MODIFICAÇÃO NAS PROPRIEDADES DA FIBRA RECICLADA COM LIGNINASE

Juliano Lopes dos Santos, Erika Barbosa Neves Graminha, Rita de Cássia Bortoto Porto

• Fibras Recicladas • Lignina • Introdução a Ligninase Mecanismo de reação Estrutura Reações Relevantes

• Objetivo • Material e Métodos • Resultados • Conclusões

AGENDA

FIBRAS RECICLADAS • O interesse por uso de fibras recicladas vem aumentando

significativamente todos os anos. • No Brasil, a taxa de reciclagem do papel gira em torno de 40% (2010-11

Bracelpa). • Cerca de 81% de toda aparas de papel é composto por fibras não

branqueadas. • É sabido que o aumento de fibras recicladas prejudica as propriedades

físicas do papel acabado. • Muitos pesquisadores estão trabalhando para encontrar tecnologias

inovadoras que possam melhorar a resistência do papel como mecanismos de refino, tratamento enzimático e/ou químico.

• Uma alternativa encontrada para aumentar o uso de fibras recicladas é o tratamento enzimático oxidativo.

INTRODUÇÃO A LIGNINASE

• Ligninases são oxidases que oxidam um elétron de fenólicos e compostos relacionados, reduzindo O2 a H2O.

Doador (red.) + O2 Doador (ox.) + 2H20

4Phe-OH + O2 4Phe-O• + 2H20 • Compostos Fenólicos tais como o- e p-quinóis, aminofenóis e

fenilenodiaminas estão tipicamente presentes na madeira, ex. LIGNINA.

LIGNINA

• A lignina é o terceiro importante constituinte das plantas após a celulose e a hemicelulose.

• Está presente em uma extensão de 17 a 25% em hardwoods e 24 a 32% em softwoods.

• A lignina é de difícil degradação. Em todas as fases do processo de manufatura do papel, a lignina dissolvida está presente dentro do efluente e circuitos de água.

• Se nada é feito, a lignina solubilizada é liberada na água (por ex. Lagos, rios, oceanos) ou dependendo do grau de fechamento do circuito de água da fábrica, volta para o processo.

MECANISMO DE REAÇÃO • A Ligninase forma radicais fenólicos

estáveis a partir da lignina disponível. • Lignina está presente em polpas, tais

como TMP, CTMP Polpa kraft não branqueada Reciclados, etc

• Existe um cross-linking entre a lignina ”ativada”.

• Por oxidação catalizada pela enzima, fenólicos soluveis interagem com a superfície da fibra e reforçam a ligação interfibras.

• A ligação interfibras modifica a resistência do papel e cartão, e a ligação resiste a hidratação.

MECANISMO DE REAÇÃO

• Melhores interações fibra-fibra.

• A superfície da fibra tratada com a enzima demonstra aumento de hidrofobicidade tão bem quanto a mudança na composição química, o que indica que os extrativos de lignina são precipitados na superfície da fibra.

• Papel feito de fibra tratada com a enzima tem alta resistência à úmido e à seco comparado a papéis feitos à partir de fibras não tratadas. As ligações covalentes não podem ser rompidas pela água como as pontes de hidrogênio.

• A ligação melhorada pode estar relacionada a vários fatores, ligado a uma superfície da fibra mais rica em lignina, tais como embaraço molecular e ligação covalente entre fibras através do cross link dos radicais.

OBJETIVO

Avaliar o efeito da Ligninase em fibras recicladas não branqueadas com e sem adição de lignina na polpa por meio das propriedades físicas de resistência incluindo Tração, Ring Crush (RCT) e Concora (CMT).

MATERIAL E MÉTODOS

Material utilizado: • Amostra de polpa não branqueada 100% reciclada. • Produto à base de enzima ligninase. • Ligninosulfonato. Métodos: 1. Amostra da polpa com 4,5% de teor seco foi tratada com produto à base de

ligninase em uma dosagem de 0,5 e 1,0 kg/ton, a 45°C e pH 6,5, por uma hora.

2. Em uma segunda etapa, a polpa foi tratada com lignina comercial com e sem adição de enzima, em uma dosagem de 0,5 kg/ton.

3. No final do período de contato, as amostras foram imediatamente para um formador de folhas sendo, posteriormente, secas e ambientalizadas por 12 horas e enviadas para avaliação de propriedades físicas de acordo com as normas TAPPI.

RESULTADOS LIGNINASE

6,41 6,90

7,42

3

4

5

6

7

8

9RCT (Nm/g)

Control Ligninase (500g) Ligninase (1000g)

1,16 1,16 1,23

0,4

0,7

1

1,3

1,6 CMT (Nm²/g)

32,63 32,69

34,22

15

20

25

30

35

40 TRAÇÃO (Nm/g)

RESULTADOS LIGNINASE

7,10

13,61

0,18

4,65

0,00

5,69

0

2

4

6

8

10

12

14

16

500g/ton 1000g/ton

% G

anh

o

RCT% Tração% CMT%

RESULTADOS LIGNINA + LIGNINASE

6,41 6,64

6,90

7,64

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00 RCT (Nm/g)

Control 500 lignin 500 enzyme 500 lig + 500 enz

1,16

1,2 1,16

1,26

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6CMT (Nm²/g)

32,63

33,93 32,69

33,48

15

20

25

30

35

40 Tração (Nm/g)

RESULTADOS LIGNINA + LIGNINASE

3,61 3,80 3,33

7,10

0,80 0,00

15,44

2,6

7,94

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

RCT% Tração% CMT%

% G

anh

o

0,5 Lignina 0,5 Ligninase 0,5 Lignina + 0,5 Ligninase

CONCLUSÕES

• Este estudo apresenta um novo método ambientalmente correto para modificar fibras com presença de lignina pela oxidação catalisada por ligninase, onde compostos fenólicos solúveis interagem com a superfície da fibra e reforçam as ligações interfibra.

• Houve aumento das propriedades de RCT, Tração e CMT nas condições desse estudo. • A habilidade de usar ligninase em fibras contendo lignina é uma nova e única

tecnologia de modificação de fibra na qual poderão surgir muitas oportunidades futuras.

• Essa tecnologia de modificação de fibra contendo lignina está sendo explorado por novos estudos.