Caracterização química de polpas kraft recicladas obtidas por tratamento com oxigênio e sistema lacase-HBT

Abstract

Resumo: O consumo de papel vem aumentando com o decorrer dos anos, fazendo com que sua produção e importância econômica também aumentem, e o principal foco nesta cadeia está voltado aos papéis marrons destinados ao setor de embalagens. Este grande aumento no volume de consumo gera também uma grande quantidade de material que, após o uso,e por razões económicas e ambientais, deve ser reutilizado. O processo de reciclagem de papel kraft é, basicamente, composto pelas etapas de dissociação e re-agrupamento das fibras, onde etapas de secagem exercem efeitos marcantes nas propriedades físico-mecânicas das fibras. Tratamentos oxidativos, quando empregados em processos de branqueamento de fibras recicladas, alteram positivamente as propriedades das polpas por causarem uma melhora na capacidade de associação interfibrilar. Recentemente, o emprego de lacases tem sido proposto porque estas enzimas causam a oxidação de estruturas fenólicas e, quando auxiliadas por um mediador químico como o hidroxibenzotriazol (HBT), promovem a oxidação de estruturas não fenólicas, aumentando a quantidade de grupos polares na superfície da polpa. Neste estudo, foram produzidos corpos de prova para simulação do processo de produção de papéis kraft para embalagens a partir de uma polpa kraft liner de Pinus sp.. Posteriormente, as folhas de teste foram desintegradas gerando uma polpa reciclada (PR) que serviu para os testes com sistemas oxidativos empregando oxigênio (PRO) e oxigênio/sistema lacase-mediador (PROL). A análise preliminar da composição química das polpas revelou que o tratamento enzimático oxidativo não acarretou alterações muito significativas no teor de holocelulose, lignina de Klason e cinzas, com exceção dos valores obtidos para o teor de extraíveis. As médias ponderadas do grau de polimerização das holoceluloses isoladas das diferentes polpas se apresentaram muito semelhantes, embora a polidispersidade da holocelulose isolada da polpa PRO tenha sido inferior aos obtidos para as demais holoceluloses. A composição das polpas em carboidratos, determinada por cromatografia de troca iônica nos hidrolisados de Klason, revelaram um pequeno decréscimo na quantidade de glucanase um ligeiro aumento na quantidade de xilanase resíduos de arabinosil para as polpas recicladas, sugerindo que o tratamento oxidativo, quer com oxigênio molecular ou lacase-sistema mediador, alterou a relação original entre os carboidratos da polpa. Foi constatado que os extraíveis sofreram grande alteração qualitativa e quantitativa com o tratamento enzimático oxidativo, e que afração etanol:tolueno acumulou derivados aromáticos funcionalizados. O espectro infravermelho da lignina isolada da polpa PROL, quer na forma bruta ou na forma acetilada, apresentou diferenças marcantes em comparação com as outras ligninas. Observou-se que a reciclagem convencional da polpa kraft acarreta um aumento aparente na massa molar da lignina, sem motivar qualquer oligomerização. Este resultado pode estar associado ao efeito da hornificação das fibras sobre o comportamento macromolecular da lignina, que sofreu um deslocamento da banda de eluição para volumes de retenção inferiores. O tratamento enzimático da polpa kraft reciclada reduziu este efeito, gerando, inclusive, a formação de fragmentos de menor massa molar, cujo perfil de eluição sugere a formação de agregados. A análise dos grupos funcionais da lignina revela claramente os efeitos causados pelo tratamento oxidativo.O aumento nos teores de hidroxilas alifáticas, grupamentos ácidos e carbonílicos foi atribuído à clivagem oxidativa de estruturas encontradas na lignina. Estas cargas aumentaram a capacidade de ligação entre as fibras e, desta forma, justificaram a melhora observada no teste de resistência à tração para a polpa PROL. O tratamento enzimático também reverteu parte dos efeitos da hornificação, tornando o processo oxidativo mais específico, preservando os carboidratos da polpa e, assim, restringindo a sua ação aos extrativos e à lignina residual, que apresentou características diferentes da lignina isolada da polpa original.

Abstract: The production and usage of paper have increased considerably since the last years. Therefore, it can be expected that environmental concerns regarding paper consumption will continue. Among the different kinds of papers, those used for packaging have had the greatest growth rate. These paper grades, which include liner, corrugating medium and boards, are extensively produced from recovered fibers. This growth leading too great volumes of material, and after use has to be recovered for environmental and economically reasons. Steps of dissociation and re-grouping of the fibers, where the drying step is so important for the physical-chemical properties of the pulp, compose the recycling process. Oxidatives treatments, when employed for the bleaching of recycled pulps, change their properties positively because there is a growth intheinter-fiber association. Recently, laccases have been proposed because that enzymes promoting a oxidation of the phenolic structures, and when associated with a chemical mediator, like hydroxybenzotryazole,a oxidation of nonphenolic structures occur anda increase in the polar groups is observed in the surface of the fiber. In this study, hansheets of a kraft liner paper (Pinus sp) are made for the simulation ofthe recycling process. Later, the handsheets has disintegrated generating a recycled pulp, which was treated with the oxidatives process with oxygen (PRO) and with laccases mediator system (PROL). The preliminary analysis of the chemical composition of the pulps reveals that the enzymatic treatment doesn't affect the holocellullose content, Klason lignin and ash, but the extractives are so affected. The DPS values of the isolated holocellulloses were very similar, even so the polydispersity of the PRO pulp was minor compared with the another pulps. The carbohydrate composition of the pulps, determined in the Klason hydrolysates, show that the oxidative treatments caused no significant change in the amount of pulp glucans(mostly cellulose), but the hemicellulose content appeared to decrease as a result of oxidation. The extractives fractions were affected quantitatively and qualitatively with the enzymatic treatment, and the ethanol:toluene fraction accumulate functional aromatics compounds. The FTIR spectra of the isolated lignin, and of the acetylated lignin, were so different. The conventional recycling process lead to a increase in the apparent molar mass of the lignin. It seems that lignin condensation reactions and/or an increase in associative intermolecular forces produced this slight displacement of the elution band. By contrast, the enzymatic treatment reduced this effect on the lignin structure, generating lower MM lignin fragments that were detected at higher elution volumes. The functional groups analysis reveals clearly the effects of the enzymatic treatment. The increase in the aliphatic, carboxylic and carbonilgroups was attributed to the oxidative cleavage of the lignin structure. These charges increasethe capacity of binding of the fibers justifying the better result for the tensile index test to the PROL pulp. The enzymatic treatment caused a partial reversion of the detrimental effects of fiber hornification, becoming the process more specifical by the carbohydrate preservation, restrict the action of the laccase mediator system in the extractives and lignin, that shown different characteristics from the material in the original pulp.