplo, como aditivos de alimentos com efeito prebiótico.

Para produzir esses xilo-oligossacarídeos, é possível efetuar preferivelmente um processo selecionado do grupo consistindo em hidroter-mólise e hidrólise enzimática.

Uma outra forma de concretização preferida do processo de a-cordo com a invenção é caracterizada pelo fato de este ser acoplado a um processo para a produção de polpa de papel e pelo menos uma parte da lixívia de prensagem formada no estágio de extração alcalina a frio e/ou pelo menos uma parte do retentado de um processo de separação de membrana efetuado na lixívia de prensagem ser aduzida a um processo de cozimento efetuado para a produção de polpa de papel.

Através do acoplamento da produção de polpa química de celulose e a polpa de papel e utilização dos fluxos de materiais acumulados no estágio CCE do processo de acordo com a invenção, durante a produção da polpa de papel, é possível tanto um melhoramento qualitativo, quanto também econômico do processo de produção de polpa de papel. O filtrado do estágio CCE ou o retentado de um filtrado CCE na-nofiltrado contém, tal como já explicado acima, um alto teor de hemicelulose. Uma lixívia de cozimento, que é enriquecida com hemicelulose, presta-se particularmente para a produção de polpas de papel de alto rendimento com maior hemiteor.

Uma outra forma de concretização preferida do processo de a-cordo com a invenção é caracterizada pelo fato de a polpa de celulose obtida através do cozimento no decorrer do tratamento posterior, adicionalmente a um estágio de alvejamento opcionalmente efetuado, estar sujeita a um tratamento para ajustar o grau de polimerização (DP). O tratamento é preferivelmente selecionado do grupo consistindo em processos de alvejamento oxidativos, processos hidrolíticos ácidos e processos de irradiação de elétrons. A degradação do DP de polpas para um nível DP desejado, pode ser efetuada tanto de maneira químico-oxidativa, quanto também através de irradiação de elétrons. Os tratamentos com hipoclorito ou ozônio são os mais adequados como agentes de oxidação para a degradação do DP. Nos processos químico-oxidativos é desvantajoso que, devido à acessibilidade limitada (dos agentes de oxidação) para as faixas cristalinas, a degradação da cadeia decorra de maneira muito heterogênea, pelo que a distribuição da massa molar permanece consideravelmente mais larga do que correspondería a uma degradação estatística. A irradiação de elétrons mostra, ao contrário, uma degradação amplamente estatística, de modo que a polidispersidade da distribuição da massa molar com degradação progressiva do DP diminui de forma conside- ravelmente mais intensa do que no caso de processos de degradação quí-mico-oxidativos, tal como pode ser mostrado no exemplo do tratamento de ozônio. A irradiação de elétrons de polpas para ajustar o DP é em si conhecida e já foi examinada por muitos grupos de trabalho [por exemplo, Ku-kielka, A. et al, Electron-beam treatment of cellulose pulps for production de-rivatives. Zeszyty Naukowe Politechniki Slaskiej. Chemia, 2001.146: página 117-120; lller, E.,et al, Electron-beam stimulation of the reactivity of cellulose pulps for production of derivatives. Radiation Physics and Chemistry, 2002. 63: pag 253-257; Stepanik, T.M., D.E. Ewing, and R. Whitehouse, Electron treatment of wood pulp for the viscose process. Radiation Physics and Chemistry, 2000. 57: página 337-379].

Nesses trabalhos, os autores partem do fato de que a irradiação de elétrons é utilizada como substituto para o pré-amadurecimento alcalino de polpas prontas. Visto que a irradiação de elétrons na polpa de celulose deixa grupos muito reativos (grupos carbonila), um tratamento alcalino subsequente provoca, porém, outra forte degradação de DP e a formação de estruturas cromóforas na celulose alcalina. O uso de polpa de celulose irradiada tem um efeito ainda mais desfavorável no processo lyocell. Nesse caso, os grupos reativos induzem as reações de degradação do solvente NMMO, cujos produtos de degradação continuam novamente a danificar a celulose. Este é um dos motivos, pelos quais o ajuste de DP por meio de irradiação de elétrons não é efetuado até agora na prática. A presente invenção evita esse problema, em que as polpas são expostas a uma irradiação de elétrons (tratamento "E-Beam") em posições arbitrárias da linha de fibra, isto é, durante o processo de produção da polpa de celulose, partindo de uma polpa de celulose não alvejada até antes do último estágio de alvejamento. A irradiação de elétrons da polpa de celulose pode ser preferivelmente efetuada de maneira tal, que a polpa de celulose está presente em uma densidade da polpa de pelo menos 35 %, preferivelmente 40-50 % e em uma espessura de camada de 2 a 6 mm, preferivelmente 3 a 4 mm, bem como é utilizada uma tensão de aceleração de menos do que 2,5 MeV.

Espessuras de camada entre 2 e 6 mm podem ser penetradas por radiação de forma amplamente homogênea também com baixas tensões de aceleração. A proporção de água presente no velo da polpa de celulose tem que ser considerada, naturalmente, para a seleção da dose de irradiação. A dose necessária para uma certa degradação de DP aumenta com uma densidade da polpa de 50 % aproximadamente em dobro.

Uma outra forma de concretização favorável do processo de a-cordo com a invenção consiste em que, após o tratamento para ajustar o grau de polimerização, é efetuado um tratamento alcalino-oxidativo, preferivelmente um tratamento alcalino de peróxido.

Grupos lábeis resultantes especialmente de uma irradiação de elétrons são estabilizados através desse subsequente estágio alcalino de peróxido e. por isso, não podem exercer nenhum efeito desvantajoso sobre os processos de transformação. Em um estágio de peróxido(P) após um estágio EBeam, os grupos carbonila são oxidados, em sua maior parte, para grupos carboxila. Nesse caso, formam-se compostos de cadeia curta com grupos fortemente cromóforos, que são lavados no filtrado de alvejamento. Os resíduos oxidados, de alto peso molecular estão presentes, na maior parte, como grupos de ácido aldônico e, dessa maneira, são estáveis contra tratamentos alcalinos subsequentes. A seguir, são listados conceitos de processos típicos para a aplicação de uma irradiação de elétrons: Sequência de alvejamento TCF: W-EBeam-OP-A-Z-P; W-EBeam-OP-A-P, W-EBeam-OP- P, W-OP-A-Z-EBeam-P, W-OP-A-EBeam-P, W-OP-EBeam-P.

Sequência de alvejamento ECF: W-EBeam-OP-D-E-P; W-EBeam-OP-D-E-D, W-EBeam-D-E-D, W-D-E-EBeam-P.

Nesse caso, as abreviações usadas significam: W....lavagem, OP....deslignificação de oxigênio reforçada com peróxido, E .... extração al- calina, D .... estágio de dióxido de cloro, Z .... estágio de ozônio, P .... estágio alcalino de peróxido.

Uma outra forma de concretização preferida do processo de a-cordo com a invenção é caracterizada pelo fato de que o estágio de cozimento da polpa de celulose é efetuado em dois estágios, sendo que no primeiro estágio, uma deslignificação é efetuada por meio de uma primeira lixívia de cozimento para um índice kappa de 35 a 70 no caso de madeira de coníferas como material de partida e para um índice kappa de 30 a 60 no caso de madeira de árvores caducifólias como material de partida e, no segundo estágio, o cozimento é prosseguido até o grau de pureza desejado da polpa de celulose por meio de uma segunda lixívia de cozimento.

Essa forma de concretização baseia-se, com isso, no conceito de um cozimento kraft de dois estágios. O objetivo do primeiro estágio de cozimento é efetuar a parte principal da deslignificação de volume. Nesse caso, madeiras de coníferas são deslignificadas para um índice kappa de 35 a 70 ou madeira de árvores caducifólias para um índice kappa de 30 a 60. A proporção do fator H do primeiro estágio de cozimento perfaz, em relação ao fator H dos dois estágios de cozimento juntos, preferivelmente 40 % a 80 % no caso de madeira de coníferas como material de partida ou 20 % a 60 % no caso de madeira de árvores caducifólias como material de partida. O fator H define a velocidade relativa da dissolução de lignina e depende do tempo de cozimento e da temperatura. O fator H 1 corresponde a um tempo de cozimento de 1 hora a 100°C. Nesse caso, o fator H expressa o tempo de cozimento e a temperatura de cozimento como uma única variável. Uma taxa de reação relativa (com referência a uma temperatura de 100°C, onde a taxa de reação, de acordo com a definição, perfaz 1), que é calculada por meio de um princípio de Arrhenius utilizando uma determinada energia de ativação, é integrada durante o tempo de cozimento.

Na transição do primeiro para o segundo estágio de cozimento, a primeira lixívia de cozimento é preferivelmente substituída pela segunda lixívia de cozimento. Por exemplo, no caso de um processo de cozimento contínuo, a alimentação da primeira lixívia de cozimento pode ser interrompida e, ao mesmo tempo, a alimentação da segunda lixívia de cozimento do segundo tanque de lixívia de cozimento pode ser iniciada. A seleção de taxas de fluxo adequadas possibilita, nesse caso, uma introdução amplamente completa das lixívias de cozimento durante as duas fases de cozimento. A primeira lixívia de cozimento apresenta preferivelmente uma concentração (alcalina efetiva) de 10 g/ a 30 g/l, preferivelmente 15 g/l a 25 g/l, de modo especialmente preferido, 20 g/l, bem como uma sulfididade de 50 % a 120 %, preferivelmente 100 %. De acordo com o método de teste, a sulfididade S SCAN-N 30:85 é definida como S = 2[HS]/([OH]+[HS]).

Em uma outra forma de concretização preferida, a composição da segunda lixívia de cozimento distingue-se daquela da primeira lixívia de cozimento. A composição da segunda lixívia de cozimento pode ser ajustada às respectivas exigências quanto à qualidade da polpa de celulose especialmente através da mistura de correntes de lixívia adequadas.

Preferivelmente, a segunda lixívia de cozimento pode ser enriquecida com uma lixívia selecionada do grupo consistindo no filtrado de um estágio subsequente de lavagem, em uma lixívia branca da caustificação e da lixívia de prensagem de um estágio de extração alcalina a frio.

No processo de acordo com a invenção, os dois estágios de cozimento são preferivelmente efetuados na forma de um cozimento contínuo às bateladas (CBC). Essa tecnologia oferece especialmente uma maior flexibilidade com respeito à formação do segundo estágio de cozimento. No caso de processos de cozimento contínuos modificados, é oferecida a adição de lixívia de cozimento ou rica em hemicelulose ou pobre em hemicelu-lose na zona de cozimento de contracorrente (processo de cozimento MCC e EMCC/ITC) ou na zona de cozimento expandida (processo de cozimento EMCC/ITC). A presente invenção refere-se, também, ao uso das polpas químicas de celulose produzidas de acordo com a invenção, para a fabricação de fibras de viscose e lyocell.

Os métodos para a fabricação das fibras de viscose e lyocell são conhecidos, em si, pelo técnico.

Fibras lyocell, que podem ser obtidas através da fiação de uma polpa química de celulose produzida de acordo com a invenção, destacam-se, especialmente, pelas seguintes características: Seu teor H de hemicelulose é preferivelmente maior do que 3,5 % em peso e, com isso, é um pouco mais elevado do que o teor de hemicelulose de fibras lyocell, que são fabricadas a partir de polpas kraft de pré-hidrólise de alto valor e cuja produção é cara (isto é, especialmente com um rendimento comparativamente baixo), tal como descrito, por exemplo, na WO 94/12719. O teor H pode ser menor do que 5 % em peso.

Apesar desse teor mais elevado de hemicelulose, o rendimento de mercerização da fibra lyocell de acordo com a invenção (de acordo com o método de medição descrito abaixo) importa em 90 % ou mais. Com isso, a fibra de lyocell de acordo com a invenção, apresenta uma resistência nitidamente maior à mercerização do que fibras lyocell, que são fabricadas a partir de uma polpa de celulose kraft não de acordo com a invenção, com alto teor de hemicelulose, tal como descrito, por exemplo, na WO 99/47733. A estabilidade da fibra lyocell de acordo com a invenção importa em 37 cN/tex ou mais no estado condicionado e, dessa maneira, encontra-se na mesma faixa de magnitude, que até agora foi obtenível somente com o uso de polpas kraft de pré-hidrólise de alto valor e cuja produção é cara. A fibra lyocell fabricada de acordo com a invenção difere das fibras lyocell fabricadas dessas polpas kraft de pré-hidrólise de alto valor também pelo fato de que a massa molar média dos xilanos isoláveis da fibra perfaz 20 kDa ou mais (vide o método de medição descrito abaixo). Em contrapartida, xilanos de fibras lyocell, provenientes de polpas kraft de pré-hidrólise de alto valor (ou também polpas de sulfito) apresentam uma média de peso (Mw) de < 10 kDa.

Em soma, as fibras lyocell de acordo com a invenção são, dessa maneira, nitidamente distinguíveis de fibras conhecidas até agora e possuem a vantagem de apresentarem excelentes propriedades de fibra, apesar do uso da polpa química de celulose produzível de maneira comparativamente favorável conforme o processo de acordo com a invenção. A presente invenção refere-se também a uma fibra de viscose, que pode ser obtida através da fiação de uma polpa química de celulose produzida de acordo com a invenção. A fibra de viscose de acordo com a invenção destaca-se especialmente pelo fato de que seu teor H de hemicelulose perfaz mais do que 2,0 % em peso e sua resistência à mercerização é de 90 % ou mais. As estabili-dades da fibra de viscose de acordo com a invenção, apesar do alto teor de hemicelulose, encontram-se no nível das melhores fibras de viscose, que são fabricadas a partir de polpas kraft de pré-hidrólise de alto valor (ou também polpas de sulfito). A fibra de viscose de acordo com a invenção pode apresentar especialmente uma estabilidade no estado condicionado de 23 cN/tex ou mais e uma dilatação em estado condicionado de 18% ou mais. A seguir, a presente invenção é detalhadamente ilustrada com base nas figuras e exemplos. A figura 1 mostra um esquema do conceito básico do processo de acordo com a invenção e suas possibilidades de aplicação. A figura 2 mostra uma representação gráfica da viscosidade intrínseca versus o índice kappa de cozimentos CBC de um e dois estágios de madeira de abeto.

Na figura 3 estão representados perfis de temperatura e íons hidróxido de cozimentos CBC de madeira de coníferas. A figura 4 mostra uma representação gráfica do rendimento total versus índice kappa de cozimentos CBC de Eucalyptus globulus de um e dois estágios com e sem enriquecimento de hemicelulose. A figura 5 mostra uma representação gráfica do índice de viscosidade intrínseca versus índice kappa de cozimentos CBC de Eucalyptus globulus de um e dois estágios com e sem enriquecimento de hemicelulose. A figura 6 mostra a distribuição da massa molar de polpas kraft de Eucalyptus globulus. A figura 7 mostra a comparação da distribuição da massa molar de uma polpa de celulose CBC* com uma polpa de celulose VISCBC. A figura 8 mostra as estabilidades de fibras de viscose normal fabricadas a partir de diferentes polpas no estado condicionado. A figura 9 representa a influência da quantidade de aplicação de ozônio e da dose de radiação sobre a degradação de DP de polpas de sulfito CBC e LH pré-tratadas diferentemente. A figura 10 mostra a distribuição da massa molar por meio de EBeam e ozônio sobre GVZ de 440 ml/g de polpa de celulose CBC degradada. A figura 11 mostra a distribuição da massa molar de um xilano isolado de um filtrado CCE através de precipitação invertida em ácido mineral. A figura 12 mostra a distribuição da massa molar dos xilanos isolados por meio de DMSO de polpas e fibras fabricadas dessas (avaliação gráfica da análise de GPC). A figura 13 confronta a intensidade do tratamento de vapor preferido (CBC*) de acordo com a invenção com um processo de pré-hidrólise (VISCBC). O fator P do tratamento de vapor preferido de acordo com a invenção encontra-se abaixo de 50; o fator P da pré-hidrólise VISCBC é de 700.

Na figura 1, o conceito básico do processo de acordo com a invenção e suas diferentes possibilidades de aplicação são ilustrados esque-maticamente. A variante A mostra a produção de uma polpa de papel com alto potencial de estabilidade: para isso, um processo kraft de dois estágios (como processo às bateladas ou, por exemplo, processo CBC) é combinado com uma sequência de alvejamento TCF ou ECF. A operação de dois estágios possibilidade um ótimo ajuste das condições de cozimento às respectivas necessidades. A variante B mostra o conceito da produção de uma polpa de papel de alto rendimento (pasta de celulose com alto teor de hemicelulose): para isso, o processo decorre de modo basicamente igual como na variante A. Mas a lixívia de cozimento para o segundo estágio de cozimento é enriquecida aqui com hemicelulose de alto peso molecular de lixívia rica em he-micelulose. Essa lixívia rica em hemicelulose pode ser especialmente proveniente de um processo CCE, que é efetuado em um processo C acoplado ao processo B para a produção de uma polpa de celulose lyocell de alto rendimento. A lixívia rica em hemicelulose pode ser, por exemplo, (a) o filtrado CCE ou (b) o retentado de um filtrado CCE nanofiltrado. A variante C já citada na figura 1 leva a uma polpa de celulose lyocell de alto rendimento para a fabricação de fibras lyocell com as maiores propriedades de estabilidade mecânica têxtil possíveis. O esquema básico decorre de acordo com a variante A. Porém, a polpa de celulose fervida é tratada aqui, ou diretamente após a lavagem e classificação ou após cada estágio de alvejamento ou despolimerização ("DEPOLY"), preferivelmente após um estágio O, em um estágio de beneficiamento CCE.

Em combinação com uma produção de polpa de papel efetuada paralelamente a isso, vide esquema B, o filtrado CCE pode ser usado para reforçar a lixívia branca, preferivelmente no segundo estágio de cozimento.

No caso da produção de polpa de papel falhar ou ser baixa demais, a lixívia pode ser reciclada após a purificação por meio de nanofiltra-ção. O permeato (b) retorna ao estágio CCE, e do retentado (c) podem ser obtidas hemiceluloses. A variante D na figura 1 mostra uma forma de concretização preferida do processo de acordo com a invenção para a produção de polpas solventes de alto rendimento, que é especialmente (a) polpa de viscose para fibras com altas propriedades mecânicas têxteis, (b) todas as polpas solventes restantes, que são derivatizadas para éster ou éter de celulose. O esquema básico decorre de acordo com a variante C. A fim de melhorar a reatividade da polpa, a madeira é submetida a um tratamento de ativação com vapor (estágio DA), no qual a estrutura do compósito da madeira é muito afrouxada com o objetivo de separar seletivamente as hemice- luloses de baixo peso molecular no cozimento alcalino subsequente. Exemplos Exemplo 1 - Cozimento CBC de dois estágios de madeira de abeto Madeira de abeto é cozida em um fervedor de teste de 10,8 litros de acordo com o processo CBC (continuous batch cooking) para formar polpa com índices kappa entre 16 e 42. O cozimento de referência de um estágio apresenta as seguintes condições: impregnação: [OH-] = 0,37 mol/l, [HS-] = 0,22 mol/l; temperatura média de 120°C, 30 minutos (direção de enchimento de baixo para cima) Aquecimento: deslocamento da lixívia de impregnação através de lixívia de cozimento pré-ajustada (direção do deslocamento de cima para baixo). Após 28 minutos, obtém-se a temperatura alvo de 160°C.

Estágio de fervura: a lixívia de cozimento é bombeada de cima para baixo em uma quantidade de fluxo do volume de cozimento 2 vezes maior por hora através do fervedor: 160°C, [OH-] = 0,62 mol/l, [HS-] = 0,30 mol/l, fatores H: 800-1600. A impregnação e aquecimento do cozimento CBC de dois estágios de acordo com a invenção, foram efetuados de maneira análoga à variante de um estágio.

Estágio de cozimento 1:160°C, [OH-] = 0,48 mol/l, [HS-] = 0,48 mol/l, fator H = 750 = constante Estágio de cozimento 2:160°C, [OH-] = 0,62 mol/l, [HS-] = 0,32 mol/l, o fator H variou de 100 - 600.

Foram efetuadas duas variantes do cozimento CBC de dois estágios, cuja diferença constava meramente na concentração das substâncias dissolvidas: a) DS ~ 80 g/l (padrão) b) DS ~ 40 g/l (baixa solidez CBC).

Os resultados do teste estão reunidos na figura 2 com base em uma representação gráfica de seletividade (viscosidade intrínseca versus índice kappa). Os resultados mostram que a seletividade já elevada do cozimento CBC de um estágio pode ser ulteriormente aperfeiçoada através das duas variantes de dois estágios.

Na figura 3 estão representados os perfis de temperatura e íons hidróxi dos cozimentos CBC de madeira de abeto de um e dois estágios descritos acima.

Tal como mostra a figura 3, através de uma operação de dois estágios - no caso de graus de deslignificação idênticos - não resulta uma prolongamento do tempo de cozimento. A concentração de íons hidróxi na saída do fervedor mostra um rápido aumento no decorrer do segundo estágio de cozimento e atinge a concentração alvo já na metade do tempo de cozimento selecionado.

Exemplo 2 - Cozimento CBC de dois estágios de Eucalvptus alobulus Eucalyptus globulus é processado em um fervedor de teste de 10,8 litros de acordo com o processo CBC (continuous batch cooking) para polpa com índices kappa entre 13 e 28. O cozimento de referência de um estágio (one-stage) apresenta as seguintes condições: impregnação: [OH-] = 0,38 mol/l, [HS-] = 0,25 mol/l; temperatura média 120°C, 30 minutos (direção de enchimento de baixo para cima).

Aquecimento: deslocamento da lixívia de impregnação através de lixívia de cozimento pré-ajustada (direção do deslocamento de cima para baixo). Após 30 minutos, obtém-se a temperatura alvo de 160°C.

Estágio de fervura: a lixívia de cozimento é bombeada de cima para baixo em uma quantidade de fluxo do volume de cozimento 2 vezes maior por hora através do fervedor: 155°C, [OH-] = 0.65 mol/l, [HS-] = 0.34 mol/l, fatores H: 200 - 500.

Impregnação e aquecimento do cozimento CBC de dois estágios (two-stages) foram efetuados de maneira análoga à variante de um estágio. Estágio de cozimento 1: 155°C, [OH-] = 0,46 mol/l, [HS-] = 0,37 mol/l, fator H = 180 = constante Estágio de cozimento 2: 155°C, [OH-] = 0,62 mol/l, [HS-] = 0,37 mol/l, o fator H variou de 100 a 400.

Em uma segunda variante, a lixívia de cozimento do segundo estágio foi produzida com o filtrado rico em hemi de um tratamento CCE.

Nesse caso, as condições no estágio de cozimento 2 foram ajustadas da seguinte maneira: 155°C, [OH-] = 0,37 mol/l, [HS-] = 0,16 mol/l, concentração de beta-celulose (do filtrado CCE) = 10 g/l, fator H = 150 -400.

Tal como é evidente da figura 4, o rendimento pôde ser consideravelmente aperfeiçoado em toda a faixa de índice kappa tanto para a variante "simples" de dois estágios ("two-stage"), quanto também para a variante de dois estágios reforçada com hemicelulose ("hemi-add") em comparação com o modo de funcionamento de um estágio. A vantagem do controle de processo de dois estágios mostra-se também na seletividade de desintegração, que na figura 5 está representada como índice de viscosidade intrínseca da representação gráfica versus índice kappa. É notável que a seletividade de cozimento, isto é, a viscosidade intrínseca com um determinado índice kappa é muito alta após todos os cozimentos CBC em comparação com os cozimentos de Eucalyptus globulus preparados de maneira convencional.

Exemplo 3 - Produção de polpas químicas de alto rendimento para transformação em fibras de viscose e Ivocell Antes do início do cozimento CBC, a madeira foi exposta a uma ativação de vapor (DA), em que o conteúdo do fervedor foi levado para uma temperatura de cerca de 165°C com auxílio de vapor de pressão média. O cozimento CBC foi efetuado em um estágio.

Para a melhor identificação, a combinação dos processos DA+CBC é designada, a seguir, por "CBC*". Após uma deslignificação O, a polpa CBC* foi submetida a uma extração alcalina a frio com o objetivo de remover as hemiceluloses solúveis em álcali. O ajuste de DP foi efetuado no âmbito do pós-alvejamento através de um tratamento com ozônio (Z). O al-vejamento P subsequente serviu para estabilizar a celulose e para ajustar o grau de brancura final desejado. Como polpa de referência, uma polpa kraft de pré-hidrólise foi produzida com auxílio da tecnologia "VISCBC" (processo Vis batch modificado, vide Wizani, W., et al "CBC - Continuous batch coo-king. The revolution in kraft cooking" em Pulping process and product quality conference, 2000, Boston, MA, EUA). A seguinte tabela 1 mostra as mais importantes características das polpas não alvejáveis.

Tabela 1: Caracterização das polpas de E. globulus não alvejadas: polpa Nesse caso, o fator B expressa a intensidade da pré-hidrólise. O cálculo baseia-se no mesmo conceito tal como no fator H, sendo utilizada uma diferente energia de ativação (123 kj/mol). O rendimento (teor de celulose) da polpa CBC* era em torno de 15,7 % de pontos (6,1 % de pontos) maior do que em comparação com a polpa de referência VISCBC (vide tabela 1).

Em seguida, o alvejamento das polpas CBC* e VISCBC foi acabado com auxílio de uma sequência OZP-TCF. Para reduzir as hemicelulo-ses de baixo peso molecular, as polpas CBC* foram submetidas a uma extração alcalina a frio apos uma deslignificação O (estágio CCE). O tratamento CCE foi efetuado em dois diferentes níveis de con- centração de NaOH, 50 g/l e 100 g/l. Com fonte de álcali serviu lixívia branca com uma sulfididade de 26 %. Todas as outras condições, tal como temperatura (30°C), tempo de permanência (30 minutos) e densidade da substância (10 %) foram mantidas constantes nos dois ensaios. O pós-alvejamento foi efetuado com auxílio de uma sequência Z-P em todas as polpas, sendo que o objetivo do alvejamento de ozônio consistiu, em primeira linha, em ajustar o DP a um nível para as polpas regeneradas (DPv de 950 - 1200, corresponde a um índice de viscosidade intrínseca GVZ de 420 - 500 ml/g). Os dados de processo e polpa mais essenciais (no âmbito do alvejamento da polpa) estão listados na tabela 2 seguinte.

Tabela 2: Caracterização do alto rendimento alvejado de polpas químicas E. globulus-CBC*-CCE e como referência, uma polpa Tabela 2 - continuação Da tabela 2 é evidente que as polpas de CBC* tratadas com CCE apresentam um nível R18, que se encontra na faixa das polpas kraft de pré-hidrólise de alto grau (referência VISCBC). Ao contrário, o rendimento das substâncias de CBC*-CCE alvejadas encontra-se em torno de 8,7-10,4 % em pontos mais alto do que na polpa de referência. A vantagem do rendimento é atribuído principalmente ao maior teor de celulose. O maior teor de xilano (resistente ao álcali) das polpas de CBC*-CCE contribui do mesmo modo para o maior rendimento, sendo que essa proporção diminui com crescente concentração de NaOH no estágio CCE.

Um simples balanço mostra que o tratamento de CCE remove de modo muito seletivo os polissacarídeos não celulósicos, enquanto que uma intensa pré-hidrólise também provoca uma degradação maciça da celulose.

Um critério importante para a avaliação de polpas químicas, especialmente com respeito as suas propriedades de transformação, é a distribuição da massa molar. A distribuição da massa molar de polpas kraft de Eucalyptus globulus é mostrada na figura 6. A parte superior da figura 6 mostra polpas CBC não alvejadas, as quais foram produzidas por um processo de cozimento CBC de dois estágios. Nesse caso, as designações „CBC-two-stage" „CBC hemi-add" referem-se às polpas produzidas de acordo com o exemplo 2 com e sem enriquecimento de hemicelulose. A curva ,,β-xilano" refere-se ao xilano isolado do estágio CCE de maneira isolada. A parte inferior da figura 6 representa as seguintes polpas: (a) CBC*: polpa CBC não alvejada após ativação com vapor (b) CBC* depoly: CBC* após alvejamento TCF

(c) CBC*-CCE: CBC* após tratamento de CCE a uma concentração de 100 g/l de NaOH (d) (c) alvejado com TCF.

A distribuição da massa molar foi determinada por meio de GPC em LiCI/DMAc e detecção MALLS [Schelosky, N., T. Rõder, e T. Baldinger, Molecular mass distríbution of cellulose products by size exclusion chroma-tographyin DMAC/LiCI. Das Papier, 1999. 53(12): p. 728-738].

Da parte inferior da figura 6 evidencia-se claramente que o tratamento de CCE remove a fração de carboidrato de baixo peso molecular de modo muito efetivo e seletivo.

Em comparação com a distribuição de massa molar de polpas químicas convencionais, beneficiadas em alto grau, que foram produzidas de acordo com um processo kraft de pré-hidrólise (VISCBC), mostra (vide figura 7) que o tratamento de CCE com o maior nível de concentração de NaOH possibilita uma distribuição mais apertada (menor polidispersidade) do que nas polpas comparativas. Na figura 7, uma polpa VISCBC é comparada com uma polpa de "CBC* CCE 100 Depoly", como uma polpa CBC*, que percorreu um processo de CCE com 100 g/l de NaOH e foi submetida um tratamento de despolimerização (alvejamento de TCF).

Transformação em fibras regeneradas 1. Fibras de viscose: Um critério importante para a transformação de polpas químicas é a qualidade da viscose obtenível, que foi avaliada com base no valor de filtro segundo Treiber [Sixta, H. et al, Evaluation of new organosolv dissolving pulps. Part I: Preparation, analytical characterization and viscose processabi-lity: Cellulose, 2004.11(1): página 73-83], o teor médio de partículas e a distribuição das partículas em uma ordem de magnitude de 3-150 pm (determinação com auxílio do aparelho de medição PAMAS [Sixta et al, Cellulose, 2004. 11(1): página 73-83]). A seguinte tabela 3 mostra que o tratamento de ativação com vapor antes do cozimento CBC representa o estágio decisivo para melhorar a qualidade da viscose resultante. O tratamento de CCE subsequente leva a uma outra melhora da qualidade da viscose, sendo que, de acordo com a expectativa, o efeito aumenta com crescente concentração de NaOH.

Tabela 3: Qualidade da viscose, medida com base no valor do filtro e do volume médio de partículas de polpas de referência e de teste A tabela 3 mostra que a qualidade da viscose que foi produzida da polpa CBC*-CCE100 é quase equivalente àquela, que foi produzida da polpa de referência VISCBC. As viscoses foram filtradas e fiadas em uma máquina de fiar de laboratório com 20 furos (φ 50 pm) com um total de 4 diferentes proporções de estiramento.

As estabilidades das fibras de viscose padrão produzidas no estado condicionado são reunidas na figura 8. Nesse caso, são confrontadas a) polpa de papel CBC b) polpa CBC*-CCE e uma c) polpa de referência VISCBC.

Os resultados confirmam que a polpa CBC*-CCE é igual à polpa química de referência (VISCBC), no que diz respeito à transformação para fibras de viscose. As dilatações um pouco menores das fibras são atribuídas a uma filtração mais incompleta, que é reconhecível por uma proporção um pouco maior de pequenas partículas na ordem de magnitude entre 5-10 pm.

Na seguinte tabela, as propriedades químico-físicás das polpas usadas e as fibras de viscose produzidas destas (de acordo com um processo de fiação padrão) são confrontadas: A polpa "solucell" é uma polpa VISCBC.

De acordo com a invenção, o teor de hemicelulose deve ser entendido como a soma dos componentes de açúcar não contendo glicose (calculados como açúcar anidro) após uma hidrólise total (hidrólise em dois estágios com ácido sulfúrico) da polpa ou da fibra. A medição é efetuada por meio de cromatografia de troca de ânions combinada com amperometria pulsada como método de detecção. A metodologia de medição é descrita em U. Mais, H. Sixta, ACS Symposium Series 2004, 864, 94, bem como por H. Sixta et al Proceedings of the 11 th ISWPC 2001, vol. 3, páginas 655-658. Método para a determinação do rendimento de mercerizacão: Desavivagem: As fibras são extraídas com EtOH a 96 % em um extrator Sox-hlet por 3 horas e secadas no vácuo a 50°C durante a noite.

Rendimento de mercerização: 2,00 g de fibra desavivada (peso inicial Mi) é vigorosamente agitada (macerada) com uma vareta de vidro a 20°G com 50 ml de NaOH, com uma concentração de 250 g/l, em um bécher por 3 minutos. Em seguida, a papa de fibras é aspirada através de uma frita G3 e lavada até a neutralidade com água VE. Após secar a fibra, a fibra é novamente pesada (peso de saída M2). O rendimento de mercerização é o quociente de M2/Mi (%). 2. Fibras de lyocell: Sabe-se que a polpa kraft despolimerizada é adequada para a produção de fibras lyocell de alto valor [WO 99/47733]. Um cozimento kraft (eventualmente de dois estágios) com pré-ativação de vapor, produz a base para a fabricação de fibras lyocell com propriedades mecânicas têxteis consideravelmente melhores. Os resultados da contagem dos fios em uma ins- talação de fiação laboratorial Davenport confirmam, que a extração alcalina a frio de polpas de papel kraft, aumenta as propriedades mecânicas têxteis ao nível das fibras lyocell das polpas químicas do mais alto valor (VISCBC) (tabela 5).

Tabela 5: Propriedades de estabilidade de fibras lyocell, fabricadas com auxílio de uma instalação de fiação laboratorial a partir de polpas de papel CBC e químicas Dados de fibras condicionadas, 1,3 dtex A polpa "High Hemi" é uma polpa correspondente ao estudo da WO 99/47733. A celulose "Solucell" é uma polpa VISCBC.

Da tabela é evidente, que as fibras lyocell fiadas das polpas produzidas de acordo com a invenção (CBC*-CCE100), apesar da produção favorável da polpa e do alto teor de hemicelulose com respeito à estabilidade da fibra e do rendimento de mercerização, apresentam propriedades pronunciadas, comparáveis com fibras lyocell de uma polpa VISCBC de alto valor.

As fibras lyocell de acordo com a invenção, superam nitidamente ai propriedades de fibras fabricadas de uma polpa correspondente ao estudo da WO 99/47733.

Exemplo 4: Aiuste de DP controlado de polpas químicas de alto rendimento O comportamento do alvejamento com ozônio e a irradiação de elétrons ("EBeam") com respeito à degradação de DP de polpas OP-(CCE)-A ou OP-(CCE)-D, polpas CBC, CBC*-CCD50 e CBC*-CCE100 pré-alvejadas foram comparadas umas com as outras em testes de laboratório. Para a comparação, uma polpa de sulfito de madeira de árvores caducifólias ("LS-Sulfit") foi irradiada com elétrons. O alvejamento com ozônio foi efetuado, nesse caso, respectivamente com 10 % de densidade da polpa e pH 2,0, misturando em um misturador high-shear em condições fluidizadas. O tratamento EBeam foi efetuado com uma tensão de aceleração de 10 MeV pela empresa IBA SA, Louvain-La-Neuve em um acelerador Rhodotron, após a secagem das folhas da polpa.

Todas as polpas foram alvejadas com peróxido após o tratamento Z ou EBeam (70°C, 10 kg de NaOH/t, 7 kg de Η202Λ, 120 minutos, 10 % de densidade da polpa, 0,5 kg de íons Mg ll/t).

Os resultados na figura 9 mostram que a extensão das dissocia-ções de cadeia (KSP, calculada de acordo com a fórmula 104/Pj-104/P0 (P = DPv calculado de valores SCAN GVZ; j.....após a degradação, 0.... antes da degradação)) como função da quantidade de aplicação de ozônio depende fortemente da concentração de hemiceluloses (e também da lignina, não mostrada) na polpa. Quanto mais alto é o teor de hemicelulose, tanto maior a aplicação de ozônio para obter uma determinada KSP. A polpa CBC-CCE100 pobre em hemicelulose necessita apenas de cerca de 3 kg de 03/t para uma KSP de 5,6 (degradação GVZ de 750 ml/g para 420 ml/g), enquanto uma polpa CBC com um teor de xilano quatro vezes tão alto (vide tabela 2) para a mesma capacidade de degradação, necessita mais do que 12 kg de 03/t. A irradiação de elétrons, ao contrário, é diferente: a dose necessária para uma determinada degradação de DP é aqui amplamente independente do tipo de polpa e da composição da polpa. A tabela 7 confirma, com base nos teores do índice de cobre e de grupos carbonila, 0 efeito estabilizador de um tratamento de peróxido alcalino seguinte aos processos de degradação. Após os dois processos de degradação, 0 estágio P causa uma KSP adicional de cerca de 0,6 - 1,2, dependendo das respectivas condições.

Tabela 7: Teor do índice de cobre e grupos carboxila de polpas CBC*-CCE100 após alvejamento de peróxido Z, EBeam ou alcalino subsequente A vantagem da irradiação de elétrons manifesta-se na distribuição de DP nitidamente mais apertada das polpas prontas. A figura 10 mostra que a polpa de papel CBC despolimerizada por meio de EBeam apresenta uma distribuição nitidamente mais apertada do que uma polpa CBC degradada com ozônio. Em uma degradação para um GVZ de 440 ml/g, o índice de polidispersidade (PDI) no caso da polpa tratada com Z importou em 4,3, no caso de uma polpa tratada com EBeam, apenas 3,5. A análise foi efetuada, em cada caso, na polpa pronta após um estágio P final.

Exemplo 5 - Produção de polpa de papel de alto rendimento O uso de lixívia de cozimento rica em hemicelulose no segundo estágio de cozimento causa, em primeira linha, um aumento do rendimento da polpa. Tal como exposto no exemplo 2, o aumento de rendimento médio (em uma hemiconcentração de cerca de 10 g/l na lixívia de cozimento) importa em cerca de 2 % em pontos em comparação com a variante de um estágio através de uma ampla faixa de índice kappa (vide figura 4).

A reprecipitação de xilano na superfície da polpa é nitidamente reconhecível como aumento da fração de baixo peso molecular na distribuição da massa molar, vide figura 6 acima e influencia tanto as propriedades superficiais, como também as estabilidades mecânicas. A alta proporção de ácido urônico (GlcA) dos xilanos (Xyl), proporção GlcA:Xyl de aproximadamente 0,05:1, causa um aumento da hidrofilia da superfície da polpa. Exemplo 6 - Produção de produtos de xilano 1. Isolamento de xilano do filtrado CCE

Com auxílio de uma instalação de nanofiltração piloto (NF), e- quipada com uma membrana de poliétersulfona, Nadir N30 F, cut-off 300, um filtrado CCE foi pré-filtrado com auxílio de um filtro de velas (Profile Star AB1A4007J), para separar fibras residuais e partículas não dissolvidas por filtração. A instalação NF foi acionada a uma temperatura de 40°C, uma pressão de 2,5 Mpa (25 bar) e uma vazão específica de 5 l/m2.h. A concentração da beta-celulose (xilano) no feed importou em cerca de 15 g/l, a concentração de NaOH, em 90 g/l. As correntes quantitativas comportaram-se em equilíbrio e, com isso, também as cargas de lixívia no permeato para re-tentado eram como 0,82:0,18.

Com base no baixo cut-offs da membrana, toda a quantidade de beta-celulose no retentado encontrava-se em uma concentração de cerca de 85 g/l. O retentado foi diluído em uma proporção de 1:1,5 com água e novamente acrescentado à NF.

As condições NF do segundo estágio eram comparáveis com as do primeiro estágio, apenas a quantidade de permeato diminuiu para cerca de 70 % da quantidade de feed. No retentado do segundo estágio NF, a beta-celulose estava presente em uma concentração de cerca de 115 g/l e com uma concentração de NaOH de cerca de 32 g/l (hemilixívia).

Esse substrato serviu para o isolamento da beta-celulose (xilano) através de precipitação inversa com ácido mineral. Para isso, cerca de 0,1 parte de um ácido sulfúrico diluído a 1:3 com água foi adicionado a 1 parte de hemilixívia, sendo que no final, ajusta-se um pH entre 4 e 5.

Após cerca de 6-8 horas, forma-se um precipitado branco sujo em uma consistência de cerca de 10-15 % em peso. Depois, esse precipitado foi centrifugado, lavado e secado. Nesse sólido foi comprovado um teor de xilano de 74 % em peso. Em relação a todo o teor de carboidrato, o teor de xilano importou em 97,5 %. A distribuição da massa molar desse xilano em pó determinada por meio de GPC, mostra uma massa molar de massa média de 24,4 kg/mol e uma massa molar de média numérica de 10,6 kg/mol (vide figura 11). 2. Transformação do xilano em pó para xilo-oligossacarídeos (XOS) XOS foi produzido do xilano de duas maneiras, (A) hidrotermoli-ticamente, (B) enzimaticamente: (A) Produção hidrotermolítica de XOS: 318 g de xilano seco foram diluídos em 9,08 litros de água (concentração de xilano 35 g/l) e tratados em um reator de pressão de 11 litros a 120°C por 5 horas sob constante circulação. A taxa de circulação importou em 75 l/h. O valor de pH do hidrolisado após a conclusão da reação importou em 3,13.

Em seguida, a solução foi neutralizada com NaOH a 0,3 N para pH 6,5-7,0. Os produtos hidrossolúveis foram separados por centrifugação com 4000 rotações/minuto. A quantidade de XOS isolada importou em 189,7 g de processo liofilizado, correspondendo a um rendimento de 59,6 %, em relação ao xilano usado. A mistura de XOS produzida hidrotermoliticamente mostra uma composição relativamente uniforme sobre a faixa de DP examinada (vide tabela 8 abaixo). (B) Hidrólise enzimática: XOS2-10 90 g de xilano úmido (corresponde a 40 g de xilano seco) foram suspensos em 900 ml de água (44,4 g/l) e dosadamente, acrescentados 50 mg de Pentopan Mono BM (1,25 mg/g de xilano). A mistura foi agitada no fermentador a 50°C por 2 horas. Depois, a enzima foi desativada através de aquecimento a 99°C por 10 minutos. As frações insolúveis remanescentes foram separadas por centrifugação, a solução aquosa foi liofilizada. O rendimento de XOS em relação ao xilano usado, importou em 75 %. XOS2 A reação foi efetuada em um fermentador de 7 litros com 6 litros de enchimento, a concentração de xilano importou em 20 g/l (120 g de xilano). A produção foi efetuada da mesma maneira com a enzima Pentopan Mono BG, mas com alta concentração de 1 g/l (50 mg/g de xilano). A fermentação foi efetuada a 40°C por 96 horas. O processamento foi efetuado tal como descrito acima. O rendimento de XOS importou em 78 %, em relação à quantidade de xilano usada (93,66 g de XOS). O produto consiste principalmente em xilobiose (tabela 8).

Tabela 8: Proporção de massa relativa dos XOS neutros, individuais Exemplo 7 - Distribuição da massa molar (MMV) das hemiceluloses (xila-nos). isoladas de polpas e fibras produzidas de acordo com a invenção O uso da nova geração de polpas químicas da categoria "CBC*-CCE" para a produção de fibras têxteis lyocell altamente estáveis pode ser nitidamente comprovado com base na distribuição da massa molar (MMV) das hemiceluloses isoladas das fibras (no caso de madeiras de árvores ca-ducifólias essas são quase exclusivamente xilanos) em combinação com as altas estabilidades e o alto rendimento de mercerização.

As hemiceluloses são extraídas dos substratos (polpa ou fibras) com auxílio de DMSO de acordo com o método de D. Evtuguin et al (Carboh. Res. 338 (2003) 597) e purificadas. Antes, as fibras ainda são desavivadas com EtOH (25 g de Soxhlet com 1 litro de EtOH, 6 horas). O xilano isolado (5 mg) é suspenso em DMAc (1 ml) e dissolvido em dispersão molecular através da adição de LiCI (8 mg) à temperatura ambiente. A distribuição da massa molar é determinada por meio de GPC com as seguintes condições: solvente: LiCI/DMAc; temperatura: temperatura ambiente; coluna de separação: Mixed A da Polymer Labs; detecção: MALLS (Wyatt)/RI; incremento do índice de retração: 0,136 ml/g.

Os resultados da determinação de MMV das hemiceluloses isoladas das polpas e fibras de lyocell produzidas das mesmas são reunidos na tabela 9 e figura 12.

Tabela 9: MMV dos xilanos isolados das polpas por meio de DMSO e fibras A polpa "Solucell-1772" é uma polpa VIXCBC. O resultado das medições de GPC dos xilanos isolados da polpa e fibra permitem as seguintes conclusões: • o perfil do xilano-MMV na polpa reflete - apesar da degradação - na fibra. • Xilanos de polpas CBC*-CCE têm um peso molecular essencialmente mais elevado e são mais polidispersos do que aqueles de polpas kraft de pré-hidrólise convencionais (PHK). • Xilanos de fibras lyocell, que foram produzidas através do uso de uma polpa CBC*-CCE, apresentam uma média de massa (Mw) de > 20 kDa. Em contrapartida, xilanos de fibras lyocell, que provêm de polpas PHK atualmente comerciais (ou também de polpas de sulfito), apresentam uma média de massa (Mw) de < 10 kDa.

REIVINDICAÇÕES

Claims (19)

1. Processo para a produção de uma polpa química a partir de um material de partida celulósico por meio do processo kraft, compreendendo o estágio do cozimento do material de partida com uma lixívia de cozimento, o referido processo sendo caracterizado pelo fato de que o material é exposto a um tratamento de vapor antes do cozimento e que a polpa obtida através do cozimento é submetida a uma extração alcalina a frio (CCE) no decorrer do tratamento posterior, sendo que o tratamento de vapor é efetuado a uma temperatura de 120°C ou mais e com um fator P de 50 ou menos.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que para o tratamento de vapor o material de partida é tratado a uma temperatura de 150 a 180°C com valor de pressão média.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o material de partida é submetido a uma impregnação antes do cozimento.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o cozimento, o tratamento de vapor, e eventualmente, a impregnação do material de partida são efetuados no mesmo fervedor.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o cozimento é efetuado na forma de um cozimento contínuo às bateladas (CBC).

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte da lixívia de prensagem formada no estágio de extração alcalina a frio é secada por meio de um processo de separação de membrana.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma parte da lixívia de prensagem formada no estágio de extração alcalina a frio é secada por meio de um processo de nano- ou uma ultrafiltração.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que este é acoplado a um processo para a produção de uma polpa de papel e pelo menos uma parte da lixívia de prensagem formada no estágio de extração alcalina a frio e/ou pelo menos uma parte do retentado de um processo de separação de membrana efetuado na lixívia de prensagem é aduzida à lixívia de cozimento de um processo de cozimento efetuado para a produção de polpa de papel.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a polpa obtida através de cozimento no decorrer da transformação adicional a um estágio de alvejamento eventualmente efetuado, é submetida a um tratamento para ajustar o grau de polimerização (DP).

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o estágio de cozimento da polpa é efetuado em dois estágios, sendo que no primeiro estágio é efetuada uma deslignificação por meio de uma primeira lixívia de prensagem para um índice kappa de 35 a 70 no caso de madeiras de coníferas como material de partida e para um índice kappa de 30 a 60 no caso de madeiras de árvores caducifólias como material de partida e no segundo estágio, o cozimento é prosseguido até o grau de pureza desejado da polpa de celulose por meio de uma segunda lixívia de cozimento.

11. Uso de uma polpa química, que foi produzida segundo um processo, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que é para a fabricação de fibras de viscose e lyocell.

12. Fibra de lyocell, caracterizada pelo fato de que é obtenível através da fiação de uma polpa química, que foi fabricada segundo um processo, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.

13. Fibra de lyocell, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que seu teor H de hemicelulose importa em mais do que 3,5 % em peso e seu rendimento de mercerização encontra-se em 90 % ou mais.

14. Fibra de lyocell, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o teor H importa em menos do que 5 % em peso.

15. Fibra de lyocell, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizada pelo fato de que sua estabilidade em estado condicionado importa em 37 cN/tex ou mais.

16. Fibra de lyocell, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, caracterizada pelo fato de que a massa molar média dos xilanos isoláveis da fibra importa em 20 kDa ou mais.

17. Fibra de viscose, caracterizada pelo fato de que é obtenível através da fiação de uma polpa química, que foi fabricada segundo um processo, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.

18. Fibra de viscose, de acordo com a reivindicação 17, caracterizada pelo fato de que seu teor H de hemicelulose importa em mais do que 2,0 % em peso e seu rendimento de mercerização encontra-se em 90 % ou mais.

19. Fibra de viscose, de acordo com a reivindicação 17 ou 18, caracterizada pelo fato de que sua estabilidade em estado condicionado importa em 23 cN/tex ou mais e sua dilatação em estado condicionado, em 18 % ou mais.