SANATIEL DE JESUS PEREIRA AVALIAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DA POLPA CELULÓSICA DE Mauritia vinifera Martius e Bactrís inundata Marti us (PALMAE) PELO PROCESSO KRAFT Tese apresentada ao Curso de Pós-Graduação em Engenharia Florestal, Setor de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Paraná, como requisito parcial à obtenção do grau de Doutor em Ciências Florestais. Orientador: Profa. Dra. Graciela Inés Bolzon de Muñiz CURITIBA 2001 Universidade Federal do Paraná Setor de Ciências Agrárias - Centro de Ciências Florestais e da Madeira Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal Av. Lothário Meissner, 3400 - Jardim Botánico - CAMPUS II! 80210-170 - CURITIBA - Paraná UFPR Tel. (41) 360.4212 - Fax (41) 360.4211 - http://www.floresta.ufpr.br/pos^raduacao e-mail: [email protected] PARECER Defesa n° 441 A banca examinadora, instituída pelo colegiado do Curso de Pós-Graduação em Engenharia Florestal, do Setor de Ciências Agrárias, da Universidade Federal do Paraná, após argüir o doutorando SANATIEL DE JESUS PEREIRA em relação ao seu trabalho de tese intitulado "AVALIAÇÃO DAS CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DA POLPA CELULÓSICA DE Mauritia vinifera Martius e Bactris inundata Martius (PALMAE) PELO PROCESSO KRAFT, é de parecer favorável à APROVAÇÃO do acadêmico, habilitando-o ao título de Doutorem Ciências Florestais, na área de concentração enyFecnologia e Utilização de Produtos Florestais. Di3. Qnnzleü i mes Bolzon de Muñiz Professora e pesquisadora do Departamento de Engenharia e Tecnologia Florestal da UFPR Orientadora e prudente da banca examinadora Dr. Alcides ¡lopes' Professor e pesquisador da Universidade Estadual de São Paulo-Botucatú Primeiroyékaminador Dr.yçspMangolini Neves Do Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo (IPT) Segundo examinador Dr. Moacir Kaminski Professor e Pesquisador do Departamento de Engenharia Química da UFPR Terceiro examinador. Professor e Pesquisador da Pontifícia Universidade Católica do PR Quarto examinador Curitiba, 28 de junho de 2001. Nivaldo Eduarflo Rizzi Coordenador do Curso de Pós-Graduação em Engenharia Florestal Franklin Galvão Vice-coordenador DEDICATÓRIA Dedico este trabalho a minha esposa Maria do Socorro (Mana) e aos nossos filhos Michelle (M/c), Maclaurin (Mac) e Lucas Mateus (Leãozinho) pelos momentos de ausência, devido ao excesso de dedicação ao trabalho. AGRADECIMENTOS Ao Pai amado que me sustentou e consentiu a realização deste trabalho; À Universidade Federal do Maranhão - UFMA, na pessoa do Magnífico Reitor Prof. Dr. Othon Bastos pela oportunidade dada para realização do Doutorado; Ao Prof. Paulo Sérgio Lago de Carvalho, Chefe do Departamento de Desenho e Tecnologia - DE.DET da UFMA, pela ajuda e compreensão constante na realização deste trabalho; À Comissão de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES pela bolsa de estudos dada para a realização deste trabalho; Ao Curso de Pós-Graduação em Engenharia Florestal da UFPR, na pessoa do seu Coordenador Prof. Dr. Nivaldo Eduardo Rizzi, pela oportunidade que me foi oferecida para a realização deste curso de Pós-Graduação; À Prof. Dr3. Graciela Inés Bolzon de Muñiz pela orientação e amizade constante; Ao Prof. Msc. Gregorio Ceccantini, doutorando em Biologia na USP, pela ajuda na realização das lâminas foliares e das microfotografias no Laboratorio de Botânica na UFPR. Ao Prof. Dr. Moacyr Kaminski pelo chute inicial, seu entusiasmo, tão necessário para a realização deste trabalho. À Prof. Dr3. Berta Morretes pela iniciação na anatomia vegetal; À Prof. Dr3 Terezinha Rego, pelo incentivo e entusiasmo constante; Ao Prof. Dr. Antonio Benedito de Oliveira, padrinho intelectual e amigo, pela presença constante na minha vida acadêmica, me incentivando e dando o apoio necessário para que este trabalho fosse concluído; Ao Prof. MS. José de Ribamar Gonçalves pela ajuda na determinação das pentosanas no Laboratório de Controle de Qualidade da Faculdade de Farmácia da UFMA; Às Mestrandas do Curso de Farmácia da UFMA Crisálida Machado , Danielle Rodrigues Simas e Elizabeth R. Borges, pela ajuda nos trabalhos de laboratório para determinação das pentosanas; iii À Prof. Dr3. Tomoe Nakashima, Coordenadora do Curso de Farmácia da UFPR, pela ajuda na confecção das vidrarias e da aquisição do orcinol para realização dos ensaios de pentosanas; Ao Prof. Dr. Umberto Klock, pelos primeiros passos na tecnologia de produção de papel, ensinamentos fundamentais para que este trabalho se realizasse; Ao Prof. Dr. Jorge Luís Monteiro de Matos, por ter nos cedido o espaço físico da câmara para o condicionamento e realização dos ensaios físicos-mecánicos do papel; À acadêmica de Biologia Daniele Ferreira, pela ajuda na execução das lâminas foliares; À doutoranda em Engenharia Florestal Silvana Nisgoski, amiga que me abriu os olhos para a anatomia da madeira e me ensinou a dar os primeiros passos na arte da microtécnica; Ao doutorando em Engenharia Florestal Fernando José Fabrowski, amigo constante de todas as horas, pela ajuda nos primeiros passos da tecnologia de papel; pelo compartilhamento no caminhar da senda acadêmica. Aos Profs. Dr. José Lívio Gomide e Dr. Benedito Vital, pela acolhida em nossa visita ao Laboratório de Polpa e Papel da Universidade Federal de Viçosa - UFV e pelas sugestões apresentadas; À Solange Cristina do Nascimento, Enga Química do Sindicato de Papel e Celulose do Paraná - SINPACEL, pela ajuda dada em todas as vezes em que foi solicitada; Ao Prof. Dr. Edimar Pereira Bastos, Chefe do Departamento de Química da UFMA, pelo empréstimo das vidrarias e manta para a execução dos experimentos com pentosanas; À Dionéia Calixto de Souza, Química do Laboratório de Polpa e Papel da UFPR, pela ajuda imprescindível na realização dos ensaios de química da madeira; Ao Prof. Dr. Adilson dos Anjos, Chefe do Laboratório de Estatística da UFPR, pela ajuda no tratamento estatístico dos dados utilizando a teoria de superfície de resposta; iv Ao acadêmico de Estatística, Fernando Otávio Barbosa, pela ajuda na execução dos trabalhos dos tratamentos dos dados pela teoria de superfíde de resposta; À Ana Paula Marcondes, do Centro de Informação Tecnológica - CITEC da Associação Brasileira Técnica de Celulose e Papel - ABTCP, pela ajuda constante na aquisição de dados da literatura especializada e a Patrícia Féra, assistente de Normalização, pelo fornecimento de Normas e outras informações técnicas; Ao Maurício Pereira Cantão e Paulo Henrique Brixel, responsável e técnico, respectivamente, do Laboratório de Microscopía Eletrônica de Varredura - MEV do Instituto de Tecnologia e Desenvolvimento (LATEC) da COPEL/UFPR, pela ajuda na obtenção das imagens em MEV; Ao Agrônomo José Guilherme Diniz Dias, gerente da Fazenda Vila Regina, em Barreirinhas (MA), pela ajuda no fornecimento e coleta das matérias-primas deste trabalho; À D. Maria Sarmento, José de Ribamar Rodrigues, Antônio Rodrigues, Edilvaldo Rodrigues, Ana Rosa Pereira de Sousa, Luismaria Pereira Rocha, Silvana Silva Carvalho, Maria da Conceição Pereira do Nascimento e Antônio Rocha, pela ajuda na coleta e prepara das amostras colhidas em Barreirinhas (MA); Ao amigo de caminhada e de campo, Fernando Antônio Ferreira, pela ajuda na coleta, embalagem e transporte das matérias-primas até Curitiba; Aos meus Amigos que de forma velada ou explícita, contribuíram, torceram e me acompanharam em todo o transcorrer deste trabalho. EPÍGRAFE O que viemos fazer aqui? Viemos aprender a amar. Lucas Mateus (5 anos) A Vida É como uma conta de multiplicar de diversas parcelas, Se errarmos em uma parcela Nunca o resultado final vai dar certo.... Mac (7 anos) vi SUMÁRIO LISTA DE ILUSTRAÇÕES LISTA DE ABREVIATURAS LISTA DE SIGLAS RESUMO ABSTRACT 1. INTRODUÇÃO 01 2. REVISÃO DE LITERATURA 07 2.1. PRODUÇÃO DE CELULOSE NÃO-MADEIRA 07 2.2. A FAMÍLIA PALMAE 23 2.2.1. Caracteres Gerais 25 2.2.2. Distribuição Geográfica ...26 2.2.3. Classificação 34 2.3. Mauritia vinifera Martius 35 2.3.1. Classificação 35 2.3.2. Características 36 2.3.3. Ocorrência e Habitat 36 2.3.4. Utilidade 37 2.4. Bactris inundata Martius 37 2.4.1. Classificação 37 2.4.2. Características 38 2.4.3. Ocorrência e Habitat 38 2.4.4. Utilidade 38 2.5. PROCESSO QUÍMICO DE POLPAÇÃO 39 2.5.1. Processos Alcalinos para a Produção de Celulose 39 2.5.2. O Processo Kraft 40 2.5.3. Variáveis do Processo 41 2.5.3.1. Variáveis Relacionadas à Matéria-prima 42 2.5.3.1.1. Espécie e Qualidade da Matéria-prima 42 2.5.3.1.2. Fatores de Crescimento 44 2.5.3.1.3. Dimensões do Cavaco 45 2.5.3.2. Variáveis Relacionadas ao Cozimento 47 vii 2.5.3.2.1. Teor de Álcali Ativo 47 2.5.3.2.2. Relação Licor-madeira 49 2.5.3.2.3. Tempo e Temperatura 50 3. MATERIAL E MÉTODOS 52 3.1. MATERIAIS 52 3.2. MÉTODOS 57 3.2.1. Caracterização Física 57 3.2.2. Características Morfológicas 57 3.2.3. Caracterização Química 61 3.2.4. Produção de Celulose 63 3.2.4.1. Processo de Cozimento 63 3.2.4.2. Condições de Cozimento 63 3.2.4.3. Cozimento 64 3.2.4.4. Rendimento em Celulose 65 3.2.4.5. Determinação do Número Kappa 65 3.2.5. Confecção da Folha do Papel 65 3.2.5.1. Refinação 65 3.2.5.2. Formação da Folha para Testes 66 3.2.5.3. Acondicionamento das Folhas 66 3.2.6. Ensaios Físico-mecânicos 67 3.2.7. Modelo de Superfície de Resposta 72 3.2.7.1. Delineamento Central Composto 73 3.2.7.2. Matriz do Delineamento 74 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES 76 4.1. DENSIDADE BÁSICA 76 4.2. CARACTERIZAÇÃO MORFOLÓGICA 77 4.3. CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA 86 4.4. PRODUÇÃO DE CELULOSE 95 4.4.1. Condições de Cozimento 95 4.4.2. Rendimentos em Celulose 95 4.4.3. Tempo de Refino 97 4.4.4. Características da Celulose 101 4.4.4.1. índice de Tração 101 viii 4.4.4.2. índice de Rasgo 103 4.4.4.3.