Avaliação das propriedades do bagaço de cana e bambu para produção de celulose e papel

Matheus Freire Pego; Maria Lúcia Bianchi; Tais Regina Lima Abreu Veiga

Matheus Freire Pego Universidade Federal de Lavras (UFLA), Av. Doutor Sylvio Menicucci, 1001, 37200 000, Lavras, MG, Brasil
Maria Lúcia Bianchi Universidade Federal de Lavras (UFLA), Av. Doutor Sylvio Menicucci, 1001, 37200 000, Lavras, MG, Brasil
Tais Regina Lima Abreu Veiga Universidade Federal de Lavras (UFLA), Av. Doutor Sylvio Menicucci, 1001, 37200 000, Lavras, MG, Brasil

Palavras-chave: Fibras não madeireiras, Morfologia das fibras, Polpação, Caracterização, Índices do papel

Resumo

As principais matérias-primas usadas para a produção de celulose e papel no Brasil são madeiras de florestas plantadas. Embora com imenso potencial, o uso de fibras não madeireiras é pouco explorado. Diante disso, esse estudo tem como objetivo avaliar o uso do bagaço de cana e bambu para a produção de celulose e papel a partir da caracterização física, química, anatômica e de índices qualitativos. Para isso, foram realizadas análises anatômicas das fibras (comprimento e largura das fibras e vasos, largura do lume e espessura da parede celular), análise dos componentes químicos (teores de celulose, hemiceluloses, lignina, extrativos e cinzas) e da densidade básica. Além disso, calcularam-se os índices de enfeltramento, Runkel, Mulsteph, Boiler, coeficiente de flexibilidade e fração parede. Os resultados demostraram que os materiais diferiram estatisticamente entre si nas propriedades químicas, com exceção dos teores de lignina, na densidade e nas propriedades anatômicas, excluindo a largura dos vasos e índice de enfeltramento. O bambu apresentou maiores valores de celulose (52,96%), cinzas (2,34%), densidade (0,461 g/cm³), fração parede (67,84%) e índices de Runkel (2,11), Mulsteph (0,90) e Boiler (0,81), enquanto o bagaço de cana apresentou maiores valores de hemiceluloses (17,63%), extrativos (12,81%) e coeficiente de flexibilidade (46,19%). A maioria das propriedades foram similares às observadas em matérias-primas comumente utilizadas para essa finalidade. Portanto, esses dois materiais lignocelulósicos têm potencial para serem usados em indústrias de papel e celulose no Brasi

Downloads

Não há dados estatísticos.

Biografia do Autor

Matheus Freire Pego, Universidade Federal de Lavras (UFLA), Av. Doutor Sylvio Menicucci, 1001, 37200 000, Lavras, MG, Brasil

Departamento de ciências florestais

Referências

AABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 11941-02: determinação da densidade básica em madeira. Rio de Janeiro: ABNT, 2003a.

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 13999: determinação do resíduo (cinza) após a incineração a 525 °C. Rio de Janeiro: ABNT, 2003b.

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14853: determinação do material solúvel em etanol-tolueno e em diclorometano e em acetona. Rio de Janeiro: ABNT, 2010.

AKGUL, M.; TOZLUOGLU, A. Some chemical and morphological properties of juvenile woods from beech (Fagus orientalis L.) and pine (Pinus nigra A.) plantations. Trends in Applied Sciences Research, Lagos, v. 4, n. 2, p. 116-125, 2009.

ALVES, I. C. N.; GOMIDE, J. L.; COLODETTE, J. L.; SILVA, H. D. Caracterização tecnológica da madeira de Eucalyptus benthamii para produção de celulose kraft. Ciência Florestal, Santa Maria, v. 21, n. 1, p. 167-174, 2011.

ANDRADE, A. M.; DUARTE, A. P. C.; BELGACEM, M. N.; MUNARO, E. R. Produção de papéis artesanais das misturas de aparas com fibras virgens de bambu (Dendrocalamus giganteus) e de bagaço de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum). Floram, Seropédica, v. 8, n. 1, p. 143-152, 2001.

ASHORI, A. Nonwood fibers: a potential source of raw material in papermaking. Polymer-Plastics Technology and Engineering, Abingdon, v. 45, n. 10, p. 1133-1136, 2006.

AZZINI, A.; CIARAMELLO, D. Dimensões das fibras em agave. Bragantia, Campinas, v. 36, n. 9, p. 35-38, 1977.

AZZINI, A.; ZIMBACK, L.; GONDIM-TOMAZ, R. M. A. Sugarcane straw as raw material to produce cellulosic fibers for papermaking. Bragantia, Campinas, v. 55, n. 1, p. 137-140, 1996.

BARBASH, V. A.; YASHCHENKO, O. V.; OPOLSKY, V. O. Effect of hydrolysis conditions of organosolv pulp from kenaf fibers on the physicochemical properties of the obtained nanocellulose. Theoretical and Experimental Chemistry, New York, v. 54, n. 3, p. 193-198, 2018.

BARRICHELO, L. E. G.; FOELKEL, C. E. B. Estudos para produção de celulose sulfato de seis espécies de Eucalipto. IPEF, Piracicaba, n. 12, p. 77-95, 1976.

BASSA, A. G. M. C.; SILVA JUNIOR, F. G.; SACON, V. M. Misturas de madeira de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla e Pinus taeda para produção de celulose kraft através do processo lo-solids. Scientia Forestalis, Piracicaba, n. 75, p. 19-29, 2007.

BENITES, P. K. R. M.; LOPES, A. S.; GOUVÊA, A. F. G.; SILVA, F. C.; SOUZA, C. C. B. Caracterização tecnológica da madeira de híbridos de eucalipto irrigados e fertirrigados. Ciência Florestal, Santa Maria, v. 28, n. 4, p. 1716-1728, 2018.

BIAN, H.; GAO, Y.; LUO, J.; JIAO, L.; WU, W.; FANG, G.; DAI, H. Lignocellulosic nanofibrils produced using wheat straw and their pulping solid residue: From agricultural waste to cellulose nanomaterials. Waste Management, New York, v. 91, p. 1-8, 2019.

BILESKY, P. R. Caracterização química, física e anatômica do bambu Guadua tagoara para polpação kraft. 2014. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá, 2014.

BORGES, F. P.; COLODETTE, J. L.; GOMES, F. J. B. Utilização do bambu como matéria-prima na obtenção de polpa celulósica voltada à fabricação de papel de embalagem sackraft. The journal of engineering and exact sciences, Viçosa, v. 4, n. 4, p. 1-7, 2018.

BRITO, J. O.; TOMAZELLO FILHO, M.; SALGADO, A. L. B. Produção e caracterização do carvão vegetal de espécies e variedades de bambu. IPEF, Piracicaba, v. 36, p. 13 17, 1987.

BROWNING, B. L. The chemistry of wood. New York: J. Wiley & Sons, 1981.

CARVALHO, D. M.; SILVA, M. R.; COLODETTE, J. L. Efeito da qualidade da madeira no desempenho da polpação kraft. Ciência Florestal, Santa Maria, v. 24, n. 3, p. 677 684, 2014.

CHEŞCĂ, A. M.; NICU, R. TOFANICA, B. M.; PUITEL, A. C.; VLASE, R. GAVRILESCU, D. Pulping of corn stalks: assessment for bio-based packaging materials. Cellulose chemistry and technology, București, v. 5, n. 7-8, p. 645-653, 2018.

CIARAMELLO, D. Bambu como matéria-prima para papel: estudo de processos de cozimento em material de Bambusa tuldoides Munro. Bragantia, Campinas, v. 29, n. 2, p. 11-22, 1970.

CONAB – COMPANHIA NACIONAL DE ABASTECIMENTO. Acompanhamento da safra brasileira: cana-de-açúcar: Safra 2018/19. Brasília, DF: Conab, v. 5, n. 4, 2019.

COPANT – COMISIÓN PANAMERICANA DE NORMAS TÉCNICAS. Descripción de características generales, macroscópicas de las maderas angiospermas dicotiledóneas. Copant, La Paz, v. 30, p. 1-19, 1974.

CREMONEZ, V. G.; BONFATTI JUNIOR, E. A. B.; ANDRADE, A. S.; SILVA, E. L.; KLITZKE, R. J.; KLOCK, U. Wood basic density effect of Eucalyptus grandis in the paper making. Matéria, Rio de Janeiro, v. 24, n. 3, p. 1-11, 2019.

DENIZ, I.; KIRCI, H.; ATES, S. Optimisation of wheat straw Triticum drum kraft pulping. Industrial Crops and Products, Amsterdam, v. 19, n. 3, p. 237-243, 2004.

DIAS, O.A.; SIMONELLI, G. Qualidade da madeira para a produção de celulose e papel. Enciclopédia Biosfera, Goiânia, v. 9, n. 17, p. 3632-3646, 2013.

EDMUNDS, C. W.; PERALTA, P.; KELLEY, S. S; CHIANG, V. L.; SHARMA SHIVAPPA, R. R.; DAVIS, M. F.; HARMAN-WARE, A. E.; SYKES, R. W.; GJERSING, E.; CUNNINGHAM, M. W.; ROTTMANN, W.; MILLER, Z. D.; PESZLEN, I. Characterization and enzymatic hydrolysis of wood from transgenic Pinus taeda engineered with syringyl lignin or reduced lignin content. Cellulose, New York, v. 24, n. 4, p. 1901-1914, 2017.

EPE – EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉTICA. Matriz energética nacional 2018: ano base 2017. Brasília, DF: EPE, 2018.

FERREIRA, D. F. Sisvar: a computer statistical analysis system. Ciência e Agrotecnologia, Lavras, v. 35, n. 6, p. 1039-1042, 2011.

FLORSHEIM, S. M. B.; COUTO, H. T. Z.; LIMA, I. L.; LONGUI, E. L. Variação nas dimensões dos elementos anatômicos da madeira de Eucalyptus dunnii aos sete anos de idade. Revista Instituto Florestal, São Paulo, v. 21, n. 1, p. 79-91, 2009.

FOELKEL, C. As fibras dos eucaliptos e as qualidades requeridas na celulose kraft para a fabricação de papel. In: ABTCP – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA TÉCNICA DE CELULOSE E PAPEL. (org.). Eucalyptus online book e newsletter. São Paulo: ABTCP, 2007. p. 1 48.

FONSECA, A. S.; PANTHAPULAKKAL, S.; KONAR, S. K.; SAIN, M.; BUFALINOF, L.; RAABE, J.; MIRANDA, I. P. A.; MARTINS, M. A.; TONOLI, G. H. D. Improving cellulose nanofibrillation of non-wood fiber using alkaline and bleaching pre-treatments. Industrial Crops and Products, Amsterdam, v. 131, p. 203-212, 2019.

FRANKLIN, G. L. Preparation of thin sections of synthetic resins and wood: resin composites, and a new macerating method for wood. Nature, London, v. 155, n. 51, 1945.

GOLDSCHMIDT, O. Ultraviolet spectra lignin: occurrence, formation, structure and reactions. In: SARKANEN, K. V.; LUDWIG, C. H. (ed.). Lignins, occurrence, formation, structure and reactions. New York: Wiley Interscience, 1971. p. 241-266.

GOLLE, D. P.; REINIGER, L. R. S.; CURTI, A. R.; BEVILACQUA, C. B. Melhoramento florestal: ênfase na aplicação da biotecnologia. Ciência Rural, Santa Maria, v. 39, n. 5, p. 1606 1613, 2009.

GOMES GOUVEIA, A. F. G.; TRUGILO, P. F.; COLODETTE, J. L.; LIMA, J. T.; SILVA, J. R. M.; GOMIDE, J. L. Avaliação da madeira e da polpação kraft em clones de eucaliptos. Revista Árvore, Viçosa, v. 33, n. 6, p. 1175-1185, 2009.

GOMIDE, J. L.; DEMUNER, B. J. Determinação do teor de lignina em material lenhoso: método Klason modificado. O Papel, São Paulo, v. 47, n. 8, p. 36-38, 1986.

GOMIDE, J. L.; FANTUZZI NETO, H.; REGAZZI, A. J. Análise de critérios de qualidade da madeira de eucalipto para produção de celulose kraft. Revista Árvore, Viçosa, v. 34, n. 2, p. 339-344, 2010.

GOMIDE, J. L.; COLODETTE, J. L.; OLIVEIRA, R. C.; SILVA, C. M. Caracterização tecnológica, para produção de celulose, da nova geração de clones de Eucalyptus do Brasil. Revista Árvore, Viçosa, v. 29, n. 1, p. 129-137, 2005.

GUIMARÃES JUNIOR, M.; NOVACK, K. M.; BOTARO, V. R. Caracterização anatômica da fibra de bambu (Bambusa vulgaris) visando sua utilização em compósitos poliméricos. Revista Iberoamericana de Polímeros, v. 11, n. 7, p. 442-456, 2010.

HAMMETT, A. L.; YOUNGS, R. L.; SUN, X.; SUN, X.; CHANDRA, M. Non wood fiber as an alternative to wood fiber in China’s pulp and paper industry. Holzforschung, v. 55, n. 2, p. 219-224, 2001.

HAN, J. S. Properties of non-wood fibers. In: NORTH AMERICAN NONWOOD FIBER SYMPOSIUM, 1998, Atlanta. Proceedings […]. Atlanta: TAPPI, 1998. p. 3-12.

IAWA COMMITTEE. IAWA list of microscopic features for hardwood identification, with an appendix on non-anatomical information. IAWA Bulletin, Leiden, v. 10, n. 3, p. 219-332. 1989.

IBÁ – INDÚSTRIA BRASILEIRA DE ÁRVORES. Relatório 2019. São Paulo: Ibá, 2019.

JARDIM, J. M.; GOMES, F. J. B.; COLODETTE, J. L.; BRAHIM, B. P. Avaliação da qualidade e desempenho de clones de eucalipto na produção de celulose. O papel, São Paulo, ano 78, n. 11, p. 122 129, 2017.

LIU, Z.; WANG, H.; HUI, L. Pulping and papermaking of non-wood fibers. In: KAZI, S. N. (ed.). Pulp and paper processing. London: IntechOpen, 2018. p. 3-31.

MAMAYE, M.; KIFLIE, Z.; FELEKE, S.; YIMAM, A.; JABASINGH, S. A. Valorization of Ethiopian sugarcane bagasse to assess its suitability for pulp and paper production. Sugar Tech, New York, v. 21, n. 6, p. 995-1002, 2019.

MARQUES, G.; RENCORET, J.; GUTIÉRREZ, A.; MARTIN ALFONSO, J. E.; DEL RÍO, J. C. Evaluation of the chemical composition of different non-woody plant fibers used for pulp and paper manufacturing. The Open Agriculture Journal, Sharjah, v. 4, p. 93 101, 2010.

MERCY, O. B.; ADEOLA, F. J.; OLAJIDE, O. A.; BABATUNDE, A.; SUNDAY, F. J. Evaluation of fiber characteristics of Ricinodedron Heudelotii (Baill, Pierre Ex Pax) for pulp and paper making. International Journal of Science and Technology, [London], v. 6, p. 634 641, 2017.

MOKFIENSKI, A. Importância relativa da densidade básica e da constituição química da madeira de Eucalyptus spp. no rendimento, branqueabilidade e qualidade da polpa kraft. 2004. Tese (Doutorado em Ciência Florestal) – Departamento de Engenharia Florestal, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2004.

MORAIS, S. A. L.; NASCIMENTO, E. A.; MELO, D. C. Análise da madeira do Pinus oocarpa parte II: caracterização estrutural da lignina de madeira moída. Revista Árvore, Viçosa, v. 29, n. 3, p. 471-478, 2005.

NISGOSKI, S. Espectroscopia no infravermelho próximo no estudo de características da madeira e papel de Pinus taeda L. 2005. Tese (Doutorado em Engenharia Florestal) – Centro de Ciências Florestais e da Madeira, Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2005.

NOVO, L. P.; BRAS, J.; BELGACEM, M. N.; CURVELO, A. A. S. Pulp and paper from sugarcane: properties of rind and core fractions. Journal of renewable materials, Henderson, v. 6, n. 2, p. 160-168, 2018.

POPA, V. I. (ed.). Pulp production and processing: from papermaking to high-tech products. Shropshire: Smithers Rapra, 2013.

REDDY, N.; YANG, Y. Structure and properties of high quality natural cellulose fibers from cornstalks. Polymer, Amsterdam, v. 46, n. 15, p. 5494 5500, 2005.

RIBEIRO GOUVEIA, E.; NASCIMENTO, R. T.; SOUTO-MAIOR, A. M.; ROCHA, G. J. M. Validação de metodologia para a caracterização química de bagaço de cana-de-açúcar. Química Nova, São Paulo, v. 32, n. 6, p. 1500 1503, 2009.

ROCHA, C. B. R.; POTIGUARA, R. C. V. Morfometria das fibras das folhas de Astrocaryum murumuru var. murumuru Mart. (ARECACEAE). Acta Amazonica, Manaus, v. 37, n. 4, p. 511 516, 2007.

RODRIGUES, B. L. S.; NEVES JUNIOR, A. Análise térmica de pastas a base de cal hidratada com utilização de cinza do bagaço de cana-de-açúcar. Engineering and Science, Cuiabá, v. 7, n. 4, p. 39-48, 2018.

RUSCH, F.; CEOLIN, G. B.; HILLIG, E. Morfologia, densidade e dimensões de fibras de bambu: uma compilação bibliográfica. Pesquisa Agropecuária Tropical, Goiânia, v. 49, p. 1-9, 2019.

SANTI, T. O potencial do bambu. O papel: revista mensal de tecnologia em celulose e papel, São Paulo, ano 76, n. 4, p. 23-34, 2015.

SHIMOYAMA, V. R. S.; WIECHETECK, M. S. S. Características da madeira e da pasta termomecânica de Pinus patula para produção de papel imprensa. IPEF, Piracicaba, v. 9, n. 27, p. 63-80, 1993.

SILVA, M. B.; MORAIS, A. S. Avaliação energética do bagaço de cana em diferentes níveis de umidade e graus de compactação. In: ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO, 28., 2008, Rio de Janeiro. Anais […]. Rio de Janeiro: Enegep, 2008. p. 1-9.

SINGH, S.; STACK, K. R.; RICHARDSON, D. E.; LEWIS, T. W. Wood extractives recovery from flotation of thermo-mechanical pulp process water. Appita Journal, Melbourne, v. 72, n. 3, p. 135-149, 2019.

TALGATTI, M.; SILVEIRA, A. G.; BALDIN, T.; OLIVEIRA, L. H.; SANTINI, E. J.; PASA, D. L. Caracterização anatômica de clones comerciais de eucalyptus para a produção de papel. BIOFIX Scientific Journal, Curitiba, v. 5, n. 1, p. 65-70, 2020.

TOMAZELLO FILHO, M.; AZZINI, A. Estrutura anatômica, dimensões das fibras e densidade básica de colmos de Bambusa vulgaris. IPEF, Piracicaba, n. 36, p. 43-50, 1987.

VALE, A. T.; MOREIRA, A. C. O.; MARTINS, I. S. Avaliação do potencial energético de Bambusa vulgaris em função da idade. Floram, Seropédica, v. 24, p. 1-9, 2017.

VERVERIS, C.; GEORGHIOU, K.; CHRISTODOULAKIS, N.; SANTAS, P.; SANTAS, R. Fiber dimensions, lignin and cellulose content of various plant materials and their suitability for paper production. Industrial Crops and Products, Amsterdam, v. 19, p. 245-254, 2004.

VIEIRA, A. C. Caracterização da biomassa proveniente de resíduos agrícolas. 2012. Dissertação (Mestrado em Energia na Agricultura) – Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas, Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Cascavel, 2012.

WANG, Z.; WINESTRAND, S.; GILLGREN, T; JÖNSSON, L. F. Chemical and structural factors influencing enzymatic saccharification of wood from aspen, birch and spruce. Biomass and Bioenergy, Amsterdam, v. 109, p. 125-134, 2018.

WILLE, V. K. D.; PEDRAZI, C.; COLODETTE, J. L.; OLIVEIRA, R. C.; COLDEBELLA, R.; GIESBRECHT, B. M.; SACCOL, A. F. O. Cellulose pulp produced from bulrush fiber. Ciência Rural, Santa Maria, v. 47, n. 5, p. 1 6, 2017.