Métodos de quantificação de grupos carboxílicos e carbonílicos em polpa de celulose kraft branqueada

Abstract

A qualidade da polpa branqueada é avaliada por intermédio de vários parâmetros, mas a alvura é um dos mais significantes. Entretanto, a exposição da polpa branqueada a luz, calor, umidade, produtos químicos e oxigênio pode provocar escurecimento ou amarelecimento da polpa, fenômeno este conhecido como reversão de alvura. As causas da reversão de alvura ainda não estão completamente elucidadas, contudo, grupos carbonílicos e carboxílicos presentes na polpa contribuem para os processos envolvidos no seu amarelecimento. Assim, a determinação quantitativa desses grupos é uma importante ferramenta para avaliar a qualidade da polpa branqueada. Neste trabalho são discutidos e comparados os diferentes métodos para determinação de grupos carbonílicos e carboxílicos em polpa kraft branqueada. Os grupos carboxílicos foram determinados por meio de uma nova metodologia, desenvolvida a partir da titulação potenciométrica direta, em que o método de titulação TAPPI (T 237 om-93) foi utilizado para validação do método desenvolvido. Já os grupos carbonílicos foram determinados pelos métodos de oximação e número de cobre (TAPPI T 430 om-94). No método de oximação foram otimizadas as condições de pH, concentração de cloridrato de hidroxilamina (NH2OH.HCl) e tempo de reação. Foram utilizadas amostras de polpa kraft branqueada industriais e polpas oxidadas com ozônio (O3), periodato de sódio (NaIO4) e NaIO4/clorito de sódio (NaClO2). A análise por espectroscopia FT-IR também foi investigada como uma ferramenta qualitativa para caracterização das amostras de polpa de celulose empregadas. Excelente correlação (r = 0,9956) foi observada entre os teores de grupos carboxílicos obtidos pelos métodos da titulação potenciométrica direta e TAPPI (T 237 om-93), contudo, os resultados encontrados para o método de titulação potenciométrica foram, em média, 22% maiores que os detectados no método TAPPI. A titulação potenciométrica mostrou ser o método mais viável, considerando-se a facilidade de execução, tempo de análise, custo de reagentes e precisão dos resultados. O método de oximação foi inadequado para análise quantitativa de grupos carbonílicos em polpa kraft branqueada, sendo os melhores resultados alcançados em pH 5, 48 h de reação sob agitação, e concentração de 0,1 mol de NH2OH.HCl/2 g de polpa. As amostras oxidadas com periodato de sódio foram mais reativas frente à oximação, em relação às amostras de polpa oxidada com ozônio, em função da natureza das carbonilas formadas. A espectroscopia no infravermelho não se mostrou uma ferramenta útil na determinação de grupos carbonílicos em amostras de celulose branqueada comercial. A identificação do grupo carbonílico no espectro no infravermelho de amostras oxidadas com NaIO4 foi mais difícil em comparação às amostras oxidadas com O3. Observa-se, pelos resultados que o método de oximação não deve ser utilizado na determinação do teor de grupos carbonílicos; já o método de titulação potenciométrica direta mostrou-se uma técnica promissora na determinação quantitativa de grupos carboxílicos em amostras de polpa kraft branqueada.

Bleached pulp quality is evaluated by many parameters but brightness is by for one of the most significant ones. However, exposure of bleached pulp to light, heat, humidity, chemicals and oxygen can causes darkening or yellowing of the pulp, a process also known as brightness reversion. The reasons why brightness reversion occur are not yet well defined. Carbonyl and carboxyl groups present in pulp may contribute to the yellowing processes. Thus, the quantitative determination of these groups is important to evaluate the quality of bleached pulp. This work aimed at evaluating different methods for carbonyl and carboxyl groups determination in bleached kraft pulp. Carboxyl groups were measured by new methodology using the direct potentiometric titration, where the method TAPPI (T 237 om-93) was used for validation of developed method. Carbonyl groups determination carbonyl groups was made by the oximation and copper number (TAPPI T 430 om-94) methods. In the oximation method the conditions for pulp oximation reaction were optimized, incluing pH, hydroxylamine hydrochloride (NH2OH.HCl) concentration and reaction time. Pulp samples of kraft bleached industrial and oxidized with ozone (O3), sodium periodate (NaIO4) and NaIO4/sodium chlorite (NaClO2) were used. The analysis for FT-IR spectroscopy was also investigated as a qualitative tool for characterization of samples of cellulose pulp bleached industrial and oxidized with O3 and NaIO4/NaClO2. Excellent correlation (r = 0.9956) was observed between the adapted potentiometric titration and TAPPI T 237 om-93 methods; however, the results found for the potentiometric titration method were 22% larger than found them in the TAPPI method. The potentiometric titration was elected the most viable considering execution easiness, analysis time, reagents cost and accuracy. The oximation method was not showed adequate for quantitative analysis of carbonyl groups in bleached kraft pulp. The optimal conditions for oximation reaction were pH 5.0, 48 h of reaction under agitation and 0.1 mol of NH2OH.HCl/2 g of pulp. Pulps oxidized with sodium periodate (NaIO4) were more reactive towards oximation than pulp oxidized with ozone, due the nature of formed carbonyl. The FT-IR spectroscopy was not showed an useful qualitative tool for determination of carbonyl groups in cellulose bleached commercial. The identification of carbonyl groups in the infrared spectrum of samples oxidized with NaIO4 was more difficult in relation to the samples oxidized with O3. Taken together, the results showed that the oximation method should not be used for determination of carboxyl groups content; although, the direct potentiometric titration method showed a promising technique for quantitative determination of carboxyl groups in bleached kraft pulp samples.