BR112020004842A2

BR112020004842A2 - método para deslignificação com oxigênio melhorada de polpas químicas de madeira

Info

Publication number: BR112020004842A2
Application number: BR112020004842-9A
Authority: BR
Inventors: Daniel J. Nicholson
Original assignee: Solenis Technologies, L.P.
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2018-09-06
Publication date: 2020-09-15
Also published as: CN111344455A; KR102656393B1; US11193237B2; TW201920807A; CL2020000623A1; KR20200047704A; EP3682056A1; WO2019051013A1; EP3682056A4; CA3075029A1; US20190078258A1; CN111344455B; RU2020111715A; RU2020111715A3

Abstract

É provido um método para produzir uma polpa Kraft de alto rendimento. Em particular, o método envolve a adição de uma composição compreendendo um fosfonato de amina orgânica e um tensoativo de etoxilato de álcool linear sulfonado a um processo de polpação. A composição melhora a deslignificação da fibra celulósica em polpas químicas de madeira.

Description

“MÉTODO PARA DESLIGNIFICAÇÃO COM OXIGÊNIO MELHORADA DE POLPAS QUÍMICAS DE MADEIRA” REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDO RELACIONADO

[0001] Este pedido reivindica prioridade ao Pedido de Patente Provisório dos EUA Nº 62/556.706, depositado em 11 de setembro de 2017, cujo conteúdo inteiro é aqui incorporado por referência.

FUNDAMENTOS

[0002] A invenção refere-se a uma composição que melhora a deslignificação da fibra celulósica em polpas químicas de madeira. Em particular, a composição pode ser adicionada após polpação química e lavagem das polpas de madeira.

[0003] As polpas podem ser preparadas a partir de qualquer espécie de madeira, madeira dura ou macia, bem como biomassa agrícola, incluindo, entre outros, bambu, bagaço de cana de açúcar, palha de grãos e gramíneas anuais. O processo de polpação para converter cavaco de madeira em polpa química inclui o processo Kraft, polpação sulfito ácida e neutra, polpação soda (com e sem catalisadores adicionais, como antraquinona) e polpação com solvente.

[0004] Polpas químicas de madeira são geralmente deslignificadas usando oxigênio pressurizado (deslignificação com oxigênio) para reduzir o teor de lignina em 40-70%. A deslignificação é normalmente feita antes do branqueamento de vários estágios. A polpa de madeira normalmente usada neste processo é produzida a partir de madeiras macias contendo um teor de lignina de 3-7% e de madeiras duras contendo 2-4% de lignina. Essas polpas são tipicamente fabricadas por um processo Kraft usando métodos conhecidos, de modo que, quando o cozimento Kraft é finalizado mais cedo (ou após um cozimento mais suave), o resultado é uma quantidade maior de polpa (maior rendimento) com maior teor de lignina.

[0005] O método atual de melhorar a deslignificação da polpa de madeira refere- se à polpa que é tratada com uma composição em um processo de deslignificação com oxigênio de dois estágios. A deslignificação de uma polpa de número kappa alto geralmente precisa ter condições mais agressivas ou adversas para obter a polpa de número kappa mais baixo desejada. Por condições agressivas, queremos dizer que as condições do processo para diminuir o número kappa exigem temperatura mais alta, alcalinidade mais alta, tempo mais longo ou várias combinações desses fatores, a fim de reduzir o teor de lignina em 40-70%. Como resultado dessas condições adversas ou agressivas, pode haver uma perda maior de celulose do que sob condições menos adversas. No entanto, essas condições também podem resultar em menor qualidade da polpa, conforme definido pela viscosidade da solução (TAPPI T230 om-13). Os estágios de deslignificação com oxigênio no tratamento da polpa química reduzem a lignina residual da polpa de forma limitada, mas ao mesmo tempo clivam oxidativamente as cadeias de celulose (despolimerização) e diminuem as propriedades físicas da polpa. Esse é o fator limitante para sua utilização mais eficaz. Se o processo de deslignificação com oxigênio puder ser melhorado ou aprimorado, mais lignina poderá ser removida, mas na prática atual isso resulta em enfraquecimento inaceitável do produto de fibra, medido pela viscosidade da polpa e resistência à tração da fibra TAPPI T231 cm-O07.

[0006] As reações químicas fundamentais, a aplicação industrial do processo e as limitações que acabamos de descrever são revisadas; McDonough, Thomas UJ., Oxygen Delignification, Capítulo IV-1 in; Pulp Bleaching. Principles and Practices, Dence & Reeve Eds. 1996. O foco no controle da qualidade da celulose tem sido historicamente na otimização dos parâmetros de reação para minimizar a despolimerização da celulose. Muita pouca descrição é fornecida sobre aditivos químicos benéficos, além da descoberta inicial de sais de magnésio como protetores de celulose. Uma tese recente "Oxygen Delignification Process Chemistry for ACACIA" descreveu o processo de deslignificação na produção de polpa Kraft branqueada em detalhes, Widiatmoko, Georgia Institute of Technology, dezembro de

2006. No entanto, os aditivos de magnésio são mencionados apenas para dizer que um dos fatores mais significativos para aumentar a deslignificação de oxigênio é a mistura eficaz dos produtos químicos com a polpa correspondente. Não há ensinamentos de que os aditivos químicos atualmente ensinados teriam algum impacto na redução do número kappa da polpa Kraft.

[0007] A Patente dos EUA nº 6.454.900 B2, descreve um processo de deslignificação com oxigênio em dois estágios para diminuir o número kappa de polpa de consistência média no qual a temperatura, pressão e alcalinidade do sistema são otimizadas. No entanto, não há menção de aditivos químicos específicos que melhorariam o processo de deslignificação com oxigênio.

[0008] Nas práticas atuais, aditivos químicos são usados durante o processo de deslignificação com oxigênio para inibir a despolimerização da celulose e proteger a resistência da polpa. Os sais de magnésio são os mais comumente usados (frequentemente aplicados como sal Epsom, MgSO4 + 7H20), mas também se verificou que agentes complexantes orgânicos ou quelantes protegem a celulose.

[0009] A patente canadense 1 120 210 (Monsanto) descreve a adição de quelantes de fosfonato de aminometileno em combinação com sal de magnésio, que se mostrou eficaz quando o fosfonato foi adicionado em quantidades superiores a 0,1% no peso seco da polpa (daqui em diante descrito como peso seco em estufa, OD). A patente descreve a adição de um ácido dietilenotriaminapentametilenofosfônico (DTPMP) a uma solução de pH neutro na qual o DTPMP é normalmente substituído por cerca de 7 cátions de sódio (DTPMP+7Na). No entanto, não há descrição de materiais adicionais, como tensoativos ou polímeros, que podem melhorar o desempenho da deslignificação e proteção da celulose.

[0010] A US 2007/0272378 A1, descreve um método para reduzir os extrativos no branqueamento com peróxido de polpa mecânica, adicionando um tensoativo aniônico e estabilizantes de peróxido polimérico, que inibe a precipitação dos extrativos nas fibras da polpa mantendo os extrativos na fase aquosa. No entanto, não há descrição ou ensino do uso com polpas químicas ou com um processo de deslignificação com oxigênio usado na polpa química, para proteger a celulose e melhorar a deslignificação, que não faz parte de um processo de branqueamento com peróxido.

[0011] JP2000/080582 (Mitsubishi) ensina que o número kappa de uma polpa química de consistência média pode ser reduzido no branqueamento com oxigênio adicionando um quelante de fosfonato sozinho ou em combinação com um tensoativo à polpa. É descrito um processo alternativo de dois estágios, no qual um estágio pode ser ácido e o outro alcalino. Nenhuma descrição é feita relacionada à adição de sulfato de magnésio para proteger a viscosidade da celulose.

[0012] Em outros processos de branqueamento com oxigênio, US4406735 e US4439271 descrevem um pré-tratamento da polpa com dióxido de nitrogênio antes da deslignificação da polpa de celulose em um ou dois estágios do branqueamento com oxigênio alcalino. US4372811, ensina uma deslignificação com oxigênio alcalino e branqueamento de polpa de celulose química enquanto inibe a degradação de carboidratos na polpa, adicionando uma ou mais diaminas aromáticas além do magnésio e um quelante que inclui ácidos aminometilenofosfônicos, como ácido dietilenotriaminopentametilenofosfônico (DTPMP). Nenhuma descrição é feita relacionada à adição de materiais como tensoativos ou polímeros para melhorar a deslignificação e proteger a viscosidade da celulose.

[0013] Um estudo publicado mostrou que a aplicação de tensoativos durante a polpação soda do bagaço diminuiu o número kappa e melhorou o rendimento e o brilho da polpa resultante" No entanto, o estudo restringiu-se a experimentos de branqueamento e ao processo de branqueamento (BioResources, 4(4), 1267-1275, 2009, “Soda Pulping with Surfactants”, Hamzeh et al. US 2005/0217813 A1, descreve que o ácido dietilenotriaminopentametilenofosfônico (DTPMP) pode manter ou aumentar o nível de brilho de uma polpa enquanto diminui os níveis de produtos químicos de branqueamento, mas não faz menção à deslignificação com oxigênio.

[0014] A polpa química que é deslignificada pelo oxigênio sofre uma degradação da celulose que é mais alta se a polpa for tratada em um sistema de 1 estágio em comparação com o tratamento em um sistema de 2 estágios quando deslignificada ao mesmo número kappa final (conforme determinado por TAPPI T 236 om-13), que é uma indicação do teor de lignina residual ou branqueabilidade. O sistema de 2 estágios permite que a polpa reaja primeiro em pH mais alto, pressão de oxigênio mais alta e temperatura mais baixa por um período mais curto do que um sistema de 1 estágio, após o qual a polpa pode ser tratada em um segundo estágio a uma pressão mais baixa, pH mais baixo e temperatura mais alta por mais tempo. O processo de uma deslignificação com oxigênio de dois estágios é descrito em US 6.454.900 (Sunds 2002). O processo refere-se a dois tratamentos com oxigênio separados em duas condições diferentes.

[0015] Os métodos atuais fornecem melhoramento do processo de deslignificação com oxigênio, em que são realizados níveis mais baixos de fosfonato e, em algumas modalidades, pode ser vista uma remoção completa dos sais de magnésio. Também há a necessidade de melhorar o desempenho ambiental das fábricas de polpas reduzindo as quantidades de produtos químicos contendo fósforo e nitrogênio usados em operações de polpação e branqueamento. Além disso, há uma clara necessidade de melhoras no processo de deslignificação com oxigênio que resultará em um teor reduzido de lignina, maior resistência da fibra produzida e maior rendimento da fibra. Verificou-se que as formulações atuais fornecem todos os benefícios listados acima.

SUMÁRIO

[0016] O método atual refere-se à produção de uma polpa Kraft de alto rendimento. Em particular, o método envolve a adição de uma composição compreendendo um fosfonato de amina orgânica e um tensoativo de etoxilato de álcool linear sulfonado, em particular lauril éter sulfato de sódio (SLES). A composição pode opcionalmente conter uma fonte de magnésio como um cátion divalente (Mg?*) de um sal de magnésio, como sulfato de magnésio (MgSO34), sulfato de magnésio hepta-hidratado (M9SO4*7H20), óxido de magnésio (MgO), hidróxido de magnésio (Mg(OH)2), acetato de magnésio (Mg(CH3COO)), acetato de magnésio tetra- hidratado (M9(CH3COO)2 * 4H20) e carbonato de magnésio (MgCO;3).

[0017] Em outro aspecto, é provido um método para produzir uma polpa Kraft deslignificada com oxigênio de alto rendimento, em que a polpa Kraft com um número kappa de pelo menos cerca de 30 e pode ser pelo menos cerca de 23 e pode ser pelo menos cerca de 20 para polpa de madeira dura; ou números de kappa de pelo menos cerca de 40 e pode ser pelo menos cerca de 33 e pode ser pelo menos cerca de 30 para polpas de madeira macia. A polpa Kraft é tratada com uma composição compreendendo: a) um fosfonato de amina orgânica em uma quantidade de cerca de 0,6 quilograma por tonelada métrica de polpa de peso seco (Kkg/TM) a cerca de 1,2 kg/TM com base em ácido ativo; b) sal de magnésio em uma quantidade de cerca de 0,1 kg/TM a cerca de 3,2 kg/TM de base anidra; e c) de cerca de 0,08 kg/TM a cerca de 0,16 kg/TM em uma base ativa de um tensoativo selecionado do grupo que consiste em etoxilatos de álcool linear sulfonado. A polpa Kraft é tratada com a composição antes de um processo de deslignificação com oxigênio. No contexto da presente invenção, a frase "ácido ativo" ou "sólidos ativos" ou "ativos" significa o peso de cada produto químico na composição aplicada à polpa.

[0018] Em outro aspecto do método atual, a composição adicionada à polpa de madeira Kraft inclui um fosfonato de amina orgânica e um poliacrilato aniônico, em particular um sal poli-alfa-hidroxiacrilato (PHAS).

[0019] Em ainda outros aspectos do método atual, o fosfonato de amina orgânica pode ser um ácido dietilenotriaminopentametilenofosfônico (DTPMP), fosfonato de aminotrismetileno (ATMP), ácido (bis)nexametilenotriaminapentametilenofosfônico (BHMTPMP) e poliamino poliéter metilenofosfonato (PAPEM) e o poliacrilato aniônico é um sal poli-alfa-hidroxiacrilato (PHAS).

[0020] Em outros aspectos do método, a temperatura do primeiro estágio de um processo de deslignificação com oxigênio de dois estágios é de cerca de 80 graus Celsius (ºC) a cerca de 100ºC e a temperatura do segundo estágio é de cerca de 90ºC a cerca de 120ºC; e a pressão do primeiro estágio é de cerca de 80 libras por polegada quadrada (psi) a cerca de 120 psi de O>2, pode ser de 90 psi a 110 psi de Or ea pressão do segundo estágio é de cerca de 25 psi a cerca de 90 psi, pode ser de cerca de 50 psi a cerca de 90 psi de O2, pode ser de 60 psi a 90 psi de O».

[0021] Em ainda outros aspectos do método, é fornecida uma polpa Kraft com um número kappa de pelo menos cerca de 30 e pode ser pelo menos cerca de 23 e pode ser pelo menos cerca de 20 para polpas de madeira dura ou números kappa de pelo menos cerca de 40, pode ser pelo menos cerca de 33 e pode ser pelo menos cerca de 30 para polpas de madeira macia; e tratamento da polpa Kraft com uma composição compreendendo: a) um fosfonato de amina orgânica em uma quantidade de cerca de 0,17 kg/TM a cerca de 0,57 kg/TM com base em ácido ativo; b) sal de magnésio em uma quantidade de cerca de O kg/TM a cerca de 3,2 kg/TM de base anidra; e c) de cerca de 0,43 kg/TM a cerca de 1,43 kg/TM em uma base ativa de um poliacrilato aniônico, tal como um sal poli-alfa-hidroxiacrilato (PHAS); e em que a polpa

Kraft é tratada com a composição antes de um processo de deslignificação com oxigênio.

[0022] De acordo com o método atual, a polpa Kraft é tratada com a composição antes de um processo de deslignificação com oxigênio.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0023] A Fig. 1 ilustra uma remoção de lignina/redução de kappa preferida voltada para a esquerda e uma proteção de viscosidade mais alta preferida voltada para o topo.

[0024] A Fig. 2 mostra os números kappa sob más condições de mistura de vários tensoativos e sem tensoativo.

[0025] A Fig. 3 mostra as viscosidades de polpa das polpas tratadas e não tratadas a vários números kapa.

[0026] A Fig. 4 mostra as viscosidades de polpa das polpas tratadas e não tratadas a vários números kappa.

[0027] A Fig. 5 mostra o número Kappa final de polpas tratadas e não tratadas.

[0028] A Fig. 6 mostra a viscosidade final da polpa das polpas tratadas e não tratadas.

[0029] A Fig. 7 mostra o número final de kappa de celulose de polpas tratadas sob várias condições de reação.

[0030] A Fig. 8 mostra a viscosidade final da polpa das polpas tratadas sob várias condições de reação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0031] A descrição detalhada a seguir é meramente exemplificativa por natureza e não se destina a limitar a invenção ou a aplicação e os usos da invenção. Além disso, não há intenção de ficar vinculada a nenhuma teoria apresentada no fundamento anterior da invenção ou à descrição detalhada a seguir.

[0032] Em um aspecto, o método atual refere-se à produção de uma polpa Kraft de alto rendimento compreendendo: prover uma polpa Kraft com um número kappa de pelo menos cerca de 30 e pode ser pelo menos cerca de 23 e pode ser pelo menos cerca de 20 para polpa de madeira dura ou números kappa de pelo menos cerca de

40 e pode ser pelo menos cerca de 33 e pode ser pelo menos cerca de 30 para polpas de madeira macia; tratar a polpa Kraft com uma composição compreendendo: a) um fosfonato de amina orgânica; b) um sal de magnésio; e c) um ou mais etoxilatos sulfonados; em que a polpa Kraft é tratada com a composição antes de um processo de deslignificação com oxigênio. Em particular, o um ou mais etoxilato sulfonado é lauril éter sulfonato de sódio (SLES), lauril éter fosfato de sódio (SLEP) ou lauri| sulfato de sódio (SLS). Veja a Fórmula |-Ill abaixo.

Ú OIIOMo— 8-0 Na Fórmula 1: Lauril sulfato de sódio (SLS) ” o OTA fato Foto Ná n=13 O Fórmula II: Lauril éter sulfato de sódio (SLES) " OO Va SoHasoHs lobo St n=13 O Fórmula III: Lauril éter fosfato de sódio (SLEP)

[0033] Em outro aspecto, o fosfonato de amina orgânica da composição é selecionado a partir de ácido dietilenotriaminapentametilenofosfônico (DTPMP), fosfonato de aminotrismetileno (ATMP), ácido (bis)nexametilenotriaminapentametilenofosfônico (BHMTPMP) e poliamino poliéter metilenofosfonato (PAPEMP) e o cátion divalente de magnésio Mg?* é de um sal de magnésio, como sulfato de magnésio ou sulfato de magnésio hepta-hidratado. Veja as Fórmulas IV-Ill abaixo.

o o | o *Na | mai A Nar 1 gasp—b*a À o-Nto nã op ) i— o" *Na E E an de Na- o À p= -o º S r " ONA o L o Na O DÁ Ss N -oO— Na+ 0 ——p- +Na | sr jo o o Fórmula TV Fórmula V Fosfonato de aminotrismetileno (ATMP) Fosfonato de pentametilenodietilenotriamina (DTPMP) o Nar 1 o.

Na 9 MA / p—o-*Na -o J eae do o, DÁ Xu Nar 0X p>- +N la À / o- +Na o o Fórmula VI ácido (bis)hexametilenotriaminapentametilenofosfônico GHMTPMP) Sã Í Na+-0—P CH; CH; p— o” *Na | Nedoantoowtedba d. iu -o n o-"Na / NX Nar 0 —pg- *Na A 1” O o Fórmula VII poliamino poliéter metilenofosfonato (PAPEMP)

[0034] Em ainda outro aspecto, o processo de deslignificação com oxigênio é um processo de deslignificação com oxigênio de 1 ou 2 estágios, em que o método de produção de uma polpa Kraft deslignificada com oxigênio de alto rendimento compreende: prover uma polpa Kraft com um número kappa de pelo menos cerca de e pode ser pelo menos cerca de 23 e pode ser pelo menos cerca de 20 para polpas de madeira dura ou números kappa de pelo menos cerca de 40, pode ser pelo menos cerca de 33 e pode ser pelo menos cerca de 30 para polpas de madeira macia; tratar a polpa Kraft com uma composição compreendendo: a) um fosfonato de amina orgânica em uma quantidade de cerca de 0,6 kg/TM a cerca de 1,2 kg/TM com base em ácido ativo; b) sal de magnésio em uma quantidade de cerca de 0,1 kg/TM a cerca de 3,2 kg/TM de base anidra; e c) um tensoativo em uma quantidade de cerca de 0,08 kg/TM a cerca de 0,16 kg/TM em uma base ativa de selecionados do grupo que consiste em etoxilatos de álcool linear sulfonado; e em que a polpa Kraft é tratada com a composição antes de um processo de deslignificação com oxigênio.

[0035] Em outro aspecto, o método atual refere-se à produção de uma polpa Kraft de alto rendimento provendo uma polpa Kraft com um número kappa de pelo menos cerca de 30 e pode ser pelo menos cerca de 23 e pode ser pelo menos cerca de 20 para polpas de madeira dura, ou números kappa de pelo menos cerca de 40, pode ser pelo menos cerca de 33 e pode ser pelo menos cerca de 30 para polpas de madeira macia, A polpa provida é tratada com uma composição compreendendo: a) um fosfonato de amina orgânica (DTMP); e b); um polímero de poliacrilato, tal como poli-alfa-hidroxiacrilato (PHAS) (ver abaixo); e em que a polpa Kraft é tratada com a composição antes de um processo de deslignificação com oxigênio.

OH Tel | n sC. of >o- poli-alfa-hidroxiacrilato

[0036] Em outro aspecto, o método de produção de uma polpa Kraft deslignificada com oxigênio de alto rendimento refere-se a prover uma polpa Kraft com um número kappa de pelo menos cerca de 30 e pode ser pelo menos cerca de 23 e pode ser pelo menos cerca de 20 para polpas de madeira dura ou números kappa de pelo menos cerca de 40, pode ser pelo menos cerca de 33 e pode ser pelo menos cerca de 30 para polpas de madeira macia; e tratamento da polpa Kraft com uma composição compreendendo: a) um fosfonato de amina orgânica em uma quantidade de cerca de 0,17 kg/TM a cerca de 0,57 kg/TM com base em ácido ativo; b) de cerca de 0,43 kg/TM a cerca de 1,43 kg/TM em uma base ativa de um poli-alfa-hidroxiacrilato (PHAS); e em que a polpa Kraft é tratada com a composição antes de um processo de deslignificação com oxigênio.

[0037] Em ainda outro aspecto, o método pode incluir a adição de magnésio opcional à polpa Kraft antes, simultaneamente ou após a adição da composição de fosfonato de amina/poliacrilato orgânico. Exemplos

[0038] Exemplo 1: A polpa Brownstock tratada com sulfato de magnésio (MgSO4) no estágio de deslignificação com oxigênio resulta em uma polpa final com um maior teor de lignina (conforme medido pelo número kappa determinado por TAPPI T236 om-13) do que a polpa não tratada. Isso também ocorre em menor grau com o sal fosfonato de pentametilenodietilenotriamina (DTPMP) na reação e em graus intermediárias quando os dois são usados juntos em razões variáveis. Inesperadamente, a adição de um tipo específico de tensoativo aos quelantes combinados em um produto formulado resulta em um número kappa menor. De particular importância são os álcoois lineares aniônicos e etoxilatos na forma de lauril éter sulfato de sódio (SLES) e lauril éter fosfato de sódio (SLEP).

[0039] A polpa Kraft de eucalipto com alta lignina (posteriormente identificada pelo número kappa, ou seja, kappa 23) foi deslignificada em um processo de 2 estágios em condições "agressivas", como mostrado na Tabela 1. O produto foi formulado com tensoativos alternativos e todos foram utilizados na reação de deslignificação na mesma dosagem na polpa.

TABELA 1 Condições e On % NaOH Temperatura, (ºC) Pressão de O2, (psi) o Estágio | 23 3,3 95 90 20 Estágio | Sem adicional 103 95 60

[0040] O produto de melhora da deslignificação com oxigênio foi formulado sem tensoativo (B), sem quelante fosfonado (C) e sem ambos (A). Os produtos alternativos foram formulados (Tabela 3) com vários tipos de tensoativos (D-J), conforme descrito na Tabela 2 abaixo. TABELA 2 Tensoativo A nenhum B nenhum Cc lauril éter sulfato de sódio (SLES) D lauril éter sulfato de sódio (SLES) E lauril éter fosfato de sódio (SLEP) F lauril sulfato de sódio (SLS) G Dodecilbenzeno Sulfonato de Sódio (SDBS) H Álcool etoxilado C12-C16 (3 óxido de etileno) | Álcool! etoxilado C12-C16 (22 óxido de etileno) J Poliéter de silicone (SPE)

[0041] As formulações do produto e o número kappa de celulose resultante e as medidas de viscosidade após a reação de deslignificação com oxigênio são encontrados na Tabela 3. TABELA 3 MgSO., kg/TM ROTM RS kappa Viscosidade

Branco O [o o 10,0 23,0 A 5 o o 12,2 311 B 3,2 1,2 o 12,2 32,0 c 3,2 o 0,16 11,0 25,5 D 3,2 1,2 0,16 11,4 30,4 E 3,2 1,2 0,16 11,8 30,9 F 3,2 1,2 0,16 11,7 28,9 G 3,2 1,2 0,16 11,8 28,5 H 3,2 1,2 0,16 11,5 26,8 | 3,2 1,2 0,16 11,6 27,5 J 3,2 1,2 0,16 11,8 27,2

[0042] Os resultados indicam que a adição do tensoativo SLES à formulação permite alcançar um número kappa mais baixo, mantendo uma viscosidade alta. A Fig. 1 ilustra uma remoção de lignina/redução de kappa preferida voltada para a esquerda e uma proteção de viscosidade mais alta preferida é voltada para o topo. À Fig. 1 mostra que a "Formulação D" contendo o tensoativo lauril éter sulfato de sódio deu a viscosidade mais alta e o número kappa mais baixo. O outro tensoativo aniônico etoxilado lauril éter fosfato de sódio (E) e o lauril éter fosfato de sódio aniônico não etoxilado (F) proveram uma melhora menor. Os outros tensoativos não proveram esse benefício inesperado.

[0043] Exemplo 2: O número kappa final da polpa resultante após o estágio de deslignificação come oxigênio é de suma importância para o fabricante de polpa. O custo do branqueamento da polpa até o brilho alvo final depende do número kappa recebido na planta de branquamento. A inclusão do tensoativo melhora o desempenho do estágio de deslignificação com oxigênio e diminui o custo do tratamento por toda a linha de branqueamento, diminuindo o número kappa. A quantidade do tipo de tensoativo preferido específico (álcool etoxilado linear aniônico) pode ser ajustada para afetar a deslignificação enquanto ainda protege a viscosidade da polpa.

[0044] A polpa Kraft de eucalipto de alta lignina (kappa 23) foi deslignificada "agressivamente" em 52% em tratamentos com oxigênio de 1 estágio a 103 graus Celsius ('C), álcali a 4%, pressão de 90 libras por polegada quadrada (psi) de O2 por

60 minutos. O produto de melhora da deslignificação foi formulado com os mesmos níveis de M9SO«s e DTPMP, mas contendo níveis variados de tensoativo lauril éter sulfato de sódio (SLES), conforme definido na Tabela 4, e dosado no mesmo nível em todos os experimentos.

[0045] Os resultados mostrados nas duas últimas colunas indicam que o aumento da dosagem do tensoativo diminui o número kappa. A viscosidade da polpa (dada em centipoise (cP) durante todo o pedido) permanece relativamente não afetada nas doses mais baixas (<0,03% em polpa OD) do tensoativo. TABELA 4 MgSOu, % na DTPMP, % na SLES, % na Número Viscosidade polpa OD polpa OD polpa OD kappa final, cP final 0,5 0,15 o 12,0 23,5 0,5 0,15 0,01 11,6 23,4 0,5 0,15 0,02 11,3 23,5 0,5 0,15 0,03 111 22,8 0,5 0,15 0,04 10,7 20,9 0,5 0,15 0,05 10,9 19,1

[0046] Exemplo 3: A eficiência da deslignificação com oxigênio depende da disponibilidade de O>2 para reagir com a fibra. Isso requer que o O> se difunda da fase gasosa na água que circunda as fibras na pasta fluida, depois da fase aquosa na fibra para reagir com a lignina. Apenas uma pequena fração do oxigênio é dissolvida em solução a qualquer momento. A grande maioria está na fase gasosa na forma de pequenas bolhas infundidas na pasta fluida por mistura muito agressiva com O? em uma bomba de consistência média antes da entrega à torre do reator. Uma mistura pobre de oxigênio com a pasta fluida de polpa resultará na canalização de O>2 para fora da mistura e O>2 insuficiente disponível para se difundir na solução para deslignificação quando necessário.

[0047] O produto de melhora de deslignificação com oxigênio é formulado com um tensoativo que melhora a deslignificação, conforme indicado nos Exemplos 1 e 2. Este tensoativo também melhora a deslignificação em sistemas pouco misturados.

[0048] Uma polpa Kraft de eucalipto (kappa 20) foi deslignificada com oxigênio sob condições “agressivas” em um estágio a 90ºC, NaOH a 4% na polpa, por 60 minutos a 90 psi. Os tensoativos foram dosados com ativos de 0,5 kg/TM. Um sistema mal misturado foi simulado desligando o misturador em um intervalo de tempo fixo para todos os experimentos. O número kappa final da reação "bem misturada" foi 10 (deslignificação de 50%), como mostrado na coluna da direita na Tabela 5. O efeito de um sistema “mal misturado” foi um aumento no número kappa para 15,1. A adição de vários surfactantes à pasta FLUIDA de polpa em um sistema “mal misturado” também é mostrada na Tabela 5. TABELA 5 Condição de Número Amostra mistura Tensoativo kappa final A Bem misturado Nenhum 10,0 B Mal misturado — Nenhum 15,1 Cc Mal misturado — lauril éter sulfato de sódio (SLES) 14,0 D Mal misturado — lauril éter fosfato de sódio (SLEP) 14,5 E Mal misturado — lauril sulfato de sódio (SLS) 15,7 F Mal misturado — Dodecilbenzeno — Sulfonato de Sódio 15,8 (SDBS) G Mal misturado — Álcool etoxilado C12-C16 (3 OE) 15,1 H Mal misturado — Álcool etoxilado C12-C16 (22 OE) 14,7 I Mal misturado — Poliéter de silicone (SPE) 15,3

[0049] A adição de SLES (ver amostra C) à pasta fluida resultou em uma deslignificação aprimorada da pasta fluida, como indicado por uma diminuição maior no número kappa sob más condições de mistura em comparação com outros tensoativos e sem tensoativo (consulte a Fig. 2).

[0050] Exemplo 4: Um benefício importante do produto de melhora da deslignificação com oxigênio é que a polpa com maior número kappa pode ser usada e que essa polpa pode ser produzida com maior rendimento do que a polpa com menor número kappa convencional. O número kappa de polpa superior deve ser deslignificado de forma mais agressiva para atingir o mesmo número kappa alvo em que a polpa convencional entra na planta de branqueamento. Uma deslignificação de oxigênio mais "agressiva" exige que seja usada uma concentração mais alta de álcalis, temperatura mais alta, tempos de retenção mais longos ou várias combinações dos mesmos.

[0051] A polpa Kraft de eucalipto com lignina superior (kappa 23) foi deslignificada para um kappa final de 10 em reações de deslignificação com oxigênio de 1 estágio sob dois conjuntos diferentes de condições agressivas de álcalis e temperatura. Essas condições e as condições de uma reação "convencional" são definidas na Tabela 6. TABELA 6 Álcali agressivo 23 5,1 103 Temeeraatt a 38 no Convencional 16 2,2 103

[0052] O produto de melhora da deslignificação de oxigênio consistiu nos componentes e quantidades definidos na Tabela 7. TABELA 7 MgSO4, % na polpba DTPMP, % na polpa SLES, % na polpa

OD OD OD 0,40 0,15 0,016

[0053] O produto melhorou a deslignificação, protegendo a viscosidade da polpa da degradação em todos os cenários em comparação com nenhum tratamento ou tratamento com sulfato de magnésio. Os dados da Tabela 8 resumem o efeito na polpa de kappa 23 alta e comparam-na com o efeito de um estágio de deslignificação com oxigênio convencional em uma polpa de kappa 16 baixa. TABELA 8 Viscosidade final da polpa, cP Condições SORA geo om ol o AÁlcali agressivo — 12,4 12,6 17,7 Temp. agressiva 12,5 15,3 18,1

Convencional 27,5 30,5 32,3

[0054] A deslignificação com oxigênio é usada quase que exclusivamente em polpas químicas que serão posteriormente branqueadas com alto brilho. Os estágios de branqueamento adicionais oferecem mais oportunidades para a viscosidade da polpa ser degradada, de modo que os ganhos de viscosidade obtidos com o produto de melhora da deslignificação com oxigênio não devem ser perdidos no branqueamento. Isto foi demonstrado usando as mesmas polpas do Exemplo 4, para as quais foi realizada uma sequência de branqueamento DHTEPD: dando uma polpa com brilho de 85 TAPPI, em que DHT é um estágio quente de deslignificação com dióxido de cloro a 90ºC; Ep é um estágio de extração reforçado com peróxido; e D1 é um estágio de clareamento com dióxido de cloro.

[0055] Os resultados mostrados na Tabela 9 indicam que o uso da formulação de deslignificação aprimorada no estágio anterior de deslignificação com oxigênio resultou em fibras de maior resistência relatadas como comprimento de ruptura (conforme determinado em TAPPI T 231 cm-07 Resistência à ruptura de zero span da polpa), que percorreu todo o caminho através da sequência de branqueamento descrita. TABELA 9 Comprimento de ruptura à tração de zero span da fibra branqueada, km Condições SS emento — 10 Kg/TM MaSOs io ue É Alcali agressivo — 11,0 11,9 12,7 Temp agressiva — 10,5 11,5 12,2 Convencional 12,7 13,2 13,4

[0056] Exemplo 5: A reação de deslignificação com oxigênio pode ser mais seletiva se realizada em dois estágios, e muitas fábricas de polpa operam esses sistemas para se beneficiar disso. Em geral, a viscosidade da polpa é mais degradada se a polpa for tratada em um estágio em comparação com o tratamento em um sistema de dois estágios quando deslignificada para o mesmo kappa final. O sistema de 2 estágios pode permitir que a polpa seja tratada primeiro em pH mais alto, pressão de oxigênio mais alta e temperatura mais baixa por um período mais curto, após o qual ela pode ser tratada em um segundo estágio a uma pressão mais baixa, pH mais baixo e temperatura mais alta por mais tempo. Isso favorece a cinética da remoção da lignina em detrimento da degradação da viscosidade da polpa.

[0057] A polpa Kraft de eucalipto com lignina superior (kappa 23) foi deslignificada a uma kappa de 10 em um processo de deslignificação com oxigênio de 1 e 2 estágios em condições agressivas. Isso foi comparado com a deslignificação leve com oxigênio em estágio único da polpa Kraft convencional de eucalipto com kappa inicial mais baixo 16. As condições são definidas na Tabela 10. TABELA 10 Número

1. Temperatura, Pressão de R Condições kappa % NaOH , Tempo, min os ºc O;>, psi inicial Convencional 16 1,85 103 90 60 1 estágio , 23 4 103 90 60 agressivo 2 estágios & 23 agressivos: Estágio | 4 88 90 25 Sem Estágio | 1 103 45 60 adicional

[0058] O produto de melhora da deslignificação com oxigênio, conforme definido no Exemplo 4, foi aplicado na mesma dosagem de 5,5 kg/TM de polpa em todos os tratamentos. Os dados experimentais da Tabela 11 indicam que o produto protege a viscosidade da polpa na deslignificação usando uma alcalinidade maior em 2 estágios superior à proteção oferecida em uma reação de 1 estágio. Essa mudança de processo de um estágio para dois estágios não substitui o benefício provido pelo produto de melhora da deslignificação com oxigênio, mas houve uma sinergia na qual tanto a deslignificação quanto a viscosidade aumentaram. TABELA 11 Viscosidade da polpa, cP Condições Sem 10 kg/TM 5,5 kg/TM de tratamento MgSO. produto Convencional 27,5 30 36 odio 14,2 15,5 20,9 botao 15,3 16,4 21,5

[0059] Exemplo 6: Vários quelantes de aminofosfonato podem ser usados na formulação para prover benefícios que melhoram a reação de deslignificação com oxigênio, protegendo a viscosidade da polpa. Os quelantes descritos na Tabela 12, foram formulados e aplicados como uma solução de pH neutro na qual os grupos fosfonato são tipicamente substituídos por cátions de sódio. Eles foram medidos e adicionados à formulação na quantidade equivalente ao peso como ácido ativo (ver Tabela 12).

TABELA 12 Acrônimo Composto A DTPMP 1* fosfonato de pentametilenodietilenotriamina B DTPMP 2 fosfonato de pentametilenodietilenotriamina Cc DTPMP 3 fosfonato de pentametilenodietilenotriamina D DTPMP 4 fosfonato de pentametilenodietilenotriamina E PIPPA Poli-isopropenilfosfonato F PAPEMP poliamino poliéter metilenofosfonato G BHMPTMP Fosfonato de (bis)nexametilenotriaminapentametileno H HEDP 1-Hidroxietilideno-1,1-difosfonato (etidronato) ! ATMP Fosfonato de aminotrismetileno .º Os fosfonatos A-D são diferentes graus comerciais de DTPMP disponíveis na Zschimmer & Schwarz, Milledgeville, GA comercializados sob o nome comercial CUBLENTY,

[0060] A polpa Kraft de eucalipto com lignina superior (Kappa 21) foi deslignificada a uma kappa de 9 em uma deslignificação com oxigênio de 1 estágio sob condições alcalinas agressivas. Isto foi para comparação com a deslignificação com oxigênio de estágio de álcalis leve da polpa Kraft convencional de eucaliptocom menor número kappa (K16) inicial para um número kappa final de 10. As condições são mostradas na Tabela 13. TABELA 13 Condições Número = kappa % NaOH Temperatura, Pressão de Tempo, inicial 2, PS! min 2 16 1,85 103 20 6o convencional 1 estágio 21 4 103 90 60 agressivo

[0061] O produto de melhora da deslignificação com oxigênio foi formulado e aplicado a experimentos de polpa de acordo com a Tabela 14. TABELA 14 Fosfonato MgSO:, Fosfonato, SLES, Número Viscosi- kg/TM kg/TM kg/TM kappa fi- dade fi- nal nal cP Branco o o o 8,6 14,6 Sem 3,2 o 0,16 8.6 16,7 fosfonato Formulação |; , 12 0,16 8,8 19,9 Cormulação 3 12 0,16 8,6 19,7 auação 3,2 1,2 0,16 9,4 21,8 normulação 3,2 1,2 0,16 9,0 20,3 pormulação | 3, 12 0,16 8,6 17,6 Formulação 37 12 0,16 8,6 17,6 comutação | 3, 12 0,16 87 18,3 qemmulação 3,2 1,2 0,16 9,2 20,0 Formulação; 12 0,16 8,8 16,9

[0062] A polpa convencional alcançou um kappa final de 10, com uma viscosidade de 27,5 cP. A polpa kappa 21 agressivamente deslignificada alcançou um kappa final mais baixo de 8,6-9,4 (média de 9,0), variando com o tipo de fosfonato, como mostrado na Tabela 14. A maior seletividade de deslignificação foi provida pelo "Formulações A-D” de DTPMP, com "Formulação B" tendo um aumento de 35% em kappa equivalente ao branco. A representação gráfica na Fig. 3 indica a viscosidade aprimorada (para cima no eixo y) no número kappa mais baixo desejado (para a esquerda no eixo x). Os quelantes fosfonados PIPPA (Formulação E), PAPEMP (Formulação F), BHMPTMP (Formulação G), HEDP (Formulação H) e ATMP (Formulação |) também aumentaram a viscosidade em vários graus maiores do que a formulação sem o fosfonato (Veja Fig. 3).

[0063] Exemplo 7: Há uma necessidade de um produto de melhora da deslignificação com oxigênio que permita a redução do teor de lignina (número kappa) enquanto protege a resistência da polpa (viscosidade). As formulações que contêm quelantes de fosfonato e sais de magnésio podem ser melhoradas em ambos os aspectos. Compostos poliméricos podem ser adicionados à formulação para melhorar o desempenho do quelante. Exemplos de polímeros típicos aplicados dessa maneira podem incluir poliacrilatos e copolímeros de ácido acrílico e maleico, como os produtos —Solenis LLC InfinityPSL4393/Polystabilº922, InfinityPSL4335, e Infinity2SL4342/AquatreatºAR410. Tancal- Fora —-a—a] oÊ a oÊ E. É e Er poliacrilato poliacrilato-co-maleato

[0064] A proteção da viscosidade da polpa por um quelante de fosfonato, como fosfonato de dietilenotriaminapentametileno (DTPMP), pode ser aumentada pela adição desses polímeros. Os grupos aniônicos carregados também podem interagir (ligar) diretamente com íons de metais de transição até certo grau. Essa interação pode ser melhorada por vários grupos funcionais no esqueleto polimérico, especificamente grupos hidroxila ligados ao carbono alfa no polímero de ácido poli- hidroxiacrílico (PHAS) mostrado abaixo. Uma melhora sinérgica inesperada da proteção da viscosidade da polpa pelo DTPMP é observada em formulações contendo PHAS, superior ao observado em outros polímeros de poliacrilato.

OH | n o o o poli-alfa-hidroxiacrilato

[0065] Devido às preocupações com o processamento de polpa, há uma necessidade de formulações de melhora da deslignificação com oxigênio que possam reduzir ou eliminar elementos não processados (NPIs)) como sais minerais inorgânicos, como magnésio. Esses sais são recirculados no ciclo de recuperação devido ao fato de não serem removidos por combustão e aumentar a concentração ao longo do tempo. O aumento dos NPIs pode contribuir para uma diminuição na eficiência da polpação, interferir com alguns produtos químicos do processo, complicar os ciclos de regeneração química da polpação e contribuir para os problemas de dimensionamento do equipamento. As formulações contendo sulfato de magnésio também exigem que grandes dosagens sejam eficazes, tipicamente 5- kg de sal Epsom/tonelada métrica de polpa. Esse é um desafio logístico, pois as mega fábricas modernas podem produzir mais de 5.000 TM de polpa por dia, exigindo talvez 50 toneladas métricas de sal Epsom por dia. Através de extensos estudos, verificou-se que uma composição compreendendo um fosfonato de amina orgânica e um PHAS polimérico permite a remoção completa de sais de magnésio. A formulação polimérica também permite que a reação de deslignificação alcance um número kappa menor do que quando se utilizam formulações contendo MgSO«s em condições semelhantes.

[0066] Uma polpa Kraft de eucalipto de kappa alto (K20) foi deslignificada em mais de 50% em um processo agressivo de deslignificação com oxigênio de um estágio, usando as condições encontradas na Tabela 15. TABELA 15 Condições Número NaOH% na Temp,ºC O>,psi Tempo, kappa polpa OD minutos inicial 1, estágio 4 103 90 60 agressivo

[0067] A dosagem de fosfonato foi de 2,5 kg/TM com base na polpa e a dosagem de polímero foi de 2,5 kg/TM, conforme listado na Tabela 16. O polímero foi utilizado no lugar de qualquer Mg9SOs. Essas formulações foram comparadas com uma formulação contendo uma dosagem típica de fábrica de sulfato de magnésio e também sem aditivo de tratamento, como mostrado na Tabela 16. TABELA 16 Componente A B Cc D E Brane Fosfonato de pentametilenodietilenotriami * 2,5* 2,5 2,5 2,5 o o na (DTPMP) Sal poli-alfa-hidroxiacrilato (PHAS) o 2,5 o o o o Copolímero acrilato-maleato (AAIMA) o o 2,5 o o o Polímero de acrilato (AA) o o o 2,5 o o Sulfato de magnésio o o o o 4 o . Kg/TM de polpa em formulação

[0068] O número kappa de polpa resultante e a viscosidade podem ser vistos na Tabela 17.

TABELA 17 Formulação Kappa final Viscosidade final A 9,9 23,1 B 8,9 21,3 Cc 9,5 22,7 D 9,2 20,6 E 9,4 18,9 Branco 8,5 15,1

[0069] O tratamento com apenas DTPMP mostrou alguma proteção de celulose, mas não permite alcançar o menor número kappa, enquanto a adição dos polímeros permitiu alcançar um kappa menor (teor de lignina) enquanto ainda protegia a celulose a um grau variável, como visto na Fig. 4. A Formulação D e a Formulação C permitiram um número kappa reduzido em comparação com o tratamento apenas com DTPMP (Formulação A), mas o desempenho melhorado foi mais pronunciado para o polímero de sal poli-alfa-hidroxiacrilato (PHAS) (Formulação B), que proveu uma viscosidade mais alta benéfica (para cima no eixo y) à medida que o número kappa foi reduzido (à esquerda no eixo x) (veja a Fig. 4).

[0070] Exemplo 8: Há a necessidade de melhorar o desempenho ambiental das fábricas de polpas reduzindo as quantidades de produtos químicos contendo fósforo e nitrogênio usados em operações de polpação e branqueamento.

[0071] A polpa de eucalipto usada no Exemplo 7, kappa (K20), foi deslignificada com oxigênio sob condições ligeiramente mais suaves, como visto na Tabela 18, proporcionando aproximadamente 50% de deslignificação.

TABELA 18 Condições Kappa NaOH% na Temp,ºC O>z,psi Tempo, inicial polpa OD min 1 , estágio 20 3,75 103 90 60 agressivo

[0072] A dosagem de fosfonato foi reduzida para 1,5 kg/TM em relação aos 2,5 kg/TM anteriores (Exemplo 7), uma diminuição de 40%. A dosagem do polímero foi mantida em 2,5 kg/TM. As combinações de DTPMP e polímeros foram comparadas com o tratamento apenas com DTPMP (A) e o tratamento com DTPMP combinado com sulfato de magnésio (E), como mostrado na Tabela 19. TABELA 19 Componente A B Cc D E Branco Fosfonato de 1,5º 1,5 1,5 1,5 1,5 o pentametilenodietilenotriamina (DTPMP) poli-alfa-hidroxiacrilato (PHAS) O 2,5 o o o o Copolímero — acrilato-maleato O o 2,5 o o o (AA/MA) Polímero de acrilato (AA) o o o 2,5 o o Sulfato de magnésio o o o o 4 o .º kg/TM de polpa em formulação

[0073] Com a menor dosagem de fosfonato, os polímeros proveram uma proteção sinérgica da celulose quando o mesmo kappa aproximado foi obtido. O polímero PHAS (Formulação B) forneceu a maior melhora de deslignificação, como mostrado na Tabela 20. TABELA 20 Formulação Número kappa Viscosidade final final (cP) A 9,9 20,0 B 9,7 23,8 Cc 9,7 22,6 D 9,3 20,4 E 9,7 20,7 Branco 9,0 15,4

[0074] Exemplo 9: O exemplo anterior demonstrou que há um benefício inesperado da combinação de polímeros de acrilato e quelante de fosfonato para a melhora da deslignificação com oxigênio e proteção da viscosidade da polpa. Estes resultados acima foram investigados adicionalmente com o polímero PHAS (sal de poli-alfa-hidroxiacrilato) sob um regime de deslignificação mais leve. A polpa de eucalipto Kappa K20 foi deslignificada em 1 estágio usando oxigênio nas seguintes condições: TABELA 21 Condições Kappa NaOH% na Temp, ºC Oz,psi Tempo, inicial polpa OD min 1 estágio 20 3,75 103 90 60 agressivo

[0075] A viscosidade da polpa foi medida em resposta à dosagem diminuída de DTPMP enquanto o componente PHAS da formulação foi mantido constante. Isto foi comparado com tratamentos apenas com DTPMP, apenas PHAS, apenas sulfato de magnésio, bem como uma amostra não tratada. As formulações para esses experimentos são mostradas na Tabela 22. TABELA 22 Componente A B Cc D E F Branco Fosfonato de pentametilenodi- 1,5* 1,0 0,5 o 1,5 o o etilenotriamina (DTPMP) poli-alfa-hidroxiacrilato (PHAS) 2,5 25 25 2,5 o o o Sulfato de magnésio o o o o o 4 o .º kg/TM de polpa em formulação

[0076] Os resultados são mostrados na Tabela 23. TABELA 23 Formulação Número Viscosidade kappa final final (cP) A 10 25,5 B 9,3 24,9 Cc 9,8 23,8 D 9,5 19,5 E 9,9 20,6 F 9,7 20,7 Branco 9 15,4

[0077] Os resultados indicam que a dosagem do fosfonato pode ser reduzida em mais de 150% ao usar 0,5 kg/TM com 2,5 kg/TM do PHAS (Formulação C) enquanto ainda fornece proteção suficiente da celulose. O uso de PHAS também permitiu a eliminação completa do componente sulfato de magnésio nas formulações.

[0078] A dosagem mais baixa de fosfonato permitida pelo efeito sinérgico do polímero PHAS também foi testada sob condições mais agressivas, como mostrado na Tabela 24. Uma polpa Kraft de eucalipto de kappa superior K23 foi deslignificada em 57% em uma deslignificação com oxigênio de um estágio usando as condições. TABELA 24 Condições Número NaOH% na Temp Oz Tempo, kappa polpa OD (ºC) (psi) (minutos) inicial 1 estágio 23 4,0 103 90 60 agressivo

[0079] Os resultados na Tabela 25 indicam que há um efeito sinérgico quando a Formulação contém PHAS com um quelante DTPMP na melhora da deslignificação sob condições agressivas de álcalis e temperatura. TABELA 25 Formulação Número kappa Viscosidade final final (cP) A 11,2 23,4 B 10,9 22,2 Cc 9,8 21,5 D 9,2 19 E 9,9 18,6 F 9,4 18,9 Branco 9,3 14,2

[0080] Exemplo 10: O exemplo anterior demonstrou que a combinação de quelante de fosfonato mais polímeros à base de acrilato, incluindo sal poli-alfa- hidroxiacrilato (PHAS), é robusta o suficiente para oferecer proteção da celulose em reações agressivas de deslignificação com oxigênio em baixos níveis de fosfonato,

mesmo na ausência de sulfato de magnésio MASO4s. Essa melhora foi investigada ainda mais em uma reação agressiva de deslignificação com oxigênio de dois estágios.

[0081] A polpa Kraft de eucalipto com alto número kappa (K23) foi deslignificada agressivamente com oxigênio em um processo de 2 estágios nas seguintes condições. TABELA 27 in Kappa o Temp, : Tempo, Condições inicial % NaOH oc O;>, psi min Estágio | 23 3,75 88 90 25 Estágio | Sem 103 45 60 adicional

[0082] Os componentes aditivos foram formulados em conjunto usando uma combinação de quelante DTPMP e polínero PHAS (razão 3:5) de acordo com a Tabela 28. TABELA 28 Componente A B Cc D E F G Brane Fosfonato de pentametilenodie 15 19 05 o 15. O 15. O tilenotriamina (DTPMP) poli-alfa- hidroxiacrilato 2,5 1,67 0,83 2,5 o o o o PHAS) Sulfato de o o o o o 5 4 o magnésio Combinado total! 4,00 267 1,33 2,50 1,50 5,00 5,50 /0,00 .º kg/TM de polpa em formulação

[0083] O produto combinado ofereceu a mesma proteção sinérgica da viscosidade da polpa na reação de 2 estágios que na reação de 1 estágio não permitindo a redução da viscosidade. Também foi demonstrada uma dose-resposta clara, como mostrado na Tabela 29. O nível mais baixo do produto combinado (Formulação C) foi de 1,33 kg/TM de polpa e proveu uma viscosidade 48% maior 21,3 cP em comparação com nenhum tratamento a 14,4 cP. TABELA 29 Formulação Namero kappa Viscosidade inal final, (cP) A 10,0 25,2 B 10,2 24,9 Cc 10,0 21,3 D 10,2 20,0 E 10,3 21,7 F 9,8 19,0 G 10,5 20,9 Branco 9,2 14,4

[0084] A mesma melhora de deslignificação foi observada quando uma polpa de número kappa ainda maior (K25) foi usada sob condições ligeiramente mais agressivas ou mais adversas em um processo de deslignificação com oxigênio de dois estágios, mostrado na Tabela 30. TABELA 30 Condições Kappa % NaOH eo O> (psi) Gain Estágio | 25 4,00 88 90 25 Estágio | oral 103 45 60

[0085] Os componentes aditivos foram formulados em conjunto usando uma combinação de quelante DTPMP e polímero PHAS (razão 3:5) similar ao último exemplo, e de acordo com a Tabela 31.

TABELA 31 Componente A B Cc D E F Ban fosfonato de Fantanelnenedisinenetían! 1,5º 073 060 048 O o o (DTPMP) suas) miaroxiaeritato 2,5 121 1,01 081 25 o o Sulfato de magnésio o o o o o 5 o Combinado total 4,00 1,94 1,61 1,29 2,50 5,00 0,00 U Kg/TM de polpa em formulação

[0086] Os resultados indicam uma dose-resposta similar (Tabela 32) para a combinação dos componentes com viscosidade aumentada para polpa com um número kappa inicial de 25 (K25), em comparação com o número kappa menor (K23). TABELA 32 Formulação Número kappa final Viscosidade final (cP) A 11,9 22,0 B 11,5 214 Cc 111 21,2 D 11,2 20,9 E 10,2 20,1 F 9,8 15,7 Branco 9,9 13,9

[0087] Exemplo 11: A combinação de quelante de fosfonato mais polímeros à base de acrilato, incluindo sal poli-hidroxiacrilato (PHAS), também é benéfica para a deslignificação agressiva com oxigênio de dois estágios, realizada com temperaturas mais altas e tempos de retenção mais curtos. Polpa de eucalipto de kappa maior (K23) foi tratada em uma deslignificação com oxigênio de dois estágios mais agressiva e encurtada a temperaturas mais altas, conforme descrito na Tabela 33. O primeiro estágio foi reduzido para apenas 5 minutos, enquanto a etapa final durou 60 minutos, 50 minutos ou 40 minutos.

TABELA 33 Número 1 o, Temp ç Tempo Condições kappa % NaOH (o) O> (psi) (minutos) inicial Estágio | 23 3,30 95 100 5 Estágio | Sem 106 90 60, 50, 40 adicional

[0088] A combinação de DTPMP e PHAS na razão de 3:5 foi dosada em diferentes níveis (Formulação B e C). Isso foi comparado com amostras não tratadas, amostras tratadas com sulfato de magnésio (Formulação A) e amostras com sulfato de magnésio e DTPMP (Formulação D), como mostrado na Tabela 34. TABELA 34 Componente Branco A B Cc D Fosfonato de pentametilenodietilenotriami O o 0,37 0,32 1,5 na (DTPMP) poli-alfa-hidroxiacrilato (PHAS) o o 0,92 0,704 o Sulfato de magnésio o 5 o o 4 Total combinado, kg/TM 0,00 5,00 1,29 1,03 5,50

[0089] Os resultados de todos os experimentos são mostrados na Tabela 35. Os títulos da tabela 5 mais 60, 5 mais 50 e 5 mais 40 indicam tempos de reação de 5 min no primeiro estágio e 60, 50 ou 40 minutos no segundo estágio. TABELA 35 - Resultados mostrando os números finais de Kappa e viscosidade Número kappa final Amostra 5 mais 60 5 mais 50 5 mais 40 Branco 10 10,5 11,2 Fórmula A 10,3 10,9 11,5 Fórmula B 10 10,5 114 Fórmula C 10 10,5 11,2 Fórmula D 10,5 10,7 11,6 Viscosidade final da polpa (cP)

Amostra 5 mais 60 5 mais 50 5 mais 40 Branco 15,2 15,4 15,9 Fórmula A 19 20,3 21,2 Fórmula B 18,3 19,6 21,8 Fórmula C 18,3 18,8 20,6 Fórmula D 20,4 20,5 22,4

[0090] Os números kappa resultantes desses tratamentos agressivos são mostrados graficamente na Fig. 5, que mostra que há uma tendência clara de os tempos de retenção mais curtos impedirem a deslignificação até certo grau (números kappa mais altos), mas não igualmente entre todos os tratamentos. Os resultados indicam que as formulações atuais, quando usadas sob restrições industrialmente relevantes, podem reduzir significativamente o tempo de retenção necessário para reduzir o número kappa da polpa.

[0091] Os resultados mostrados na Fig. 5 indicaram que quando o tempo para a reação de deslignificação é encurtado substancialmente, o kappa final alcançado é maior para a polpa tratada com sulfato de magnésio MgSO4 em relação à polpa não tratada. No entanto, o tratamento com a formulação de 2 componentes, ou seja, DTPMP e PHAS, fornece polpa com o mesmo kappa final que a polpa não tratada, mas com uma viscosidade mais alta, como mostrado na Fig. 6. Esses resultados indicam que a deslignificação efetiva pode ser realizada com boa proteção de viscosidade, mesmo em tempos de retenção reduzidos.

[0092] — Aformulação de DTPMP e PHAS também oferece o benefício adicional de uma grande redução na dosagem do produto necessária para a proteção da viscosidade da polpa (aproximadamente 4 vezes menor) em relação às formulações contendo sulfato de magnésio. A formulação de 2 componentes protege a viscosidade da polpa até 27% maior do que nenhum tratamento.

[0093] Exemplo 12: Existem muitas combinações de temperaturas e tempos de retenção na deslignificação com oxigênio de dois estágios que podem ser benéficas para a fábrica de polpa. Geralmente, temperaturas mais altas e tempos de retenção mais curtos podem ser usados para aumentar a taxa de produção, mas a combinação pode reduzir a eficiência da deslignificação e a viscosidade da polpa. A adição de quelante de fosfonato mais polímeros à base de acrilato, incluindo sal poli-alfa- hidroxiacrilato (PHAS), é benéfica para a deslignificação agressiva com oxigênio de dois estágios, realizada com temperaturas mais altas e tempos de retenção mais curtos, como foi mostrado no Exemplo 11. Existem inúmeras combinações de temperaturas e tempos de retenção em um processo de deslignificação de dois estágios, além dos níveis de uso de álcalis usados, para alcançar o menor número kappa e minimizar a perda de viscosidade. Várias dessas combinações foram usadas em experimentos, como mostrado na Tabela 36. TABELA 36 Condições de deslignificação 1 2 3 4 Tempo em 2 estágios, 10 mais 20 mais 20 mais ; minutos 50 70 70 2olmaisino Temperaturas, Cº 95 mais 88 mais 92 mais 102 mais Pp ' 100 103 103 105 NaOH,% na polpa OD 3,3 3,6 3,4 2,6

[0094] As condições de deslignificação 1-4 descritas na Tabela 36 acima foram usadas com diferentes tratamentos químicos rotulados como Formulações A-D, como mostrado na Tabela 37. TABELA 37 Componente Branco A B Cc D Fosfonato de pentametilenodietilenotriami O [) 0,32 0,48 1,18 na (DTPMP) poli-alfa-hidroxiacrilato (PHAS) o o 0,704 0,81 o Sulfato de magnésio o 5 o o 3,15 Combinado total, kg/TM 0,00 5,00 1,03 1,29 4,33

[0095] Os resultados de número kappa final são mostrados na Tabela 38.

TABELA 38 Número kappa da polpa final ESTORTEarao o Ô 2 é í Branco 10,9 9,8 9,5 10,6 A 10,6 9,9 9,7 10,8 B 10,8 10,3 10,0 10,7 Cc 11,0 10,2 10,0 10,8 D 11,0 10,8 10,9 114

[0096] As diferentes condições de deslignificação tiveram efeitos variados na eficiência da reação, como mostrado na Fig. 7. O número kappa foi maior quando a reação foi limitada pelo tempo (Condição 1) ou nível de álcalis (Condição 4). A combinação de temperaturas mais altas com níveis mais baixos de álcalis permitiu uma deslignificação mais extensa (Condição 3 x Condição 2). A Fig. 7 mostra que os tratamentos químicos afetaram a deslignificação de maneira diferente dentro de qualquer conjunto particular de condições de reação. Por exemplo, “Formulação B" e “Formulação C” foram melhores em melhorar a deslignificação em condições de temperaturas de estágio mais quentes, tempos de retenção mais longos e menores taxas de adição de álcalis.

[0097] A viscosidade da polpa final é mostrada na Tabela 39.

TABELA 39 Viscosidade final da polpa, cP destignificação 2 3 4 Branco 18,0 15,1 15,9 19,1 A 20,5 18,0 19,0 23,0 B 20,8 18,5 19,5 23,6 [ 21,2 18,7 19,8 26,6 D 22,2 20,7 21,3 25,5

[0098] A viscosidade da polpa foi melhorada pelo uso dos vários aditivos, como mostrado graficamente na Fig. 8. Os diferentes tratamentos responderam de maneira semelhante sob as diferentes condições, e o nível de viscosidade melhorado em relação ao branco pode ser atribuído tanto à química aditiva quanto aos níveis de dosagem. Dependendo das condições de deslignificação, um tipo específico de tratamento pode prover um benefício valioso sobre outros. Por exemplo, a "Formulação B" de tratamento foi suficiente para proteger a viscosidade em uma média de 22% sobre o branco, em apenas 1 kg/TM de dosagem de tratamento e contém 0% de sulfato de magnésio (ver Fig. 8). Por exemplo, a “Formulação B" e “Formulação C” do tratamento forneceram as melhores deslignificação e proteção da viscosidade em condições de temperaturas de estágio mais quentes, tempos de retenção mais longos e menores taxas de adição de álcalis.

[0099] Embora pelo menos uma modalidade exemplificativa tenha sido apresentada na descrição detalhada anterior, deve-se considerar que existe um grande número de variações. Também deve ser apreciado que a modalidade exemplificativa ou modalidades exemplificativas são apenas exemplos e não se destinam a limitar o escopo, a aplicabilidade ou a configuração da invenção de qualquer maneira. Em vez disso, a descrição detalhada acima fornecerá aos especialistas na técnica um roteiro conveniente para implementar uma modalidade exemplificativa, entendendo-se que várias alterações podem ser feitas na função e disposição dos elementos descritos em uma modalidade exemplificativa sem se afastar do escopo da invenção, conforme estabelecido nas reivindicações anexas e seus equivalentes legais.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para produzir uma polpa Kraft de alto rendimento, caracterizado pelo fato de que compreende: prover uma polpa Kraft com um número kappa de pelo menos cerca de 30 para polpas de madeira dura ou números kappa de pelo menos cerca de 40 polpas de madeira macia; tratar a polpa Kraft com uma composição compreendendo: a) um fosfonato de amina orgânica; b) um sal de magnésio; e c) um ou mais álcoois lineares aniônicos e etoxilatos; em que a polpa Kraft é tratada com a composição antes de um processo de deslignificação com oxigênio.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os álcoois lineares aniônicos e etoxilatos são selecionados do grupo que consiste em lauril éter sulfato de sódio (SLES), lauril éter fosfato de sódio (SLEP) ou lauril sulfato de sódio (SLS).

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fosfonato de amina orgânica é selecionado do grupo que consiste em ácido dietilenotriaminopentametilenofosfônico (DTMP), fosfonato de aminotrismetileno (ATMP), ácido (bis)nexametilenotriaminapentametilenofosfônico (BHMTPMP) e poliamino poliéter metilenofosfonato (PAPEMP).

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sal de magnésio é selecionado do grupo que consiste em um cátion divalente de magnésio Mg?*, sulfato de magnésio, sulfato de magnésio hepta-hidratado.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo de deslignificação com oxigênio é um processo de deslignificação com oxigênio de dois estágios.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a temperatura do primeiro estágio do processo de deslignificação com oxigênio de dois estágios é de cerca de 80 graus Celsius (*C) a cerca de 100ºC e a temperatura do segundo estágio é de cerca de 90ºC a cerca de 120ºC; e em que a pressão do primeiro estágio é de cerca de 80 libras por polegada quadrada (psi) a cerca de 120 psi de O>, e a pressão do segundo estágio é de cerca de 25 psi a cerca de 90 psi.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a polpa Kraft tem uma consistência de pelo menos cerca de 9% de sólidos e uma alcalinidade de cerca de 2% a cerca de 5% como NaOH equivalente na polpa seca em estufa.

8. Método para produzir uma polpa Kraft deslignificada com oxigênio de alto rendimento, caracterizado pelo fato de que compreende: prover uma polpa Kraft com um número kappa de pelo menos cerca de 30 para polpa de madeira dura ou números kappa de pelo menos cerca de 40 para polpas de madeira macia; tratar a polpa Kraft com uma composição compreendendo: a) um fosfonato de amina orgânica em uma quantidade de cerca de 0,6 kg/TM a cerca de 1,2 kg/TM com base em ácido ativo; b) sal de magnésio em uma quantidade de cerca de 0,1 kg/TM a cerca de 3,2 kg/TM de base anidra; e c) de cerca de 0,08 kg/TM a cerca de 0,16 kg/TM em uma base ativa de um tensoativo selecionado do grupo que consiste em etoxilatos de álcool linear sulfonado; e em que a polpa Kraft é tratada com a composição antes de um processo de deslignificação com oxigênio.

9. Método para produzir uma polpa Kraft deslignificada com oxigênio de alto rendimento, caracterizado pelo fato de que compreende: prover uma polpa Kraft com um número kappa de pelo menos 20; e tratamento da polpa Kraft com uma composição compreendendo: a) um fosfonato de amina orgânica; e b) um poliacrilato aniônico.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o poliacrilato aniônico é um sal poli-alfa-hidroxiacrilato (PHAS).

11. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o fosfonato de amina orgânica é selecionado do grupo que consiste em ácido dietilenotriaminopentametilenofosfônico (DTMP), fosfonato de aminotrismetileno (ATMP), ácido (bis)nexametilenotriaminapentametilenofosfônico (BHMTPMP) e poliamino poliéter metilenofosfonato (PAPEMP).

12. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a adição de um sal de magnésio à polpa Kraft.

18. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o sal de magnésio é selecionado do grupo que consiste em um cátion divalente de magnésio Mg?*, sulfato de magnésio e sulfato de magnésio hepta- hidratado é opcionalmente adicionado à composição.

14. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o processo de deslignificação com oxigênio é um processo de deslignificação com oxigênio de dois estágios.

15. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a temperatura do primeiro estágio do processo de deslignificação com oxigênio de dois estágios é de cerca de 80 graus Celsius (*C) a cerca de 100ºC e a temperatura do segundo estágio é de cerca de 90ºC a cerca de 120ºC; e em que a pressão do primeiro estágio é de cerca de 80 libras por polegada quadrada (psi) a cerca de 120 psi de Oz, e a pressão do segundo estágio é de cerca de 25 psi a cerca de 90 psi.

16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a pressão do primeiro estágio é de cerca de 90 psi a 110 psi de O2 ea pressão do segundo estágio é de cerca de 50 psi a cerca de 90 psi de O>.

17. Método para produzir uma polpa Kraft deslignificada com oxigênio de alto rendimento, caracterizado pelo fato de que compreende: prover uma polpa Kraft com um número kappa de pelo menos cerca de 30 para polpas de madeira dura ou números kappa de pelo menos cerca de 40 para polpas de madeira macia; tratar a polpa Kraft com uma composição compreendendo: a) um fosfonato de amina orgânica em uma quantidade de cerca de 0,17 kg/TM a cerca de 0,57 kg/TM com base em ácido ativo; b) sal de magnésio em uma quantidade de cerca de O kg/TM a cerca de 3,2 kg/TM de base anidra; e c) um poliacrilato aniônico em uma quantidade de cerca de 0,43 kg/TM a cerca de 1,43 kg/TM em uma base ativa; e em que a polpa Kraft é tratada com a composição antes de um processo de deslignificação com oxigênio.

18. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o poliacrilato aniônico é um poli-alfa-hidroxiacrilato (PHAS).

19. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a polpa Kraft tem um número kappa de pelo menos cerca de 23.

20. Método de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a polpa Kraft tem um número Kappa de pelo menos cerca de 20 para polpa de madeira dura ou um número kappa de pelo menos cerca de 30 para polpas de madeira macia.

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