ES2209420T3 - Metodo de produccion de pulpa lignocelulosica a partir de especies no leñosas. - Google Patents
Metodo de produccion de pulpa lignocelulosica a partir de especies no leñosas.Info
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Abstract
Proceso para preparar pulpa lignocelulósica a partir de especies no leñosas, comprendiendo el proceso las fases de: (a) Pretratamiento de las especies no leñosas con una solución ácida acuosa con un pH 3 o menor, a una temperatura de 80ºC o menor y durante un tiempo efectivo para hacer que dichas especies no leñosas sean susceptibles al blanqueo subsiguiente con una pérdida de peso de dichas especies no leñosas por debajo del 10% en peso aproximadamente, conteniendo la solución opcionalmente desde un 0% en peso hasta un 1, 5% en peso de un agente quelante, basado en el peso en seco de las especies no leñosas; seguido por (b) impregnación de las especies no leñosas con una solución de peróxido alcalino que contiene opcionalmente un agente quelante en una cantidad desde un 0% hasta un 0, 5% en peso aproximadamente, basado en el peso en seco de las especies no leñosas, a una temperatura de 50ºC a 80ºC y durante un tiempo efectivo para conseguir un brillo del producto resultante, por lo menos,de alrededor de un 45% ISO, con una pérdida de peso de dicho producto por debajo del 25% en peso aproximadamente, basado en el peso original de dichas especies no leñosas; y posteriormente (c) desfibrado por medios mecánicos de las especies no leñosas impregnadas para producir pulpa.
Description
Método de producción de pulpa lignocelulósica a
partir de especies no leñosas.
La presente invención se refiere a la producción
de pulpa lignocelulósica utilizando especies que no contienen pulpa
de madera como materia prima, y especialmente a un producto fibroso
lignocelulósico quimicomecánico adecuado para la fabricación de
papel.
Existe un aumento del interés en la utilización
de especies no leñosas, tales como paja de trigo y cáñamo, para la
producción de pulpa y fabricación de papel. Económicamente, estos
materiales pueden encontrar una utilización con valor añadido que
puede mejorar la rentabilidad de una granja.
Mientras se predice la futura escasez de fibras
en todo el mundo, se cree que las fibras que proceden de la
agricultura representan un suministro de fibras sostenible para
substituir potencialmente las fibras que proceden de la madera en
ciertas aplicaciones del papel. Por otra parte, las presiones del
mercado y, quizás, los requerimientos legislativos pueden estimular
la producción de un papel "favorable para el medio ambiente"
que contiene fibras agrícolas, como se muestra a título de ejemplo
por la experiencia reciente con las fibras recicladas.
La técnica de la fabricación de papel fue
desarrollada originalmente utilizando fuentes de plantas no
leñosas, incluyendo la paja de trigo, y la producción de pulpa y
papel a partir de la madera es un desarrollo relativamente reciente.
Los procesos de producción de pulpa pueden estar divididos de
manera amplia en dos grandes categorías: la producción de pulpa por
medios químicos y la producción de pulpa por medios mecánicos. La
producción de pulpa por medios químicos implica la utilización de
reacciones químicas para solubilizar la lignina y producir fibras
individuales o pulpa a partir de materia prima lignocelulósica.
Dentro de la producción de pulpa por medios mecánicos, existen
muchos procesos que implican la variación de combinaciones de
tratamientos químicos, mecánicos y térmicos para realizar la
separación de las fibras, eliminar una parte de lignina y otros
componentes químicos de las fibras originales, o aumentar el brillo
o la resistencia de las fibras resultantes en la fabricación de
papel.
Uno de los problemas asociados con la producción
de pulpa de paja por medios químicos es su fuerte impacto en el
medio ambiente debido a un elevado contenido de sílice en las
fibras, inherente en la mayoría de residuos agrícolas, que hace
difícil la recuperación convencional por medios químicos. De manera
alternativa, la producción de pulpa por medios mecánicos parecer
ser adecuada para paja de cereales (trigo, avena, cebada, arroz),
especialmente paja de trigo, debido a que ésta última es fácil de
desintegrar por una acción mecánica. La producción de pulpa por
medios mecánicos genera un volumen de efluentes mínimo, reduciendo
por lo tanto el impacto en el medio ambiente.
Las pulpas quimicomecánicas (CMP) de la madera
son producidas mediante procesos en los que se tratan piezas de
madera redondeada o briznas con soluciones débiles de productos
químicos para la producción de pulpa tales como dióxido de azufre,
sulfito sódico, bisulfito sódico o hidrosulfito sódico, seguido por
un desfibrado mecánico.
La producción de pulpa por medios mecánicos con
peróxido alcalino (APMP) es uno de los procesos a considerar para
producir pulpa que se puede blanquear para papeles de calidad de
impresión que utilizan especies no leñosas, tales como paja y
cáñamo, como materia prima. En las patentes U.S.A. N^{os}
4.849.053 y 5.002.635, de Gentile y otros, proponen que una pulpa
de madera de calidad mejorada se produce a partir de briznas
utilizando un pretratamiento con estabilizadores y peróxido
alcalino previamente a la depuración. El proceso APMP está basado
en la incorporación de un peróxido de blanqueo dentro de una
impregnación química, y en fases de depuración en las que la acción
de blanqueo se produce no solamente para eliminar la oscuridad de
las briznas de madera por álcali sino que asimismo para aclararlas
hasta ciertos niveles de brillo. Por lo tanto, esto permite la
producción de una pulpa totalmente blanqueada sin necesidad de
instalar una planta de blanqueo separada (Cort, C.J. y Bohn, W.L.,
"Alkaline Peroxide Mechanical Pulping of Hardwoods", Tappi J.,
74(6):79-84, 1991). Igual que en la
sulfonación, la carboxilación de lignina por peróxido alcalino da
como resultado una separación más fácil de la fibra durante la
depuración y una unión mejorada de la fibra en la fabricación de
papel. Debido a su idoneidad para las maderas duras de baja
densidad (Cort y otros, supra), la adaptación del proceso APMP de
la madera a la paja y cáñamo parece evidente. El proceso es
favorable para el medio ambiente, de elevado rendimiento y utiliza
una producción de pulpa sin azufre y un blanqueo libre de cloro. La
fase de impregnación por peróxido alcalino del proceso de APMP es
similar al blanqueo convencional en muchos aspectos.
Diferentes procesos de producción y blanqueo de
pulpa se describen en los siguientes trabajos sobre patentes: WO
96/25552 (de Henricson y otros), la patente U.S.A. 4.793.898, WO
94/06964 (de Chang y otros), WO 86/05529 (de Laamanen y otros), WO
94/17239 (Nilsson y otros), WO 94/29515 (Tibbling y otros) y U.S.A.
4.400.237.
La patente U.S.A. Nº 5.320,710 da a conocer un
elemento laminar celulósico suave de elevada resistencia que
utiliza fibras alargadas de hesperaloe de carácter grosero. Un reto
significante para la fabricación de papel es realizar elementos
laminares celulósicos que no solamente sean suaves, absorbentes y
gruesos, sino también fuertes. Típicamente, la suavidad,
absorbencia y grosor están inversamente relacionadas con la
resistencia. Papeles especiales de elevada resistencia han sido
realizados utilizando fibras no leñosas, normalmente llamadas
fibras duras o de cordaje, tales como sisal, abacá, cáñamo, lino y
kenaf (hibiscus cannabinus). Como se describe en McLaughlin y
Schuck, Econ. Bot 45 (4), páginas 480-486, 1991,
dichas fibras son utilizadas normalmente para productos tales como
papel moneda, billetes de banco, bolsas de té, papel para cordeles,
filtros, limpiadores de aire y otros productos que requieren
resistencia a la escoria y a la rotura junto con una elevada
resistencia al plegado.
La patente U.S.A. Nº 4.106.979 da a conocer un
método para la preparación de pulpas de papel a partir de plantas
dicotiledóneas, tales como kenaf y cáñamo. Una planta dicotiledónea
dispone de dos zonas morfológicamente distintivas en su tallo, la
parte externa o corteza que contiene las fibras blandas y la parte
interna o del núcleo que contiene pulpa de madera.
El documento EP 0 509 905 da a conocer un proceso
para la fabricación de pulpa de papel de alto rendimiento a partir
de las briznas de madera. El proceso consiste en el tratamiento de
manera sucesiva de las briznas, antes de la molturación, con una
solución que contiene, por lo menos, un agente reductor, y a
continuación con una solución de peróxido de hidrógeno alcalino.
El documento WO 97/30208 da a conocer un proceso
para el blanqueo o deslignificación de pulpa con un producto
químico, en el que, antes del blanqueo o deslignificación con un
producto químico oxigenado, la pulpa está pretratada con un agente
quelante para eliminar los efectos adversos de cualesquiera metales
fuertes presentes en la pulpa. El agente quelante utilizado consiste
en compuestos de acuerdo con la fórmula (I), en la que n es
1-3, m es 0-3, p es
1-3, R1, R2, R3 y R4 son H, Na, K, Ca o Mg, R5 y R6
son H, CH2OH, CH2CH2OH o
CH2O(CH2CH2O)1-10CH2CH2OH.
El documento JP 56 004 791 da a conocer un
proceso en el que la pulpa depurada primaria se obtiene por la
depuración por presión de fibra no leñosa depurada en presencia de
una solución cáustica de álcali y es blanqueada por un agente de
blanqueo de la serie de oxígeno durante la depuración.
El documento WO 97/22749 da a conocer un proceso
para producir fibras de pulpa lignocelulósica con propiedades
mejoradas mediante el tratamiento de pulpa refinada con productos
químicos para ajustar el pH, tratándola a elevada temperatura y con
cargas de productos químicos, y posteriormente someterla a una fase
de depurado.
El peróxido de hidrógeno es un agente de blanqueo
versátil y ampliamente utilizado en la industria de la pulpa y
papel. Puede ser utilizado para aumentar el brillo de las pulpas
obtenidas por medios mecánicos y para deslignificar y clarificar
las pulpas obtenidas por medios químicos en una secuencia de
blanqueo de fase múltiple. Se acepta generalmente que el anión de
hidroperóxido es la especie activa principal en los sistemas de
blanqueo por peróxido. Como su formación puede ser regulada por
medio del pH, la alcalinidad de la solución de blanqueo puede ser lo
suficientemente elevada para asegurar una concentración adecuada
del anión de hidroperóxido.
Por otra parte, el peróxido de hidrógeno es
inestable en condiciones alcalinas y se descompone fácilmente. La
descomposición se acelera por el incremento del pH y la
temperatura,y la presencia de ciertos metales de transición,
especialmente hierro, cobre y manganeso. Esta descomposición de
peróxido de hidrógeno catalizada por metal no es deseable
generalmente en la operación de blanqueo ya que conduce a una
pérdida de la capacidad de aclarado. Adicionalmente, los productos
de descomposición incluyen oxígeno molecular, radical hidroxilo
(HO^{-}) y un radical anión superóxido (O_{2}^{-}), y pueden
participar en las reacciones de degradación tanto de la lignina y
carbohidratos como de las reacciones de creación cromófora.
En el proceso APMP del cáñamo y la paja de trigo,
es crítico producir una pulpa de elevado brillo o luminosidad sin
una pérdida significante de la producción de pulpa. Para conseguir
este requerimiento, se debe utilizar completamente el potencial de
aclarado del peróxido de hidrógeno y minimizar su pérdida de
funcionamiento. Como se ha mencionado anteriormente, la
descomposición del peróxido de hidrógeno bajo condiciones alcalinas
está grandemente influenciada por la presencia de ciertos compuestos
inorgánicos, es decir, iones de metales de transición. A la
inversa, los metales de tierras álcali tales como magnesio y
calcio, así como el silicio, son considerados estabilizadores del
peróxido. Para controlar la descomposición del peróxido, se debe
buscar un balance adecuado entre estas dos categorías de metales.
Mientras todos estos metales están presentes ya sea inicialmente en
la materia prima de las fibras o introducidos como impurezas a
partir de los productos químicos de blanqueo, agua del proceso y
equipo, eliminando o desactivando los metales de transición, es
importante minimizar la existencia de la descomposición catalítica
del peróxido. En la práctica, se han empleado dos enfoques,
habitualmente utilizados juntos, para conseguir el pretratamiento
de pulpa antes del blanqueo y estabilización de la solución de
blanqueo. La quelación es una manera efectiva para quitar los
metales compuestos de la pulpa utilizando agentes quelantes tales
como ácido dietileno triamina penta-acético (DTPA)
y ácido etileno diamina tetra-acético (EDTA). Ver
las patentes U.S.A. N^{os} 4.849.053, 5.002.635 de Gentile y otros
y el documento USP 4.732.650. Como un segundo enfoque, el silicato
sódico y las sales de magnesio han demostrado efectos
estabilizadores y son ampliamente utilizados (Ali, T. y otros,
"The Roles of Silicate in Peroxide Brightening of Mechanical Pulp
1. The Effect of Alkalinity, pH, Pre-treatment with
Chelating Agents and Consistency", J. Pulp Paper Sci., 12
(6):J166-J172 (1986), y Colodette, J.L. y otros,
"Factors Affecting Hydrogen Peroxide Stability in the Brightening
of Mechanical and Chemimechanical Pulps. Part III: Hydrogen Peroxide
Stability in the Presence of Magnesium and Combinations of
Stabilizers", J. Pulp Paper Sci.,
15(2):J45-J 50 (1989).
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Además, los agentes quelantes tales como DTPA y
ácido dietileno triamina pentametileno fosfónico (DTPMPA) son
también utilizados como estabilizadores orgánicos para la
estabilización de la solución de blanqueo (USP 4.732.650 y
Kuczynski, K. y otros, "DTPMPA: polyamino polyphosphonic acid and
its use in Paper Processes, Part I: The chemistry of Pulp Bleaching
with DTPMPA and Its Impact on Fines Retention", Tappi J.,
71(6): I71-I74 (1988)).
Las fibras de cáñamo y paja presentan
dificultades para el blanqueo. A una dosis de peróxido dada, el
nivel de brillo que se puede conseguir es mucho menor con fibras de
paja que con fibras de madera. Para producir pulpas de cáñamo y paja
de elevado brillo a niveles económicos de la carga de peróxido, es
importante escoger sistemas de estabilización adecuados para las
soluciones de blanqueo de peróxidos así como condiciones de blanqueo
adecuadas que deben ser adecuadas a las características de las
fibras de cáñamo y paja. Es reconocido ampliamente que la química y
morfología del cáñamo y la paja, por ejemplo, paja de trigo, son
diferentes de las de la madera. La paja de trigo presenta un perfil
de metal esencialmente diferente al de la madera - un menor
contenido de metales de transición y un mayor contenido de
magnesio, silicio y calcio. Asimismo, la paja de trigo contiene
cantidades apreciables de lignina y hemicelulosas de bajo peso
molecular, que son fácilmente solubilizadas en un medio alcalino. En
consecuencia, las soluciones de peróxido alcalino son capaces de
disolver esencialmente ligninas a partir de la paja de trigo
(patentes U.S.A. 4.649.113 y 4.957.599).
Los factores mencionados anteriormente hacen
difícil la utilización de peróxido alcalino para clarificar el
cáñamo y la paja de trigo a niveles elevados mientras se preserva
la producción de pulpa mediante la limitación de la disolución de
sus componentes.
Es un objetivo de la invención dar a conocer un
proceso para fabricar una pulpa lignocelulósica a partir de
especies no leñosas, de manera específica, a partir de paja, por
ejemplo paja de trigo, y cáñamo.
Es otro objetivo de la invención dar a conocer
dicho proceso incluyendo el blanqueo con peróxido de dicha pulpa
hasta un brillo relativamente elevado del producto fibroso,
mientras se minimiza el consumo de peróxido en el proceso.
El proceso de acuerdo con la presente invención
comprende las siguientes fases:
a) Pretratamiento de la paja con una solución
acuosa ácida con un pH de alrededor de 1 hasta alrededor de 7, a
una temperatura por debajo de 80ºC durante un tiempo efectivo para
restituir las especies no leñosas susceptibles a un blanqueo
subsiguiente con una pérdida de peso de las especies no leñosas por
debajo de alrededor de un 10% en peso, conteniendo la solución desde
un 0 hasta alrededor de un 1,5% en peso de un agente quelante
basado en el peso en seco de las especies no leñosas originales
(materia prima),
b) impregnación de las especies no leñosas con
una solución de peróxido alcalino que contiene un agente quelante
en una cantidad desde 0 hasta alrededor del 0,5% en peso basado en
el peso en seco de las especies no leñosas originales, a una
temperatura y durante un tiempo efectivo para conseguir un brillo
del producto resultante, por lo menos, de un 45% ISO
aproximadamente, con la pérdida de peso de dicho producto por
debajo del 25% en peso aproximadamente basado en el peso original
de dichas especies no leñosas, y
c) desfibrado por medios mecánicos de las
especies no leñosas impregnadas para producir pulpa.
De manera preferente, el pH de dicha solución
ácida está entre 2 y 3 aproximadamente.
La duración de la fase de pretratamiento es
preferentemente desde 0,5 horas hasta 2 horas aproximadamente,
correspondiendo normalmente la mayor temperatura a la duración más
corta.
En una realización preferente de la presente
invención, la temperatura de la fase a) está comprendida entre 50ºC
y 80ºC aproximadamente, mientras que una temperatura mayor a 80ºC
aproximadamente puede tener un efecto adverso sobre el blanqueo
subsiguiente. La solución ácida contiene preferentemente tanto ácido
acético como sulfúrico o ambos.
El agente quelante en la fase a) es
preferentemente uno o más compuestos seleccionados a partir de un
grupo que consiste en ácido dietileno triamina
penta-acético, ácido hidroxietiletilendiamina
triacético, ácido nitriloacético, tripolifosfato sódico y ácido
dietilentriamina pentametilenfosfónico, y la concentración del
agente es preferentemente desde unos 0,3% en peso a unos 0,6% en
peso aproximadamente de las especies originales no leñosas.
En una realización preferente de la presente
invención, la temperatura de la fase de impregnación está
comprendida entre 50 y 80ºC aproximadamente y la duración de esta
fase es desde 0,5 horas a 4 horas aproximadamente, correspondiendo
normalmente las temperaturas más altas a duraciones más cortas.
El agente quelante en la fase b) es seleccionado
preferentemente de ácido dietileno triamina
penta-acético y ácido dietileno triamina
pentametileno fosfónico. El contenido de dicho agente quelante en
dicha fase de impregnación está comprendido preferentemente entre
un 0,05% en peso y un 0,4% en peso aproximadamente de las especies
originales no leñosas.
La paja de trigo es una materia prima preferente
debido a su disponibilidad y abundancia, pero otras pajas de
cereales y posiblemente otras pajas son también adecuadas para el
objetivo de la presente invención. El cáñamo es otro material
preferente para la preparación de pulpa lignocelulósica de acuerdo
con la presente invención, ya que proporciona ahorros significantes
en comparación con la materia prima que contiene pulpa de
madera.
La solución de peróxido alcalino contiene
preferentemente carbonato sódico o hidróxido sódico como álcali.
Asimismo, ambos compuestos pueden utilizarse en combinación. En una
realización de la presente invención, las especies no leñosas en la
fase b) son impregnadas adicionalmente con ozono o ácidos peroxi (o
perácidos). La solución de peróxido alcalino, el ozono, y el ácido
peracético son añadidos de manera separada o secuencialmente a las
especies no leñosas.
Las condiciones del proceso de la presente
invención pueden requerir algún procedimiento de ajuste dependiendo
de las propiedades deseadas del producto, una pulpa que no es de
madera.
De acuerdo con la presente invención, se da a
conocer un proceso para preparar pulpa lignocelulósica a partir de
especies no leñosas, comprendiendo el proceso las fases de:
pretratamiento de las especies no leñosas con una solución acuosa
ácida con un pH de alrededor de 1 hasta alrededor de 7, a una
temperatura por debajo de 80ºC durante un tiempo efectivo para
restituir dichas especies no leñosas susceptibles a un blanqueo
subsiguiente con una pérdida de peso de dichas especies no leñosas
por debajo de un 10% en peso aproximadamente, conteniendo la
solución desde un 0 hasta un 1,5% en peso aproximadamente de un
agente quelante basado en el peso en seco de las especies no
leñosas; impregnación de las especies no leñosas con una solución
de peróxido alcalino que contiene un agente quelante en una
cantidad desde 0 hasta el 0,5% en peso aproximadamente basado en el
peso en seco de las especies no leñosas, a una temperatura y
durante un tiempo efectivo para conseguir un brillo del producto
resultante, por lo menos, de un 45% ISO aproximadamente, con una
pérdida de peso de dicho producto por debajo del 25% en peso
aproximadamente basado en el peso original de dichas especies no
leñosas; y desfibrado por medios mecánicos de las especies no
leñosas impregnadas para producir pulpa.
De acuerdo con la presente invención se da a
conocer además un proceso para preparar pulpa lignocelulósica a
partir de especies no leñosas, comprendiendo el proceso las fases
de: pretratamiento de las especies no leñosas con una solución
ácida acuosa con un pH de alrededor de 1 hasta alrededor de 7, a una
temperatura de 50-80ºC aproximadamente durante un
tiempo de 0,5 a 2 horas aproximadamente, conteniendo la solución
desde un 0 hasta un 1,5% en peso aproximadamente de un agente
quelante basado en el peso en seco de las especies no leñosas;
impregnación de las especies no leñosas con una solución de peróxido
alcalino que contiene un agente quelante en una cantidad desde 0
hasta el 0,5% en peso aproximadamente basado en el peso en seco de
las especies no leñosas, a una temperatura de alrededor de 50 a
80ºC durante un período de tiempo de 0,5 a 4 horas aproximadamente;
y desfibrado por medios mecánicos de las especies no leñosas
impregnadas para producir pulpa.
Realizaciones de la presente invención indicadas
a título de ejemplo serán descritas a continuación de acuerdo con
los dibujos, en los cuales:
la figura 1 muestra el brillo ISO, el valor
a^{*}, y el valor b^{*} para diferentes tratamientos del cáñamo
para la eliminación del verdor;
la figura 2 muestra un diagrama del brillo ISO
obtenido en relación al peróxido de hidrógeno consumido en la fase
de blanqueo para una serie de métodos de pretratamiento y sus
respectivos valores a^{*};
la figura 3 muestra un diagrama que compara la
eficacia en el blanqueo obtenida con la serie de métodos de
pretratamiento;
la figura 4 muestra un gráfico del brillo ISO y
el consumo de peróxido de hidrógeno con respecto al pH del lavado
ácido;
la figura 5 muestra un gráfico de barras del
brillo ISO y del valor a^{*} para la eliminación del color verde
del cáñamo según una variación de valores de pH y consumo de
ozono;
la figura 6 presenta un gráfico que muestra el
efecto de la carga de ozono en la eficacia del subsiguiente
blanqueo por peróxido en relación con el brillo ISO, % de ozono y %
de consumo de H_{2}O_{2}; y
la figura 7 muestra un gráfico de barras que
compara el brillo ISO obtenido según tres valores diferentes de pH
para un cáñamo blanqueado con ácido peracético (Paa) y un cáñamo
blanqueado con PaaP, una secuencia de blanqueo que utiliza ácido
peracético y a continuación peróxido.
El proceso de acuerdo con la presente invención
da a conocer el blanqueo de las especies no leñosas y la producción
de pulpa lignocelulósica. El término especies no leñosas se define
a continuación como cáñamo y paja.
La paja de trigo es heterogénea química y
morfológicamente. Típicamente, el material internodal contiene más
celulosa y menos ceniza y sílice que otras partes tales como nodos
y hojas, y de esta manera, el material internodal es la parte
preferente de la paja como materia prima fibrosa para la producción
de pulpa y fabricación de papel. Además, la parte internodal tiene
un bajo contenido en metal, especialmente de metales nocivos,
manganeso y hierro.
En comparación con otras pajas de cereales, la
paja de trigo es más adecuada para la producción de pulpa y
fabricación de papel debido a su carácter químico y morfológico
superior. La paja de trigo es asimismo una materia prima preferente
debido a su abundancia como un residuo agrícola.
Las especies no leñosas son cortadas y cribadas
antes de ser tratadas de acuerdo con el proceso de la presente
invención. La paja de trigo es cortada preferentemente en un molino
de martillo u otra máquina adecuada hasta una longitud entre media
pulgada y una pulgada aproximadamente (13 a 25 mm). La fase de
corte sirve no solamente para aumentar el área superficial del
material y para facilitar el tratamiento subsiguiente con quelante
y un peróxido alcalino, sino también para nivelar la calidad de la
materia prima fibrosa. El proceso de corte tiende a producir una
cierta cantidad de fibras muy cortas no deseadas, es decir, piezas
muy pequeñas de cáñamo, paja y polvo de paja. Es preferible
eliminar o reducir la cantidad de fibras muy cortas así formadas por
la criba antes de que las especies no leñosas cortadas sean
sometidas al tratamiento subsiguiente. Se cree que las fibras muy
cortas, que no son adecuadas para ser refinadas en fibras útiles
para la fabricación de papel, consumen inútilmente los productos
químicos y reducen el drenaje de la pulpa. Por lo tanto, el corte y
la criba de las especies no leñosas tienden a producir una pulpa
más clara con un consumo menor de peróxido. Una mejora de la
eficacia del blanqueo de este tipo puede ser explicada parcialmente
por el descubrimiento de que el proceso de corte seguido de una
criba aumenta la proporción de la parte internodal en la paja
cortada y reduce la cantidad de hierro y manganeso.
El proceso de corte y criba permite la separación
del cáñamo en fracciones blandas y duras. Obviamente, existen dos
opciones: una que utiliza todo el material para la producción de
pulpa y otra que utiliza estas dos fracciones, respectivamente,
para la producción de pulpa. Técnicamente, es más fácil procesar
los dos tipos de fibras de manera separada debido a que son
diferentes química y morfológicamente.
Antes de la impregnación con peróxido alcalino,
las especies no leñosas, preferentemente trituradas, son lavadas
con agua caliente o, preferentemente, con una solución acuosa
ácida. Esta fase de pretratamiento ofrece ciertos beneficios que
incluyen un aumento substancial del brillo y un remarcable descenso
en el consumo de peróxido durante la fase de impregnación
subsiguiente. El pretratamiento no solamente reblandece las
especies no leñosas mejorando de este modo su accesibilidad a los
productos químicos de blanqueo, sino que asimismo solubiliza las
sales inorgánicas solubles en agua y desactiva la descomposición de
los catalizadores por peróxido de hidrógeno biológico o enzimático
tal como la catalasa.
Es preferible que la solución de lavado contenga
un agente quelante tal como DTPA, ácido
(2-hidroxietil)etilendiamina triacético
(HEDTA), ácido nitrilotriacético (NTA), tripolifosfato sódico
(STPP), y otros componentes conocidos en la materia para la
funcionalidad de la quelación. La inclusión de uno de los agentes
quelantes mencionados anteriormente ayuda en la eliminación de los
metales nocivos tales como manganeso e hierro dentro de la totalidad
del rango de pH utilizado en este caso, mejora el brillo y reduce
la utilización de peróxido. Mientras el contenido de agente quelante
puede variar desde 0 hasta un 1,5% en peso aproximadamente, debería
estar de manera preferente en la gama de 0,3 a 0,6% en peso basado
en el peso en seco de las especies originales no leñosas. El pH
debería estar entre 1 y 7 aproximadamente, preferentemente entre 2
y 3 aproximadamente. Los ajustes al pH de la solución pueden
realizarse con cualquier ácido orgánico o inorgánico. La
temperatura del pretratamiento está preferentemente entre 50 y 80ºC.
La duración de la fase de pretratamiento/lavado está entre 0,5 y
alrededor de 2 horas, preferentemente alrededor de 1 hora. La
solución para la paja o cáñamo debería proporcionar suficiente
solución para saturar la paja o el cáñamo, preferentemente en una
proporción entre 15 y 25 litros por kilogramo. Las especies no
leñosas son separadas de la solución ácida por filtración y lavadas
con agua varias veces para eliminar las substancias disueltas de
las especies no leñosas.
La tabla I compara la disolución de los
componentes de la paja de trigo con tres valores diferentes de pH.
Se puede observar que el pretratamiento de la paja con soluciones
de bajo pH, por ejemplo un pH 3 o menor, es especialmente efectiva
para disminuir el contenido de manganeso e hierro y mejorar la
eficacia del blanqueo con peróxido, si bien reduciendo la pérdida
de peso de la paja.
\newpage
| Muestra | Original | pH 7 | pH 5 | pH 3 |
| Rendimiento de la recuperación de paja, % | 100 | 93,0 | 94,0 | 94,7 |
| Lignina Klasson % | 17,4 | 17,6 | 17,3 | |
| Lignina soluble en ácido, % | 1,9 | 1,6 | 1,7 | |
| Ceniza, % | 6,5 | 4,5 | 4,9 | |
| Extractos de Tolueno-etanol, % | 3,4 | 1,6 | 2,1 | |
| Manganeso, ppm | 5,9 | 4,4 | 3,7 | 1,5 |
| Hierro, ppm | 31,7 | 25,1 | 20,3 |
Las especies pretratadas no leñosas a partir de
la fase precedente son impregnadas con una solución acuosa de
peróxido alcalino que contiene opcionalmente un agente quelante
como un estabilizador de peróxido, preferentemente, pero no de
manera exclusiva, DTPMPA. Otro agente quelante aceptable es el
ácido dietileno triamina penta-acético. La presencia
de impurezas de metal en los productos químicos de blanqueo y en el
agua del proceso justifica además la utilización de una pequeña
cantidad de agente quelante para estabilizar adicionalmente el
peróxido y mejorar el blanqueo. El contenido de DTPMPA está
preferentemente entre un 0,1 y un 0,2% aproximadamente, basado en
el peso en seco de las especies originales no leñosas. Generalmente,
el agente quelante debe estar en una concentración comprendida
entre un 0,05 y un 0,4% en peso aproximadamente basado en el peso
en seco de las especies originales no leñosas. El volumen total de
la solución de peróxido alcalino no debe exceder generalmente 6
litros por kilogramo del substrato seco de paja o cáñamo. Se
dispone una mezcla durante la impregnación.
A continuación se describen algunas variables de
la fase de impregnación.
Los niveles de adición de peróxido están
comprendidos entre un 2% y un 10% basado en el peso en seco de las
especies originales no leñosas. Para una carga de peróxido dada, se
necesita suficiente álcali para ajustar una proporción adecuada
entre álcali y peróxido, que es requerida para proporcionar una
concentración adecuada de anión hidroperóxido, el agente blanqueante
activo, en el sistema de blanqueo. El álcali total, adoptado como
NaOH, es añadido para ofrecer unos niveles de adición entre el 1% y
8% del peso en seco de las especies originales no leñosas. Las
concentraciones variables tanto de peróxido y álcali como del tipo
de álcali ofrecen una amplia gama de pH de la solución inicial
entre 10,2 y 12,0. El pH disminuye rápidamente durante el blanqueo,
mientras los iones hidróxido son consumidos en la neutralización de
las substancias ácidas, mayormente carboxílicas, presentes
originalmente en la paja de trigo o cáñamo y creadas por reacciones
oxidantes durante el blanqueo. Al final de la fase de impregnación,
el pH puede estar normalmente en la gama desde 7,5 a 11,0. Como
regla general, cuanto mayor es la carga de peróxido y álcali, mayor
es el brillo de la pulpa y menor la producción de pulpa. Se necesita
un experto en el procedimiento para seleccionar condiciones
apropiadas para balancear la ganancia de brillo con la pérdida de
producción.
Tanto el hidróxido sódico como el carbonato
sódico pueden ser el álcali reactivo en la solución de blanqueo de
peróxido alcalino. En general, el hidróxido sódico es más efectivo
que el carbonato sódico en el desarrollo del brillo. Por otra
parte, para la misma carga de peróxido y equivalencia de álcali
activa, el carbonato sódico tiene ventajas que incluyen el bajo
coste, la alta producción de pulpa y el bajo consumo de peróxido. La
impregnación con carbonato sódico y peróxido de hidrógeno da como
resultado un menor grado de disolución de la lignina y
hemicelulosas, ofreciendo de este modo una menor cantidad de
sustancias orgánicas en la solución de blanqueo consumida (menor
descarga de COD). Estas ventajas de utilizar carbonato sódico son
más evidentes cuando la impregnación es llevada a cabo a unos
niveles de adición de peróxido relativamente bajos, por ejemplo,
alrededor del 4% del peso de paja. En estos casos, el brillo de la
pulpa conseguido está cerca de la que utiliza hidróxido sódico
mientras utiliza menos peróxido.
Conforme a muchas condiciones de blanqueo, las
influencias de la temperatura y el tiempo son intercambiables. Un
aumento de la temperatura puede compensar una reducción del tiempo
y viceversa. La temperatura de la impregnación puede variar
ampliamente, pero debe estar preferentemente entre 50 a 80ºC
aproximadamente. Las variaciones de temperatura dentro de esta gama
tienen solamente un efecto marginal sobre la respuesta del brillo,
pero a mayor temperatura, mayor consumo de peróxido. Para la gama
de temperatura descrita anteriormente, el tiempo de retención está
preferentemente entre ½ hora y 4 horas. El blanqueo es una reacción
rápida de manera que la mayoría del desarrollo del brillo y el
consumo de peróxido se producen en la primera media hora del tiempo
de retención. Durante este período, el pH desciende
significantemente a un nivel bajo de manera que el peróxido residual
llega a ser inefectivo como agente de blanqueo. En general, la
impregnación más preferente utiliza una temperatura de alrededor de
60ºC y un tiempo de retención de entre ½ hora y 1 hora.
Dependiendo de los niveles de adición de peróxido
y álcali, la producción de pulpa está en la gama del 75% al 90% del
peso en seco de la paja original, y el brillo de la pulpa está
entre 48 y 64 por ciento ISO o la ganancia de brillo está entre 12
y 28 puntos ISO.
Después de la finalización de la impregnación con
peróxido alcalino, las especies no leñosas son desfibradas
(refinadas) por medios mecánicos en un aparato de desfibrado
adecuado, en una o más fases, hasta obtener las propiedades de la
pulpa deseadas incluyendo el refinado. Preferentemente, el refinado
es llevado a cabo a presión atmosférica para reducir la pérdida de
brillo y el consumo de peróxido. Durante el refinado, se permite que
la pulpa continúe el blanqueo de manera que la magnitud de peróxido
utilizada en la fase de impregnación es seleccionada de manera
preferente para tener como resultado algún peróxido residual que se
mantiene después de la impregnación para mantener un elevado
brillo. La pulpa refinada se concentra, por ejemplo, mediante una
compresión y regruesamiento, para eliminar la solución de
impregnación residual que contiene peróxido alcalino potencialmente
reciclable, a continuación diluida con agua, acidificada hasta un
pH de alrededor de 5,5, y a continuación lavada con agua. La pulpa
lavada es cribada preferentemente para dar como resultado una pulpa
adecuada para la producción de productos de papel.
De acuerdo con una realización de la presente
invención, un proceso para blanquear fibras de cáñamo a elevados
niveles de brillo comprende en primer lugar el pretratamiento de
las fibras con una solución ácida acuosa y en segundo lugar el
blanqueo de las fibras con peróxido de hidrógeno, ácido peracético u
ozono. La primera fase es necesaria para aumentar la eficacia del
blanqueo y es llevada a cabo preferentemente a un pH 3 o menor. Los
productos químicos de blanqueo de la segunda fase son aplicados ya
sea de manera separada como combinados de manera secuencial.
El cáñamo tiene dos partes fibrosas diferentes
según sus características: fibras blandas y fibras del núcleo que
contienen pulpa de madera. Las fibras del núcleo que contienen
pulpa de madera son relativamente claras y similares desde un punto
de vista químico y morfológico a las maderas duras tal como el
álamo. No obstante, las fibras blandas son verdosas y más difíciles
de blanquear. De acuerdo con una realización de la presente
invención, el centro del proceso es que las fibras deben ser
pretratadas previamente al blanqueo con peróxido de hidrógeno,
ácidos peroxi (o perácidos) u ozono.
El cáñamo blando original es verdoso. El grado de
verdor es reflejado por el valor de a^{*} de los amortiguadores
de brillo. El valor de a^{*} es utilizado para fijar la
efectividad en la eliminación del verdor mediante diferentes
tratamientos y representa el verde-rojo, en el que
verde < 0 y rojo > 0. Esto significa que cuanto más cercano a
cero sea el valor de a^{*}, menos verdoso es el cáñamo. El color
verde del cáñamo es atribuido a la presencia de clorofilas.
Volviendo a continuación a la figura 1, se muestran el brillo ISO,
el valor a^{*} y el valor b^{*} para diferentes tratamientos del
cáñamo para la eliminación del verdor. Las siguientes abreviaciones
se utilizan para indicar los siguientes métodos de tratamiento:
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
EXT: \+ extracción soxhlet de acetona durante 8 horas\cr
N-WASH: \+ lavado con agua a un pH neutro\cr
A-WASH: \+ lavado con agua a un pH 2\cr HEDTA: \+
quelación con un 0,5% de HEDTA\cr SUN: \+ exposición a la luz solar
durante 2 semanas\cr UV: \+ irradiación por rayos ultravioleta en
un fotorreactor durante 24
horas.\cr}
Como se observa en la figura 1, el color verde
del cáñamo es fácilmente extraible mediante acetona como se indica
por el valor a^{*} siendo 0,15, es decir una valor a^{*}
cercano a cero. La extracción de acetona, el lavado ácido, la
exposición a luz solar se muestran efectivas en el clareado del
cáñamo y la eliminación del color verdoso como se indica por sus
valores a^{*} siendo cercanos a cero. Entre aquellos métodos de
tratamiento, el lavado ácido puede ser utilizado a escala
industrial. El lavado ácido asimismo proporciona ventajas y
beneficios adicionales con respecto a la siguiente fase de blanqueo
por peróxido y que se describe a continuación.
La figura 2 presenta un diagrama del brillo ISO
conseguida en relación con el consumo de peróxido de hidrógeno para
una serie de métodos de tratamiento. El diagrama en la parte
inferior de la figura 2 muestra los valores a^{*} respectivos de
una serie de métodos de tratamiento. Se observa en la figura 2 que
el peróxido alcalino no es eficaz en el blanqueo del color verdoso
del cáñamo. Adicionalmente, el cáñamo no tratado no es blanqueado
de manera eficaz por el peróxido de hidrógeno. Se observa que el
peróxido de hidrógeno se descompone rápido y por esto la mayoría
del peróxido de hidrógeno añadido es consumido realmente. Aunque la
extracción de acetona y la irradiación por luz solar son eficaces
en la eliminación del verdor del cáñamo y se consiguen niveles de
brillo moderados por medio del blanqueo por peróxido de hidrógeno,
el consumo de peróxido de hidrógeno es casi del 100%, es decir, es
muy elevado. Este resultado indica que estas fases de
pretratamiento no están eliminando las substancias que catalizan la
descomposición del peróxido de hidrógeno. No obstante, el lavado
ácido no solamente aumenta los niveles de brillo ISO conseguidos
sino que asimismo reduce el consumo de peróxido de hidrógeno a un
valor significante. Además, la adición de un 0,5% en peso de HEDTA
aumenta adicionalmente el nivel de brillo ISO conseguido en 3
unidades ISO aproximadamente, en comparación a un lavado ácido solo
como se muestra en la figura 2. Esto es indicado adicionalmente por
el valor a^{*} para el lavado ácido y el lavado ácido con HEDTA
añadido que cambia desde -1,79 a -1,49, respectivamente.
La figura 3 muestra un diagrama que compara la
eficacia del blanqueo conseguida con los diferentes métodos de
pretratamiento. El lavado ácido en ausencia o presencia del HEDTA
proporciona una eficacia del blanqueo de aproximadamente 4 a 5
veces mayor que la del cáñamo no tratado y aproximadamente 3,5 a 4
veces mayor que la del cáñamo lavado con agua caliente
(N-WASH).
La figura 4 muestra un gráfico del brillo ISO y
el consumo de peróxido de hidrógeno en relación con el pH del
lavado ácido. Como se puede observar a partir del gráfico
presentado en la figura 4, el valor del pH del lavado ácido es un
factor clave en la influencia sobre el blanqueo con peróxido. El pH
debe alcanzar un punto de tal manera que el pretratamiento sea
capaz de solubilizar las substancias perjudiciales presentes en el
cáñamo que consumen peróxido y/o catalizan la descomposición del
peróxido. La figura 4 muestra que la variación del valor del pH en
la gama entre 3 y 1,5 no resulta ninguna diferencia substancial en
el desarrollo del brillo.
La tabla II muestra el contenido de metal del
cáñamo antes y después de diferentes tratamientos como se indica en
la tabla II. Los valores son dados en ppm.
| Muestra | Al | Ca | Co | Cr | Cu | Fe | Mg | Mn | Ni | Si | Zn |
| Cáñamo | 39,8 | 5132 | 0,8 | 0,8 | 1,6 | 71,7 | 878 | 11,2 | 0,8 | 184 | 26 |
| Lavado pH 7 | 14,8 | 4263 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 56,2 | 635 | 10,9 | 0,8 | 136 | 17,2 |
| Lavado pH 4 | 11,6 | 3700 | 0,8 | 0,8 | 3,1 | 48,5 | 395 | 8,5 | 0,8 | 129 | 15,4 |
| Lavado pH 2 | 9,6 | 158 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 31,3 | 16,5 | <0,8 | 0,8 | 103 | 8,7 |
| HEDTA | 5,9 | 3741 | 0,7 | 0,7 | <0,7 | 28,9 | 599 | 0,7 | <0,7 | 113 | 8,1 |
La tabla II demuestra claramente el efecto del
lavado ácido, es decir, cuanto menor es el valor del pH del lavado
ácido, mayor es la eliminación de los metales
alcalino-térreos Ca y Mg. Con un pH 2 se eliminan la
mayoría de los metales alcalino-térreos. El lavado
ácido con un pH 2 es más efectivo en la eliminación de magnesio del
cáñamo que la quelación con HEDTA. La eliminación del magnesio da
como resultado la destrucción de clorofilas. Por lo tanto, el
lavado ácido con un pH 2 es más efectivo en la eliminación del color
verde del cáñamo que la quelación HEDTA. Esto se muestra asimismo
en la figura 1.
Los metales de transición, tales como manganeso,
hierro o cobre, actúan generalmente como catalizadores de la
descomposición del peróxido. Sin embargo, el lavado ácido con un pH
2 y la quelación con HEDTA no alteran de manera significante los
contenidos de Mn, Fe o Cu en el cáñamo. Por esto, los mecanismos
por los cuales el lavado ácido aumenta el blanqueo con peróxido son
más efectivos que la disolución del metal. Es probable que, a un
valor de pH bajo, los materiales de cáñamo sean solubilizados
además de los metales. Aquellos materiales que incluyen materiales
activos biológicamente, tales como enzimas y hongos, consumen
peróxido y/o catalizan la descomposición del peróxido.
La figura 5 muestra una gráfico de barras del
brillo ISO y el valor a^{*} para la eliminación del color verde
del cáñamo a valores de pH variables y un consumo de ozono en el
que se utilizan las siguientes notaciones:
Z_{1}: cáñamo original, pH neutro, consumido
2,1% de ozono
Z_{2}: cáñamo lavado con ácido, pH 2, consumido
0,65% de ozono
Z_{3}: cáñamo lavado con ácido, pH 2, consumido
1,24% de ozono
La figura 5 muestra que la ozonación por sí misma
no es efectiva en la eliminación del verdor del cáñamo. Aunque se
consuma más ozono, el cáñamo no tratado no es blanqueado de manera
eficaz por el ozono. Si el cáñamo no es tratado, una buena parte
del ozono aplicado es consumido por ciertas substancias que se
pueden eliminar por el lavado ácido. La figura 5 muestra claramente
que la ozonación consigue mejores resultados en el blanqueo con el
cáñamo lavado con ácido.
La tabla III a continuación demuestra que el
blanqueo con
peróxido-ozonación-lavado ácido es
una secuencia ventajosa para blanquear el cáñamo a un elevado
brillo. En una realización preferente de acuerdo con la presente
invención, la ozonación es llevada a cabo con un pH ácido y por lo
tanto encaja bien en el proceso de blanqueo de acuerdo con la
presente invención, incluyendo el pretratamiento con lavado ácido y
el blanqueo con peróxido. La carga de ozono tiene un efecto sobre
la eficacia del blanqueo con peróxido subsiguiente. La adición de
la ozonación entre el lavado ácido y el blanqueo con peróxido
aumenta el brillo final del cáñamo blanqueado con peróxido. Esto se
muestra en la figura 6, correlacionando el brillo ISO, el % de ozono
y el consumo de H_{2}O_{2} en %.
| Z_{1} P | Z_{2} P | Z_{3} P | |
| (2,1% ozono / | (0,65% ozono / | (1,24% ozono / | |
| 2,0% H_{2}O_{2}) | 1,5% H_{2}O_{2}) | 1,6% H_{2}O_{2}) | |
| Brillo ISO | 70,6 | 83,2 | 84,5 |
| a^{*} | -2,40 | -1,00 | -0,72 |
| b* | 9,35 | 4,78 | 3,98 |
La figura 7 muestra un gráfico de barras que
compara el brillo ISO conseguido con tres valores diferentes de pH
para el cáñamo blanqueado con peroxi ácidos(o perácidos).
PaaP es una secuencia de blanqueo que utiliza ácido peracético y a
continuación peróxido. Esta figura muestra que el ácido peracético
por si solo clarifica el cáñamo y asimismo aumenta el brillo final
cuando está combinado con peróxido.
La tabla IV muestra la producción en % en peso de
la pulpa de cáñamo mediante diferentes tratamientos. Para todos los
tipos de tratamientos, la pérdida de peso está por debajo del
25%.
| Tratamiento | Producción[%] |
| A | 92,1 |
| P | 89,2 |
| A-P | 85,2 |
| Z_{2,1%}-P | 84,8 |
| a-Z_{0,65%}-P | 79,4 |
| a-Z_{1,24%}-P | 79,4 |
| a-Paa_{pH2,6}-P | 84,3 |
| a-Paa_{pH7}-P | 83,9 |
| A: Lavado ácido | |
| P: Blanqueo con peróxido | |
| Z: Ozonación | |
| Paa: Ácido peracético |
Se ha demostrado anteriormente que el cáñamo es
blanqueado a altos niveles de brillo con una utilización razonable
de los productos químicos de blanqueo. En este proceso de blanqueo,
el lavado ácido, la fase de pretratamiento, es crítico para
conseguir un elevado brillo y una elevada eficacia de blanqueo. El
brillo final más elevado es obtenido por medio de la optimización
de las condiciones de blanqueo o de las combinaciones de los
productos químicos de blanqueo.
\newpage
Los siguientes ejemplos no limitativos muestran
la presente invención en más detalle:
Aproximadamente 10 g (peso en seco) de paja de
trigo cortada fueron impregnadas con aproximadamente 200 ml de agua
en una bolsa de polietileno. El pH de la solución fue ajustado a
continuación a 5 utilizando ácido acético, o a 3 ó 2 utilizando
ácido sulfúrico, y la bolsa fue sumergida en un baño de agua a 60ºC
mezclándolo frecuentemente durante una hora. La paja lavada fue
transferida a continuación dentro de otra bolsa de polietileno
dentro de la cual se añadió una solución de peróxido alcalino que
contiene un 4% de NAOH, 4% de H_{2}O_{2} y 0,1% de DTPMPA
(todos basados en el peso en seco de la paja original). El volumen
total de la solución fue alrededor de 60 ml. Después de una mezcla
por prensado y amasado, el pH de la solución fue medido y la bolsa
fue inmersa en un baño de agua a 70ºC mezclándolo ocasionalmente
durante 2 horas. Después de la finalización de la impregnación, la
paja fue prensada para obtener cantidades suficientes de solución
para las medidas del pH y del peróxido residual, y a continuación
fue desfibrado en un mezclador Waring. La pulpa resultante fue
acidificada a un pH de alrededor de 5,5 y lavada. Se determinaron el
brillo ISO y la producción de pulpa.
La tabla V muestra el efecto del pretratamiento
del lavado ácido sobre los resultados subsiguientes. La muestra 1
corresponde a una paja no tratada. Para la muestra 2, la fase de
pretratamiento del lavado ácido fue omitida y la muestra fue
tratada directamente con la solución de impregnación. Las muestras
3-5 fueron tratadas con diferentes pH. Una
comparación de las muestras 2, 3, 4 y 5 de la tabla V demuestra que
el lavado ácido fue efectivo en el aumento del brillo y el descenso
del consumo de peróxido. Los mejores resultados fueron obtenidos
con un pH de alrededor de 2.
| Muestra | Solución pH | Brillo ISO | H_{2}O_{2} Consumido | |
| % | %^{a} | |||
| 1 (paja original) | 36,5 | |||
| 2 (sin lavado) | 46,9 | 3,9 | ||
| 3 | 5 | 48,5 | 3,7 | |
| 4 | 3 | 50,8 | 2,8 | |
| 5 | 2 | 53,2 | 2,2 | |
| ^{a}:basado en el peso en seco de la paja original |
Las secuencias 3, 4 y 5 fueron repetidas como en
el ejemplo 1 excepto para la adición de agentes quelantes tal como
se ilustran en la tabla VI, hasta las soluciones de lavado ácido.
En comparación con los datos de la tabla V, la adición de un agente
quelante en el pretratamiento, en general, da como resultado un
mayor grado de ganancia en el brillo y ahorro de peróxido.
| Muestra | Agente | Solución pH | Brillo ISO | H_{2}O_{2} Consumido |
| Quelante | % | %^{a} | ||
| 6 | HEDTA | 5 | 51,0 | 3,4 |
| 7 | HEDTA | 3 | 52,3 | 2,5 |
| 8 | HEDTA | 2 | 53,8 | 2,0 |
| 9 | DTPA | 5 | 49,6 | 3,5 |
| 10 | DTPA | 3 | 51,3 | 2,7 |
| 11 | STPP | 5 | 48,3 | 3,6 |
| 12 | STPP | 3 | 52,0 | 2,8 |
| ^{a}:basado en el peso en seco de la paja original |
Como se muestra en la tabla VII, para las
muestras 13, 14, 15, 16 y 17 la paja fue pretratada con un 0,5% de
DTPA con un pH 4,5 y 70ºC durante 1 hora, y a continuación la fase
de impregnación fue llevada a cabo a 70ºC durante 2 horas. Las
muestras 18-22 de la tabla VII emplearon paja de
trigo idéntica a la de la muestra 7 de la tabla VI y se utilizó una
temperatura de impregnación de 60ºC. La formación de la solución de
impregnación es dada en la tabla VII. Suponiendo una equivalencia
de 1,3 gr de carbonato sódico con 1 gr de hidróxido sódico en
términos de álcali activo, existe un nivel de adición comparable de
álcali activo para una serie de muestras, es decir, alrededor del
4% (como NaOH) para las muestras 13-19 y alrededor
del 6% (como NaOH) para las muestras 20-22.
Generalmente, la cantidad aceptable de álcali es desde alrededor de
1% hasta alrededor del 8% en peso (calculado como NaOH) del peso en
seco de la paja original.
La tabla VII muestra que las ventajas de utilizar
carbonato sódico incluyen el aumento de la eficacia del blanqueo,
es decir, unidades de ganancia de brillo por cantidad de peróxido
consumido, y aumento de la producción de pulpa. Los beneficios de
la sustitución del carbonato sódico por hidróxido sódico son
particularmente evidentes cuando la impregnación utiliza cargas de
peróxido relativamente bajas, por ejemplo, de alrededor del 4%.
Comparando la muestra 17 con la muestra 13, y la muestra 19 con la
muestra 18, el brillo de la pulpa es solamente menor que 1 punto
ISO menor, pero el consumo de peróxido es mucho menor y la
producción de pulpa es mayor. No obstante, cuando la paja es
impregnada con un 6% de H_{2}O_{2} (muestras
20-22), el carbonato sódico es menos efectivo en el
desarrollo del brillo.
Las muestras 23, 24 y 25 de la tabla VIII fueron
obtenidas por repetición de la muestra 13 de la tabla VII con
diferentes cantidades de silicato sódico (42º Baume). Para las
muestras 26, 27, 28 y 29 (tabla VIII) la paja fue pretratada de
acuerdo con la muestra 7 (tabla VI) e impregnada durante 2 horas a
60ºC. Por lo general, la adición de silicato aumentó el brillo
alrededor de 1 punto ISO y aumentó ligeramente el consumo de
peróxido (muestra 23 en relación a muestras 24 y 25, muestra 26 en
relación a muestra 27). No obstante, esta magnitud del incremento
del brillo puede ser conseguida por la utilización del 0,2% de
DTPMPA (muestra 28) o 0,2% de DTPA (muestra 29). Mientras el
silicato sódico comercial contiene alrededor del 11,5% de álcali
cáustico, el silicato utilizado en este caso funciona probablemente
más como una fuente de álcali adicional y de esta manera es
superfluo.
Las muestras 30, 31 y 32 (tabla IX) fueron
preparadas utilizando el mismo procedimiento que el de la muestra
23 (tabla VIII) excepto para los niveles de adición de sulfato
magnésico. Para las muestras 33 y 34, la paja de trigo fue quelada
con un 0,5% de HEDTA con un pH 5 y 60ºC durante 1 hora e impregnada
a 70ºC durante 2 horas. La muestra 35 resultante de la repetición
de la muestra 26 (tabla VIII) con la adición del 0,2% de sulfato
magnésico. Este último es utilizado para minimizar la
descomposición del peróxido en el blanqueo de madera. En el proceso
de la paja de trigo, se encontró un efecto adverso. La adición de
sulfato magnésico disminuye realmente el brillo de la pulpa
(comparar muestra 30 con respecto a muestras 31 y 32, muestra 33
con respecto a muestra 34, y muestra 35 con respecto a muestra 26
de la tabla VIII). Esto sugiere claramente que no es necesario
incluir sulfato magnésico en una solución de blanqueo con peróxido
alcalino para la paja de trigo (y asimismo probablemente para otras
pajas).
Una pulpa de control fue preparada utilizando una
solución de blanqueo compuesta con peróxido alcalino estándar. La
paja cortada fue impregnada en agua a 60ºC durante 1 hora. La
condición de impregnación fue la siguiente: 4% de H_{2}O_{2},
4% de NaOH, 2% de Na_{2}SiO_{3}, 0,1% de MgSO_{4}, y 0,2% de
DTPA (todos basados en el peso en seco de la paja original), 70ºC
durante 2 horas. El brillo de la pulpa resultante fue de 48,9% ISO
y el consumo de peróxido fue del 3,5% del peso en seco de la paja
original.
En general, el proceso de acuerdo con la presente
invención da a conocer un blanqueo más eficiente que el blanqueo
con peróxido alcalino convencional. El proceso de la presente
invención ofrece flexibilidad en la elección de las condiciones en
relación con la utilización de los agentes quelantes y elimina la
necesidad de añadir silicato y sulfato magnésico. En comparación con
la pulpa de control, la muestra 5 (tabla V) fue de 4,3 puntos ISO
más clara y consumió un 37% menos de peróxido mientras se utiliza
solamente un lavado ácido con un pH 2 en la fase de pretratamiento
y un 0,1% de DTPMPA en la impregnación con peróxido alcalino. Si un
agente quelante, por ejemplo HEDTA, es utilizado en el
pretratamiento, el pH puede elevarse a alrededor de 3 y se puede
conseguir un grado similar o superior de incremento del brillo. La
muestra 26 (tabla VIII) obtuvo un brillo de 4,8 puntos ISO mayor sin
agente quelante en la fase de impregnación. La muestra 18 (tabla
VII) obtuvo un brillo de 5,4 puntos ISO mayor con un 0,1% de DTPMPA
en la fase de impregnación. La muestra 28 (tabla VIII) obtuvo un
brillo de 5,8 puntos ISO mayor con un 0,2% de DTPMPA en la fase de
impregnación. La muestra 29 (tabla VIII) obtuvo un brillo de 5,1
puntos ISO mayor con un 0,2% de DTPA en la fase de impregnación.
Para estas muestras, el ahorro de peróxido fue entre un 25% y
30%.
Las fibras blandas de cáñamo cortado y cribado
que contienen <10% de la fracción del núcleo fueron empleadas
para la preparación de pulpa lignocelulósica.
Para el lavado ácido o fase de quelación,
aproximadamente 25 gr. (o.d.) del cáñamo cortado y cribado fueron
impregnados en alrededor de 800 ml de agua. El pH de la solución
fue ajustado a continuación utilizando ácido sulfúrico (10%). Un
0,5% de HEDTA fue añadido y la solución que contiene el cáñamo fue
calentada a 60ºC durante 1 hora.
El blanqueo con peróxido fue llevado a cabo con
aproximadamente 20 gr. (o.d.) de cáñamo, de un 15% en consistencia
que implica una relación de 15 gr. de cáñamo por 85 gr. de agua. La
solución fue calentada a 60ºC durante 2 horas y se añadieron un 4%
de H_{2}O_{2}, 3% de NaOH, 3% de Na_{2}SiO_{3}, 0,1% de
MgSO_{4}, 0,2% de DTPMPA (o alternativamente 0,2% de DTPA).
La ozonación fue llevada a cabo a temperatura
ambiente y la consistencia del substrato fue del
35-40%.
El blanqueo con ácido peracético fue llevado a
cabo con un substrato que tiene 20% de consistencia. La solución
fue calentada a 60ºC durante 2 horas y se añadió un 2% de ácido
peracético. El pH de la solución fue ajustado utilizando una
solución de NaHCO_{3}.
Los amortiguadores de brillo fueron preparados a
partir de cáñamo no tratado así como del cánamo tratado. El cáñamo
fue cortado en un mezclador Waring y la solución fue a continuación
acidificada a un valor de pH de aproximadamente 5.
Claims (17)
1. Proceso para preparar pulpa lignocelulósica a
partir de especies no leñosas, comprendiendo el proceso las fases
de:
(a) Pretratamiento de las especies no leñosas con
una solución ácida acuosa con un pH 3 o menor, a una temperatura de
80ºC o menor y durante un tiempo efectivo para hacer que dichas
especies no leñosas sean susceptibles al blanqueo subsiguiente con
una pérdida de peso de dichas especies no leñosas por debajo del
10% en peso aproximadamente, conteniendo la solución opcionalmente
desde un 0% en peso hasta un 1,5% en peso de un agente quelante,
basado en el peso en seco de las especies no leñosas; seguido
por
(b) impregnación de las especies no leñosas con
una solución de peróxido alcalino que contiene opcionalmente un
agente quelante en una cantidad desde un 0% hasta un 0,5% en peso
aproximadamente, basado en el peso en seco de las especies no
leñosas, a una temperatura de 50ºC a 80ºC y durante un tiempo
efectivo para conseguir un brillo del producto resultante, por lo
menos, de alrededor de un 45% ISO, con una pérdida de peso de dicho
producto por debajo del 25% en peso aproximadamente, basado en el
peso original de dichas especies no leñosas; y posteriormente
(c) desfibrado por medios mecánicos de las
especies no leñosas impregnadas para producir pulpa.
2. Proceso, según la reivindicación 1, en el que
la duración de la fase de pretratamiento (a) es de 0,5 hasta 2
horas aproximadamente.
3. Proceso, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 2, en el que el pH de dicha solución ácida en
la fase (a) está comprendido entre 2 y 3 aproximadamente.
4. Proceso, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que la temperatura de dicha solución
ácida en la fase (a) está comprendida entre 50ºC y 80ºC
aproximadamente.
5. Proceso, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que el contenido de dicho agente
quelante en la fase (a) está comprendido entre un 0,3% en peso y un
0,6% en peso aproximadamente, basado en el peso en seco de las
especies no leñosas.
6. Proceso, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que previamente a la fase (a) las
especies no leñosas son trituradas.
7. Proceso, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que dichas especies no leñosas
consisten en, por lo menos, paja de trigo o cáñamo.
8. Proceso, según la reivindicación 7, en el que
las especies no leñosas en la fase (b) son impregnadas
adicionalmente, por lo menos, con ozono o perácido.
9. Proceso, según la reivindicación 8, en el que
la solución de peróxido alcalino, el ozono y el perácido son
añadidos de manera separada o secuencialmente a las especies no
leñosas.
10. Proceso, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9, en el que dicha solución ácida contiene,
por lo menos, ácido acético o ácido sulfúrico.
11. Proceso, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, en el que dicho agente quelante en la fase
(a) es uno o más compuestos seleccionados del grupo que comprende
ácido dietileno triamina penta-acético, ácido
hidroxietiletilendiamina triacético, ácido nitriloacético,
tripolifosfato sódico y ácido dietilentriamina
pentametilenfosfónico.
12. Proceso, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, en el que dicha solución de peróxido
alcalino contiene, por lo menos, un álcali seleccionado a partir de
carbonato sódico e hidróxido sódico.
13. Proceso, según la reivindicación 12, en el
que dicho álcali está presente con una concentración entre un 1% en
peso y un 8% en peso aproximadamente calculada como hidróxido
sódico, basado en el peso en seco de dichas especies no leñosas
antes de dicha fase de pretratamiento.
14. Proceso, según la reivindicación 1, en el que
dicha solución de peróxido alcalino contiene peróxido de
hidrógeno.
15. Proceso, según la reivindicación 14, en el
que dicho peróxido de hidrógeno está presente con una concentración
entre un 2% en peso y un 10% en peso aproximadamente, basado en el
peso en seco de dichas especies no leñosas antes de dicha fase de
pretratamiento.
16. Proceso, según la reivindicación 1, en el que
dicho agente quelante en la fase (b) es seleccionado a partir de
ácido dietileno triamina penta-acético y ácido
dietileno triamina pentametileno fosfónico.
17. Proceso, según la reivindicación 16, en el
que dicho agente quelante está presente con una concentración entre
un 0,05% en peso y un 0,4% en peso aproximadamente, basado en el
peso en seco de dichas especies no leñosas antes de dicha fase de
pretratamiento.
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