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R e v i s t a C e l u l o s a y P a p e l1

ATCPATCP Chile 2005

Selección y caracterización de clones de eucalipto considerando parámetros silviculturales, tecnológicos y de producto final

Alexandre Bassa – Votorantim Celulose e Papel S.A. – Rod. Gal. Euryales de Jesus Zerbine, km 84 – Jacareí - SP/Brasil - [email protected]

Ana G. M. C. Bassa - Votorantim Celulose e Papel S.A. – Rod. Gal. Euryales de Je-sus Zerbine, km 84 – Jacareí - SP/Brasil - [email protected]

Vera M. Sacon - Votorantim Celulose e Papel S.A. – Rod. Gal. Euryales de Jesus Zerbine, km 84 – Jacareí - SP/Brasil - [email protected]

Celina Ferraz do Valle - Votorantim Ce-lulose e Papel S.A. – Rod. SP 255, km 41,2 – Luiz Antônio – SP/Brasil - [email protected]

RESUMEN

Uno de los caminos para obtener éxito y tener una empresa competitiva destacada en el área de celulosa y papel es dar atención a la producción de su principal materia - prima: la madera. Por lo tanto, el trabajo de selección de materiales genéticos superiores, por medio del mejoramiento ge-nético tradicional o de la biotecnología se ha tornado de importancia fundamental, ya que posibilita que las empresas produzcan bosques altamente productivos en términos de volumen, y calidad de la madera ideal para la producción de celulosa y papel. En este contexto los objetivos del presente trabajo fueron desarrollar una herramienta para clasificar materiales genéticos, utilizando clones de eucalipto, basada en el costo y en la calidad de fibra, evaluar el efecto del aumento de la densidad básica en la producción de celulosa y en las características del producto final y establecer subsi-dios tecnológicos para ayudar en la selección de clones de eucalipto adecuados a la producción de celulosa con características específicas. Fueron estudiadas 8 muestras de materiales genéticos que tenían edades entre 6,5 - 7,0 años. A dichas muestras se les midió parámetros como densidad básica de la madera, pulpabilidad, blanqueabilidad y molienda, además se midió propiedades físi-co - mecánicas de la pulpa celulósica blanqueada. Los resultados de densidad básica presentaron una media de 0,512 g/cm³, siendo los valores máximo y mínimo encontrados de 0,545 y 0,479 g/cm³, respectivamente. Los clones A, E y G presentaron un excelente desempeño para rendimiento en pulpa celulósica con valores superiores a 53,0 %. La eficiencia de la pre-deslignificación con oxígeno fue superior a 40% para todos los clones evaluados. La blanqueabilidad de las pulpas crudas, provenientes de las 8 maderas de eucaliptus analizadas presentó una media de 0,225 unidades de kappa/kg CAT y los valores máximo y mínimo de 0,244 y 0,214, respectivamente. Se observa variación de la blanqueabilidad entre las pulpas reflejado en distintos consumos de cloro activo total. La variabilidad de los materiales genéticos puede ser explorada en el proceso de mejo-ramiento genético. Los clones de eucalipto evaluados presentaron variabilidad para los parámetros largo, ancho, espesor de la pared celular, coarseness, número de fibras/g de celulosa y en las pro-piedades físico - mecánicas de las pulpas blanqueadas. En la producción de pulpa celulósica para papeles “tissue” el ranking (material genético de mejor a menor comportamiento) fue el siguiente: E, F, A, D, G, B, C y H. Para producción de pulpa celulósica para papeles de “imprimir y escribir” el ranking (material genético de mejor a menor comportamiento) fue en este caso el siguiente: G, H, C, B, E, D, A y F.

Palabras-claves: clones, pulpaje, blanqueabilidad, euca-liptus, selección, producto final.

1) INTRODUCCIÓN

El alto desempeño productivo y la producción de una pulpa celulósica con calidad son premisas que deben ser perseguidas por las empresas que desean continuar en el mercado competitivo y creciente que se observa en el sector de celulosa y papel.

Uno de los caminos para poder obtener éxito y tener una empresa competitiva y destacada en el área de celulosa y papel es dar atención a la producción de su principal materia - prima: la made-ra.

El trabajo de selección de materiales genéticamente superiores por medio del mejoramiento gené-tico tradicional o de la biotecnología se ha convertido en un factor de éxito de importancia funda-mental, pues posibilita que las empresas produzcan bosques altamente productivos en términos de

Mejor Trabajo Técnico Extranjero del II Coloquio Internacional sobre Celulosa de Eucalipto


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volumen y con calidad ideal de la madera, para la producción de celulosa y papel.

Realizando un estudio econométrico del crecimiento del Eucalyptus glóbulus en Portugal, Borralho et al. (1993) demostraron que la relación costo / beneficio de programas de mejoramiento, que incluyen densidades básicas y rendimientos en celulosa como índice de selección, puede ser reducida alrededor de dos a cuatro veces.

Por lo tanto, el éxito de una empresa de base forestal productora de celulosa y papel depende de la selección continua de materiales genéticos, ya que éstos deben presentar excelente productividad silvicultural (m³/ha) y una adecuada calidad tecnológica de la madera (densidad básica, rendimiento gravimétrico en celulosa, etc.).

Los objetivos del estudio fueron:

Desarrollar una herramienta para clasificar materiales genéticos basado en costo y en calidad de fibra.

Evaluar el efecto del aumento de la densidad básica de la madera en el proceso de producción de celulosa y en las características del producto final.

Entregar subsidios tecnológicos para ayudar en la selección de materiales genéticos adecuados a la producción de celulosa con características específicas.

Posibilitar una comparación tecnológica entre clones.

Posibilitar una mejora continua en la materia prima.

2) METODOLOGÍA

2.1. Madera

Fueron evaluadas 8 muestras de clones con edades entre 6 y 7 años, presentando productividad forestal que varía entre 35 a 40 m³/ha/año. Dentro de las 8 muestras se informa que seis muestras son de material híbrido (Eucalyptus grandis versus Eucalyptus

urophylla), una muestra de Eucalyptus grandis y una muestra de Eucalyptus urophylla.

La determinación de la densidad básica de la madera fue efectuada por el método del máximo contenido de humedad.

Para componer la muestra fueron recolectados rodetes de 50 cm desde alturas 0-20-40-60-80-100 % de la altura comercial de cada árbol. Cada muestra fue compuesta de diez árboles.

2.2. Pulpaje

Los pulpajes fueron efectuados en un digestor modelo M&K, con circulación forzada, dotados de dos reactores individuales de 7 litros. Se utilizó una masa totalmente seca por cocción de 800 g de chips. Las condiciones adoptadas son presentadas en la tabla 1. Las cocciones fueron realizadas en triplicado.

Parámetro

Relación licor: madera

Álcali efectivo (%) - NaOH

Tiempo de subida (min)

Tiempo de la temperatura (min)

Temperatura de cocción (°C)

Tiempo a temperatura (min)

Sulfidez (%)

Condición

4:1

Variable

60

120

166

120

25

Tabla 1. Condiciones del pulpaje.


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Obs.: álcali efectivo variable para alcanzar el número kappa en el rango de 17,0-18,0.

Después de la cocción fue determinada la cantidad de celulosa producida base seca. La relación porcentual entre el peso de celulosa producida y el peso de madera, base seca, entregó el rendimiento bruto. Enseguida, por medio de una limpieza los rechazos fueron separados de la pulpa celulósica producida. Estos rechazos fueron secados en estufa a 105 ± 3 °C. La relación porcentual entre el peso seco de rechazos y el peso seco de madera entregó el contenido de rechazos. La determinación del rendimiento depurado fue obtenida por la diferencia entre el rendimiento bruto y el contenido de rechazos.

También se ejecutó en las pulpas celulósicas los análisis de número kappa (Tappi 236 cm-85), viscosidad (Scan C 15) y ácidos hexenurónicos (de acuerdo a la metodología propuesta por Chai et al.. (2001)).

Tabla 2

Condiciones

Consistencia, %

Temperatura, ºC

Tiempo (min.)

Presión Inicial, kPa

pH Final

O2, Kg/adt

O3, Kg/adt

H2O

2, Kg/adt

ClO2, Kg/adt

NaOH, Kg/adt

MgSO4, Kg/adt

O

12

105

30

300

11,5

18,0

-

-

-

15,0

2,0

O

12

95

55

400

11,5

10,0

-

-

-

5,0

-

Z

12

60

2

-

5,5

-

4,0

-

-

-

-

D

10

64

50

-

4,2

-

-

-

8,4

-

-

Eop

12

90

30 +25

400

10,6

6,0

-

3,0

-

7,6

-

D

12

84

120

-

5,5

-

-

-

variable

-

-

Etapas del proceso de blanqueo

Las condiciones de la pré-deslignificación con Oxígeno y de las etapas de blanqueo son presentadas en la Tabla 2.

2.3. Blanqueamiento

Condiciones del proceso de blanqueo.

La blancura final deseada de 90,0 ± 0,5 % ISO fue obtenida variando la carga final de dióxido de cloro.

Las etapas de pre-deslignificación, ozono y extracción oxidativa con oxígeno y peróxido fueron efectuados en un reactor / mezclador modelo Mark V (Quantum Technologies Inc.). La pulpa fue depositada en el reactor en la consistencia adecuada y calentada hasta la temperatura deseada. Alcanzada la tempera-tura, y bajo el efecto de agitación constante,

fueron inyectadas las cargas pre-establecidas de los reactivos químicos al sistema. Después de cada etapa la pulpa fue lavada con abundante agua destilada. Los blanqueos fueron efectuados en duplicado.

El blanqueo con dióxido de cloro fue efectuado en sacos de polietileno. El licor de blanqueo conteniendo ClO

2, H

2O, NaOH o H

2SO

4 fue adicionado a la pulpa a temperatura ambiente. El

requerimiento de ácido sulfúrico y/o hidróxido de sodio para control del pH fue determinado en un estudio previo, con mini-muestras de pulpa. Después de una mezcla manual, en bolsas de polie-tileno, el material fue calentado en horno microondas hasta la temperatura deseada y transferido a baño de vapor con control de temperatura, donde se mantuvo por un tiempo pre-establecido. Terminada la reacción, se tomaron muestras del licor residual para análisis de pH y de dióxido de cloro, la pulpa fue lavada con abundante agua destilada. Todas las etapas de blanqueo con dióxido fueron efectuadas en duplicado.

Cuando fue necesario se realizó en las pulpas celulósicas, los análisis del número kappa (TAPPI 236 cm-85), viscosidad (Scan C 15), ácidos hexenuronicos (de acuerdo a metodología propuesta por Chai et al.. (2001), blancura (ISO 3688) y reversión de blancura (TAPPI UM 200).


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2.4. Molienda y Propiedades físico-mecánicas

Las pulpas celulósicas blanqueadas fueron eva-luadas en los siguientes niveles de molienda: 0, 750, 1500 y 2250 revoluciones. La molienda fue ejecutada en molino de tipo PFI.

Para facilitar la comparación fueron desarrolla-das curvas específicas de propiedades relacio-nadas con el grado Schopper-Riegler (°SR). Basado en los datos de la curva de refinado, fueron ajustados modelos matemáticos para estimar las propiedades de la pulpa en función del grado Schopper-Riegler (°SR). Para ajuste del modelo matemático fue utilizado el software Excel, donde se ploteó los datos observados de las propiedades dependientes y los datos ob-servados de Schopper-Riegler (°SR), obtenién-dose un modelo matemático ajustado.

Los análisis experimentales fueron ejecutados de acuerdo a los procedimientos descritos en la tabla 3.

Tabla 3. Test físico - mecánicos realizados en las pulpas celulósicas blanqueadas.

Drenabilidad

Volumen específico aparente

Opacidad

Resistencia al paso del aire

Índice de tracción

Índice de rasgado

Índice de estallidoexplosión

Alargamiento

Índice de retención de agua

Scan C 19

Scan P 7

Scan P 8

Scan P 19

Scan P 38

Scan P 11

Scan P 24

Scan P 38

Tappi un 256

Los análisis de morfología de fibras blanqueadas y no refinadas fueron efectuadas en un analizador tipo FiberLab-kajaani y los siguientes parámetros fueron determinados: largo, ancho y espesor de la fibra; coarseness y número de fibras / gramo de pulpa celulósica.

3. RESULTADOS Y DISCUSIONES

3.1 Densidad básica y pulpaje. En la tabla 4 son presentados los resultados de densidad básica y de pulpaje.

Tabla 4. Valores de densidad básica de las pulpas Kraft de los materiales genéticos.


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La facilidad de determinación y las excelentes relaciones que muestra con sus utilizaciones, hacen que la densidad básica se constituya en un índice universal para evaluar la calidad de la madera. Esto está bastante demostrado, princi-palmente en lo que se refiere a su empleo en el área de celulosa y papel.

En la tabla 4 se observa para los materiales genéticos evaluados un valor medio de la densi-dad básica de 0,512 g/cm³, los valores máximo y mínimo son 0,545 y el 0,479 g/cm³ respectiva-mente, lo que es significativo. Esa amplitud de variación de la densidad básica de la madera puede ser aprovechada en el programa de me-joramiento genético forestal, si se desee au-mentar o reducir el valor de la densidad básica a mediano y largo plazo, es posible por ejemplo

utilizar técnicas de hibridación. Es conveniente resaltar que la densidad básica de la madera es considerada un parámetro importante en el proceso de producción de pulpa celulósica y, por pre-sentar un elevado índice de heredabilidad, esa propiedad es mantenida como referencia en los programas de mejoramiento genético.

En tabla 4 se aprecia que el rendimiento depurado medio fue 51,5%, siendo los valores máximo y mínimo de 53,60 y 49,20%, respectivamente. El álcali efectivo medio fue de 15,0%, con valores máximo y mínimo y de 15,8 y 14,0%, respectivamente. Los resultados de laboratorios de obtenci-ón de pulpa (tabla 4), en términos de rendimiento depurado y carga alcalina necesaria para poder alcanzar el nivel de deslignificación deseado (número kappa entre 17-18), indican para los mate-riales genéticos evaluados una variación significativa. La búsqueda de materiales genéticos más densos y con mayores rendimientos llevará a una reducción en el consumo específico de madera base volumen y base peso.Se observa en el rendimiento depurado que los clones A, E y G presentaron un óptimo desempeño, con valores superiores a 53,0 %. Estos mismos clones presentaron el menor consumo de álcali efectivo aplicado. Se observa en la figura 1 la existencia de una buena correlación entre álcali efectivo y rendimiento depurado, siendo que los mayores valores de álcali efectivo condujeron a menores valores de rendimiento depurado.

Figura 1. Correlación entre álcali efectivo (NaOH) y rendimiento depurado. En el proceso de producción de celulosa uno de los pará-metros de gran importancia es la cantidad de sólidos gen-erados por tonelada de celulosa producida. Éste es deter-minante en la capacidad de producción de una fábrica de celulosa, una vez que la capacidad de quema de sólidos de la caldera es limitada. Por lo tanto, la selección de ma-teriales genéticos, que en el proceso de pulpaje produzcan menor cantidad de sólidos, ya sea por presentar un mayor rendimiento depurado o por necesitar una menor carga al-calina, contribuirá al aumento de la capacidad de produc-ción de la fábrica de celulosa. (Silva Jr et al., 1996).

Para los ácidos hexenurónicos presentes en la pulpa sin blanquear de materiales genéticos se observa en tabla 4 que existe una variación significativa de ellos, con valor medio de 59,1 mmol/kg de pulpa. Sabemos que la pres-encia de los ácidos hexenurônicos en la pulpa para el blanqueo de la celulosa es indeseada, pues aumenta el consumo de productos químicos de blanqueamiento.

Los ácidos hexenurônicos se correlacionan positivamente con el álcali efectivo aplicado. Para las muestras evalua-das se observa que cuando mayor es el álcali efectivo apli-cado mayor será la generación de ácidos hexenurônicos (figura 2).

Figura 2 – Correlación entre álcali efectivo y ácidos hexenurônicos.

Para la viscosidad de la pulpa sin blan-quear se observa que los menores va-lores fueron encontrados para el clón B. De manera general, se puede con-siderar que éstos están dentro de los valores comúnmente encontrados para pulpa sin blanquear. (tabla 4).

Ren

dim

ient

o de

pura

do (%

)Ác

. hex

enur

ónic

os (m

mol

/kg

de p

ulpa

)


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3.2 Pré-Deslignificación con Oxígeno y Blanqueo

En la tabla 5 están presen-tados los resultados medios de la deslignificación con oxígeno y del blanqueo de las pulpas provenientes de las 8 muestras.

En Tabla 5 se observa que la eficiencia de la deslignificaci-ón con oxígeno, medida por la caída del número kappa en esta etapa, fue en promedio de 42,6%, siendo los valores mínimo y máximo de 41,2 y 45,7 %, respectivamente. La blancura media fue de 52,8% ISO, con valores mínimo y máximo de 51,5 y 55,3% ISO. Considerando que fuesen uti-lizadas condiciones constan-

tes en la etapa de deslignificación con oxígeno y, que esas condiciones son típicas de operación industrial para fábricas de pulpa kraft de eucalipto, los resultados obtenidos pueden ser considerados muy satisfactorios. Según Ferreira et al. (2003), la media nacional de reducción del kappa en la deslignificación con oxígeno raramente excede el 40%, para pulpas sin blanquear con números kappa en el rango de 18. Se debe resaltar que la viscosidad media de las muestras fue de 1025 cm³/g, valor que puede ser considerada razonable después de una etapa de pré-O.

Por la figura 3 se nota que el mayor contenido de ácidos hexenurônicos en la pulpa sin blanquear indica una reducción en la eficiencia de la pré-O. Es conocido que no existe reducción de la cantidad de ácidos hexenurônicos después de la realización de la deslignificación con oxígeno. Pulpas que presentan un mismo número kappa, sin embargo cantidades diferentes de ácidos hexenurônicos indican una variación en la cantidad de lignina presente en la pulpa. Cuando se compara para un mismo kappa de entrada en la pré-O, se acredita que la eficiencia de este ensayo será mejor en pulpas con mayor cantidad de lignina fenólica y menor cantidad de ácidos hexenurônicos.

Los niveles de variación de la eficiencia y de ganancia de blancura en la etapa de deslignificación con oxígeno pueden ser considerados significativos, indicando una mejor performance de ciertas maderas en relación con otras (tabla 5). Estos datos pueden ser utilizados en un proceso de mejoramiento genético avanzado, que promueva la selección de árboles cada vez más adecuadas para el proceso de producción de celulosa y papel.

Los resultados medios de blanqueabilidad de la pulpa (unidad de kappa después de pré-O2 por kg Cl

2 activo), así como las características finales

medias de las 8 muestras de pulpa blanqueada la blancura de 90 ± 0,5 % ISO por la secuencia ECF están presentadas en la tabla 5.

Tabla 5. Valores de la Pré-deslignificación con oxígeno y Blanqueo de los materiales evaluados.

Figura 3 – Correlación entre eficiencia de la Pré-O y ácidos hexenurônicos.

Efic

ienc

ia P

ré-O

(%)


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Se verifica la amplitud de variación en la blanqueabilidad de las pulpas crudas, provenientes de las maderas de eucalipto analizadas, siendo la media de 0,225 ud kappa/kg CAT y los valores máximo y mínimo de 0,244 y 0,214, respectivamente, una diferencia de 12,3 % entre esos dos materiales. Se observa una variación de blanqueabilidad entre las variadas pulpas reflejandose en consumos variados de cloro activo total. En literatura son reportados valores entre 0,18 - 0,40 para blanqueabilidad de pulpas de eucalipto.

La viscosidad final varió de 700 a 849 cm³/g, siendo la media de 788 cm³/g. Todos los valores de viscosidad obtenidos fueron satisfactorios para la mayoría de las aplicaciones de pulpa Kraft blanqueada de eucalipto.

En un análisis conjunto de la eficiencia de la pré-deslignificación con oxígeno y de la blanqueabilidad de la pulpa (kg CAT/adt) se verifica que no existe correlación, o sea, pulpas con buen desempeño en la etapa de pré-O no fueron necesariamente las con menores consumos de kgCAT/adt (mejor blanqueabilidad), caso que debe estar relacionado con la lignina formada después del cocimiento y la cantidad de ácidos hexenurônicos presentes en la pulpa celulósica.

3.3 Molienda y Propiedades físico-mecánicas

En las tablas 6 y 7 son presentados los valores de las propiedades físico-mecánicas estimadas para 34 °SR (papeles de Imprimir y de Escribir) y 22 °SR (papeles “tissue”).

Tabla 6. Valores de las Propiedades físico-mecánicas de los materiales evaluados para 34 °SR

De manera general para las propiedades estu-diadas se observa una variación significativa de ellas entre los clones, cuando se compara para 34 °SR. Los índices de rasgado y tracción, en conjunto con el índice de retención de agua es-tán entre las propiedades más importantes de la pulpa celulósica cuando se desean producir papeles de imprimir y escribir. Se verifica en la tabla 6 la amplitud de variación en el índice de

tracción de las pulpas blanqueadas para 34 °SR, siendo la media de 69,1 Nxm/g y los valores

mínimo y máximo de 66,2 y 78,0, respectivamente. Para el índice de rasgado se observa el valor medio de 9,4 mNxm²/g. Con relación al IRA, su importancia viene del caso de que maderas con valores elevados de índice de retención de agua pueden causar problemas en el funcionamiento de las máquinas, pues dificultan el drenado del agua durante la formación de la hoja de papel. En la tabla 6 es posible observar la amplitud de variación en el índice de retención de agua de las pulpas blanqueadas. La media de 212,5 % y los valores mínimo y máximo de 206,0 y 218,0 %, respectivamente.


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En la figura 4 se observa para los materiales evaluados que existe una correlación negativa entre la densidad básica de la madera y el ín-dice de retención de agua, indicando que fibras con paredes más espesas asociadas a made-ras más densas facilitan el drenado de agua durante la fabricación del papel y dan origen a hojas más voluminosas y porosas.

En la figura 5 es posible observar la correlación existente entre el álcali efectivo y el índice de rasgado. En la medida que se aumenta la dosificación de álcali, se verifica una reducción en el rasgado de las muestras analizadas. Este hecho era esperado, en función de que la mayor dosificación de álcali causa una reducción en la resistencia de la fibra.

Figura 4. Correlación entre densidad básica e índice de retención de agua para 34°SR.

Figura 5. Correlación entre álcali efectivo e índice de rasgado.

Es conocido el hecho de que maderas con den-sidad básica alta requieren mayor energía de refinado, esto es indirectamente demostrado por un mayor número de revoluciones PFI, figura 6.

Figura 6. Correlación entre densidad básica y número de revoluciones en molino tipo PFI.

IRA

(%)

Indi

ce d

e ra

sgad

oR

evol

ucio

nes

PFI


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Tabla 7. Valores de las Propiedades físico-mecánicas de los materiales evaluados para 22 °SR.Para producción de pa-peles absorbentes, se destacan algunas car-acterísticas, como bulk, resistencia al rasgado y tracción. Con relación al bulk, tenemos como valor medio 1,91 cm3/g, con valores variando de 1,86 a 1,98 cm3/g. Un material genético con mayor bulk sería más indicado para la producción de papeles tissue porque esa carac-terística funciona como un indicativo indirecto de sua-vidad y absorción. Las re-sistencias al rasgado y a la tracción en este caso, fun-cionan como indicadores de utilización de máquinas de papel, pues mientras estas fuesen mayores, mayor sería la velocidad de trabajo. Para índice de rasgado tenemos valores variando entre 4,9 a 6,7 mNxm2/g y para índices de tracción entre 33,1 a 42,8 Nxm/g.

Para la pulpa no refinada los resultados muestran la existencia de correlación positiva entre la densidad básica y el volumen específico del papel para madera de los materiales genéticos evaluados (figura 7). Por lo tanto, utilizando el parámetro de densidad básica de la madera es posible estimar el volumen específico del papel a ser fabricado con determinada pulpa. El aumento de la densidad básica de la madera, muy probablemente dará origen a hojas más voluminosas y porosas. Assis (1996) describe que la pulpa celulósica producida con madera de menor densidad presenta fibras con menor espesor de pared, es este tipo de fibra la más adecuada para la producción de papeles utilizados para la impresión y la escritura. Sin embargo la pulpa celulósica obtenida de maderas más densas es más adecuada para atender a las fabricantes de papeles absorbentes.

Figura 7. Correlación entre densidad básica de la madera y bulk (pulpa sin refinar)

Volu

men

Esp

ecífi

co A

pare

nte

(cm

3/g)


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3.4 Características morfológicas – vía analizador kajaani

En la tabla 8 son presentadas las características morfológicas de las muestras analizadas en este estudio.

Tabla 8. Características morfológicas por el analizador kajaani.

Foelkel (1998) comenta las características de la madera de eucalipto requeridas por la pulpa celulósica destinada a la fabricación de papeles para imprimir y escribir y para fines sanitarios. El autor cita los trabajos de Ratnieks & Foelkel (1996) y refuerza que los papeles sanitarios requieren fibras más rígidas, poco flexibles, con baja habilidad de liga, bajo poder de colapsamiento, - propiedades asociadas a fibras con mayor espesor de pared y maderas de mayor densidad básica.

Los resultados de la tabla 8 indican un rango de variación significativa entre los materiales genéticos evaluados para los parámetros de largo, ancho y espesor de la pared celular, coarseness y n°de fibras/g de celulosa. Por ejemplo se observa para largo medio un valor de 0,78 mm, con valor mínimo y máximo de 0,72 mm y 0,86 mm, respectivamente. Para el

n° de fibras/g de celulosa se verifica un valor medio de 23,6, presentando un mínimo y un máximo de 20,94 y 28,07, respectivamente.El espesor de pared de la fibra es un importante parámetro de dimensión. Cuando se somete fibras más espesas a un mismo nivel de refinación presentan mayor resistencia a la acción de fuerzas de consolidación durante la formación de la hoja de papel, resultando en papel con menor resistencia, estructura más abierta, mayor volumen específico (“bulk”) y porosidad. Maderas más densas presentan también fibras menos flexibles, en consecuencia de la mayor espesura de la pared, lo que disminuye el poder de ligación entre las fibras.

Por las figuras 8 y 9 se nota que el largo medio ponderado se correlaciona positivamente con los valores de ancho y espesor de la pared celular.

Figura 8. Correlación entre largo y ancho de la pared celular de la fibra.

Anch

o (u

m)

Longitud (mm)


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Figura 9. Correlación entre largo y espesor de la pared celular de la fibra.

El coarseness de fibras es un parámetro inversamente proporcional al número de fibras por gramo de pulpa (Almeida, 2003). Tal caso es comprobado por los resultados de los materiales genéticos estudiados, conforme la figura 10.

Figura 10. Correlación entre coarse-ness y n°de fibras/gramo de celulosa

De acuerdo a la figura 11 se verifica que pulpas con mayor número de fibras por gramo presen-tan también mayor área de exposición de las fibras y más interfaces fibra-aire, aumentando con esto la opacidad del papel para °SR 34.

Figura 11. n° de fibras/g de celulosa x opa-cidad.

Núm

ero

de F

ibra

s x

106 /g

de

pulp

aO

paci

dad

(%)

Espe

sor (

um)

Longitud (mm)


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El número de fibras por gramo, ade-más de influir de forma directa en la formación del papel, tiene importan-cia significativa en la respuesta de la pulpa al tratamiento de refinación y también influye la conformación de las fibras en la hoja de papel. La densidad aparente, los índices de tracción y detonación y la porosi-dad de la hoja de papel son propie-dades que dependen fuertemente del grado de ínter ligación (puntos de contacto) de las fibras, mostran-do una correlación muy fuerte con la flexibilidad de las fibras y también con el número de fibras por gramo de la pulpa.

3.5 Sistema de ranqueo de los materiales genéticos

Con base en las informaciones de caracterización morfológica y propiedades físico-mecánicas, fueron reali-zadas dos comparaciones entre los materiales genéticos:

Con relación a la calidad de la pulpa para imprimir y escribir, Con relación a la calidad de la pulpa para “tissue”.

Por lo tanto, fueron considerados pesos (1 a 3) para clase de importancia de cada propiedad en relación con la calidad del papel en cuestión. Sin embargo para las propiedades físico - mecánicas, fueron considerados pesos (0 a 1) para la grandeza de los valores obtenidos a 34 °SR (imprimir y escribir) y 22 °SR (tissue) para cada material genético. Con relación a las características morfológicas se consideró el resultado de la pulpa sin molienda. Para valores bajos, fue considerada clase “0”, para valores medios fue considerada clase “0,5” y para valores elevados, fue considerada clase “1”. Estas relaciones generaron un número adimensional, siendo que en cuanto mayor fuese este número, mejor el material genético con relación a la cualidad del papel para imprimir y escribir o tissue. El sistema utilizado está resumido en anexo.

Figura 12. RanKing para imprimir y escribir.

Por el sistema de clasificación adoptado se considera que en cuanto mayor es el valor presentado por el clón, mejor será él para la producción de papel para imprimir y escribir. Por la figura 12 se observa que el clón G presentó la mejor puntuación y, por lo tanto la mejor pulpa para producción de papel para imprimir y escribir.

Además del clón G, se destacaron los clones H, C y B.

3.5.1 Pulpa celulósica para imprimir y escribir

Los resultados mostraron que existe variación en las propie-dades físico - mecánicas de la pulpa celulósica producida de los clones de eucalipto analizados. En la figura 12 se observa la clasificación de cada material genético. Es válido resaltar que materiales evaluados en más de un “site” están presen-tados con valores medios y no por “site”.

3.5.2 Pulpa celulósica para “tissue”

El resultado mostró que existe variación en las propiedades físico - mecánicas de la pulpa celulósica producida de los clones de eu-calipto analizados. En la figura 13 se observa la clasificación de cada material genético.

Figura 13. Ranking para “tissue”.

Por el sistema de clasificación adoptado se considera que en cuanto mayor sea el valor presentado por el clón, mejor será éste para la producción de papel para imprimir y escribir. De la figura 13 se observa que el material genético E presentó la mejor pun-tuación y, por lo tanto la mejor pulpa para producción de papel tissue.


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3.6 Valor económico de clones

Recientemente fue desarrollada una herramienta que nos permite clasificar diferentes materiales genéticos, con relación a su eficiencia en la conversión madera - celulosa.

Basados en informaciones de productividad forestal (m3/ha), densidad básica (g/cm3) y rendimiento en pulpaje (%), los clones pueden ser clasificados por un índice económico, cuya unidad es expresada en R$ / tonelada de celulosa. Este índice tiene el objetivo de informar la potencialidad de los diferentes materiales genéticos para producción de celulosa, de esta

manera, indicando cual clón sería más eficiente en la conversión madera – celulosa, pensando en productividad (toneladas de celulosa/ha).

Al analizar separadamente las diferentes variables, se nota que:

Con el aumento de la productividad forestal de 1m3/ha/año, se tiene un potencial de ganancia de R$ 2,26/tonelada de celulosa.

Con un incremento de 0,10 g/cm3 en la densidad básica de la madera, se tiene un potencial de ganancia de R$ 25,18/tonelada de celulosa.

Con el incremento de 1% en el rendimiento depurado de la madera, se tiene un potencial de ganancia de R$ 24,68/tonelada de celulosa.

A

B

C

D

E

F

G

H

ClonesVolumen

(m3/ha/año)Densidad

Básica (g/cm3)RendimientoDepurado (%)

Potencial de ganancia -R$ /tonelada de celulose

38,8

40,4

40,1

35

38,7

38

40

35

0,496

0,487

0,529

0,538

0,518

0,545

0,480

0,519

0,479

51,05

53,60

51,05

50,85

50,30

53,10

50,90

53,00

49,20

37,8

41,18

86,93

103,96

30,58

173,19

-43,03

108,48

-93,02

Por medio del uso de esta herramienta, es posible identificar en R$ / tonelada de celulosa, cuál es la característica con mayor potencial de ganancia y entonces concentrar esfuerzos en la selección de materiales con tal característica, sin dejar de ejecutar siempre un análisis holístico de los números individualmente.En la tabla de abajo es posible visualizar resultados medios de volumen, densidad básica y rendimiento depurado, para los clones plantados actualmente en la Unidad LA. A través de la comparación de los materiales genéticos con valores medios obtenidos de muestras de madera colectadas durante el año 2004, en una fábrica de celulosa y papel, fue calculado el “valor económico” para cada clón.

Tabla 9. Resultados medios de incremento medio anual, densidad básica y rendimiento depurado de los materiales genéticos evaluados.

Se observa que los clones E, G, C y B son los clones más eficientes en la conversión madera – celulosa.Para una empresa productora de celulosa, el ideal es que los clones plantados comercialmente sean siempre superiores a la madera que abastezca a la fábrica (padrón). De este modo es posible obtener una mejoría continua de la materia prima.

Se destacaran, además, los materiales genéticos F, A y D, pues presentaron puntuaciones elevadas.Se puede deducir con base en este estudio que, no es suficiente evaluar un material genético solo con los datos obtenidos de densidad básica, com-posición química y pulpaje. Se hace necesario evaluar también las propiedades físico - mecánicas y morfológicas de él.


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4. CONCLUSIONES. Con base en todos los datos analizados en este trabajo, podemos concluir que:

El proceso de selección de material genético con el objetivo de fabricar celulosa blanqueada de eucalipto debe considerar: rendimiento en ce-lulosa, densidad básica de la madera, propiedades físico - mecánicas y morfológicas de la pulpa blanqueada, blanqueabilidad y el valor econó-mico de los clones. El resultado del análisis en conjunto de estos parámetros nos permite una mayor afirmación en programas de mejoramiento genético.Los clones E, G, C y B son los clones más eficientes en la conversión madera – celulosa, o sea, tiene mayor valor económico. Para la producción de pulpa celulósica para papeles “tissue” el ranking (del más indicado hasta el menos indicado) fue el siguiente: E, F, A, D, G, B, C, H. El raking de los materiales fue realizado con base en las características morfológicas (pulpa no refinada), en el °SR inicial de la pulpa blanqueada y en las propiedades físico - mecánicas a 22 °SR. Para producción de pulpa celulósica para papeles de “imprimir y escribir” el raking (desde el más indicado para el menos indicado) fue el siguien-te: G, H, C, B, E, D, A, F. El ranking de los materiales fue realizado con base en las características morfológicas (pulpa no refinada), en el °SR inicial de la pulpa blanqueada y en las propiedades físico - mecánicas a 34 °SR.La herramienta de cálculo del valor económico de clones y la metodología de clasificación de los materiales para segmentos específicos (I&E y Tissue) se mostraron viables y deben ser usadas.La selección de materiales genéticos más densos (dentro de cierto límites) y con mayores rendimientos llevarán a una reducción en el consumo específico de madera base volumen.Los clones con desempeños superiores en rendimiento depurado en el pulpaje, no presentaron necesariamente las mejores propiedades físico - mecánicas para papel de imprimir y escribir o “tissue”.En un análisis en conjunto de la eficiencia de la pré-deslignificación con el oxígeno y de la blanqueabilidad de la pulpa (kg CAT/adt) se verifica que no existe correlación, o sea, pulpas con buen desempeño en la etapa de pré-O no fueron necesariamente las que tuvieron menores consu-mos de kg CAT/adt (mejor blanqueabilidad).

5. REFERENCIAS

ASSIS, T.F. Mejoramiento genético del eucalipto. Revista Informaciones Agropecuárias, v.8, n.185, p.40-51, 1996.

CARPIM, M.A.; BARRICHELO, L.E.G.; CLAUDIO-DA-SILVA JR, E.; VASCONCELOS DIAS, R. L. La influencia del Número de Fibras por Gramo en las Propiedades Ópticas del Papel. In: CONGRESO ANUAL DE LA ABCP – Semana del Papel, 20, São Paulo, 1987. Anais. São Paulo: s. ed., 1987. p.183-205.

CHAI, X. S.; ZHU, J. Y. & LI, J. A simple and rapid method to determine hexenuronic acid groups in chemical pulp. Journal of Pulp and Paper Science 27(5):165-169. Atlanta. 2001.FOELKEL, C.E.B. Eucalypt Wood and Pulp Quality Requirements Oriented to the Manufacture of Tissue and Printing & Writing Papers. In: APPITA ANNUAL GENERAL CONFERENCE, 52, Brisbane, 1998. Brisbane: s. ed., v.1, 1998. p.149-154.

RATNIEKS, E.; FOELKEL, C.E.B. Una Discusión Teórico-Práctica sobre Pulpas de Eucalipto para la Fabricación de Papel “Tissue”. In: CONGRESO ANUAL DE LA ABTCP, 29, São Paulo, 1996. Anais. São Paulo: s. ed., 1986. p.717-734.

SANTOS, C.R. Calidad de la madera y su influencia en las características de papeles de imprimir & escribir y tissue. Viçosa, 2002. 45p. Monografía Curso de Pós Graduación Lato Sensu en Tecnología de Celulosa y Papel – Universidad Federal de Viçosa.

SILVA JÚNIOR, F.G.; MUNER, J.C.G.; VALLE, C.F. Programa de calidad de la Madera de la Votorantn Celulosa y Papel. In: CONGRESO ANUAL DE CELULOSA Y PAPEL DE LA ABTCP, 28., São Paulo, 1995. Anais. São Paulo: ABTCP, 1995. p.515-529.

SMOOK, G.A., Handbook for pulp & paper technologists 2.ed. Vancouver: Angus Wilde, 1997. 419p.WATSON, A.J.; DADSWELL, H.E. Influence of Fibre Morphology on Paper Properties. Part 1. Fibre Length. Appita, v.14, n.5, p.168-178, Mar. 1961.


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6. ANEXOS

A

B

C

D

E

F

G

H

Peso para cada propriedade

Rasgo(mNxm_/g)

3

10,2

9,1

8,9

9,1

9,6

9,0

10,5

8,6

Tração(Nxm/g)

3

70,9

67,0

69,2

66,2

67,8

67,1

78,0

66,2

Opacidade(%)

3

72,0

72,8

73,3

72,6

71,5

72,3

70,8

74,1

Res. Pas Ar(s/100ml)

3

4,8

3,6

4,7

4,5

3,9

5,6

4,6

3,8

Bulk(cm_/g)

3

1,60

1,57

1,46

1,54

1,52

1,56

1,41

1,59

Estouro(kPaxm_/g)

1

4,6

3,8

4,6

4,5

4,2

4,6

5,4

4,6

Alongamiento(%)

2

4,4

4,2

4,6

4,5

4,3

4,2

5,0

4,0

I.R.A.(%)

3

218,0

206,0

210,4

210,6

206,8

216,6

214,6

217,3

RevoluçõesPFI

2

1583

1736

1550

1668

1860

1431

1793

1184

Comprimento(mm)

3

0,80

0,72

0,73

0,78

0,80

0,86

0,83

0,73

Largura(u m)

1

16,50

16,07

16,09

16,20

16,50

17,05

16,73

15,95

Espessura(u m)

3

3,17

2,82

3,00

3,02

3,14

3,36

3,12

2,76

Coarseness(mg/100m)

3

7,10

6,38

6,29

6,69

6,85

6,37

5,98

5,65

n0 defibras/grama

3

20,94

25,16

25,54

22,81

21,16

21,74

23,76

28,07

Finos(%)

1

6,58

6,09

6,40

5,92

4,82

6,24

6,57

6,95

Pontução de cada material genético nas diferentes propriedades

1,0

0,5

0,5

0,5

1,0

0,5

1,0

0,0

0,5

0,0

0,5

0,5

0,5

0,0

1,0

0,0

0,5

0,5

1,0

0,5

0,0

0,5

0,0

1,0

0,5

1,0

0,5

0,5

1,0

0,0

0,5

1,0

1,0

1,0

0,5

1,0

0,5

1,0

0,0

1,0

0,5

0,0

0,5

0,5

0,5

0,5

1,0

0,5

0,5

0,0

1,0

0,5

0,0

0,0

1,0

0,0

0,0

1,0

0,5

0,5

1,0

0,0

0,0

0,0

0,5

0,0

0,5

0,5

0,0

0,5

0,0

1,0

0,5

0,0

0,0

0,5

1,0

1,0

1,0

0,0

0,5

0,0

0,0

0,5

0,5

1,0

1,0

0,0

0,0

1,0

0,5

0,5

0,5

0,0

0,5

1,0

0,0

0,5

0,5

0,0

0,0

0,5

1,0

1,0

0,0

1,0

0,5

0,0

0,0

0,0

0,5

1,0

1,0

0,5

1,0

0,5

0,0

0,5

1,0

1,0

A

B

C

D

E

F

G

H

16,0

20,0

19,5

17,0

17,5

13,5

21,5

21,5

Pontuação

Influência negativa da propriedade na qualidade do papel

Influência positiva da propriedade na qualidade do papel

Tabla 2. Sistema de comparación de material genético basado en las propiedades de la pulpa refinada a 34°SR y morfología – Papeles de imprimir y Escribir.

A

B

C

D

E

F

G

H

Peso para cada

propriedade

A

B

C

D

E

F

G

H

Rasgo(mNxm_/g)

3

6,1

5,2

5,5

5,8

5,9

4,9

6,7

5,6

Tração(Nxm/g)

3

35,8

34,8

39,5

36,6

38,2

33,1

42,8

39,6

Opacidade(%)

1

72,0

76,1

76,2

75,9

74,3

76,9

73,6

77,2

Res. Pas Ar(s/100ml)

2

0,51

0,55

0,76

0,70

0,77

0,65

0,50

0,61

Bulk(cm_/g)

3

1,89

1,98

1,89

1,91

1,96

1,89

1,87

1,86

Estouro(kPaxm_/g)

1

2,2

1,7

2,3

2,1

2,0

1,5

2,5

2,3

Alongamiento(%)

2

2,9

2,6

3,0

3,0

2,6

2,6

3,2

3,0

I.R.A.(%)

1

183,8

172,3

187,7

175,1

170,9

165,0

167,5

191,4

RevoluçõesPFI

3

407

429

394

421

498

144

432

290

Comprimento(mm)

3

0,80

0,72

0,73

0,78

0,80

0,86

0,83

0,73

Largura(u m)

1

16,50

16,07

16,09

16,20

16,50

17,05

16,73

15,95

Espessura(u m)

3

3,17

2,82

3,00

3,02

3,14

3,36

3,12

2,76

Coarseness(mg/100m)

3

7,10

6,38

6,29

6,69

6,85

6,37

5,98

5,65

n0 defibras/grama

3

20,94

25,16

25,54

22,81

21,16

21,74

23,76

28,07

Finos(%)

3

6,58

6,09

6,40

5,92

4,82

6,24

6,57

6,95

0,5

0,0

0,5

0,5

0,5

0,0

1,0

0,5

0,5

1,0

0,5

0,5

0,5

1,0

0,0

0,5

0,5

1,0

1,0

0,5

0,0

1,0

0,0

1,0

1,0

1,0

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0,0

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1,0

1,0

0,5

0,5

1,0

0,0

0,5

1,0

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0,0

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1,0

0,5

0,5

0,0

1,0

1,0

0,5

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0,5

0,5

0,0

0,0

1,0

0,5

0,0

1,0

0,0

0,5

1,0

1,0

1,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

1,0

0,0

0,5

0,5

0,0

0,0

0,5

0,5

1,0

1,0

0,0

0,5

0,0

0,0

0,0

0,5

1,0

1,0

0,0

1,0

0,0

0,5

0,5

0,5

1,0

0,5

0,0

1,0

0,5

0,5

1,0

1,0

0,5

0,0

0,0

1,0

0,5

0,5

1,0

1,0

1,0

0,5

0,0

0,0

0,5

0,0

0,5

1,0

0,0

0,0

0,0

21,00

16,00

13,50

20,50

24,00

21,50

17,50

11,50

Pontuação

Influência negativa da propriedade na qualidade do papel

Influência positiva da propriedade na qualidade do papel

0SRinicial

3

19,0

19,3

18,8

18,5

18,8

20,5

19,5

18,0

0,5

0,5

1,0

1,0

1,0

0,0

0,5

1,0

Pontução de cada material genético nas diferentes propriedades

Tabla 3. Sistema de comparación de material genético basado en las propiedades de la pulpa refinada a 22°SR y morfología – Paples “Tissue”.

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