Éter de celulose é um nome geral para vários derivados obtidos por meio da eterificação da celulose natural. Como matéria-prima primária, a fonte, o tipo, o método de tratamento e o processo da celulose têm um impacto decisivo na síntese e na aplicação do éter de celulose.
1. Fontes e tipos de celulose
Já em 1838, o botânico francês Anselme Payen tratou a madeira alternadamente com soluções de ácido nítrico e hidróxido de sódio e isolou uma substância branca com uma estrutura uniforme. Ele a chamou de celulose pela primeira vez, o que significa a substância obtida após a ruptura da célula. A forma polimérica da celulose não foi identificada até 1932 por Staudinger.
Como o recurso orgânico natural renovável mais abundante, a celulose é proveniente de plantas e animais verdes terrestres e do fundo do mar. De acordo com a fonte, a celulose vegetal é dividida em algodão, madeira, cânhamo e vários tipos de palha. Ela é o principal componente das paredes celulares das fibras vegetais; algumas são celulose animal de bactérias animais, organismos do fundo do mar e vários animais. Devido às diferenças climáticas e regionais, os tipos de fibras de madeira de cada país também são diferentes para a produção industrial de éter de celulose. As principais fibras de madeira natural do mundo são provenientes de várias madeiras macias e duras. Além das florestas naturais, há também algumas espécies de madeira macia e dura cultivadas. Várias outras matérias-primas que não são fibras de madeira, principalmente plantas gramíneas, como cereais (arroz, trigo), palha, bagaço de cana-de-açúcar e bambu, também são fontes importantes de fibra, mas ainda não foram totalmente utilizadas.
Os principais métodos de produção de polpa de celulose a partir da madeira incluem os processos de bissulfito, sulfito de sódio e pré-hidrólise Kraft. O objetivo é primeiro dissolver a hemicelulose e uma grande quantidade de lignina residual, depois branquear e remover o resíduo e, por fim, obter uma polpa pura com alto teor de alfa-celulose. Vários processos de polpação com ácido sulfuroso usam dióxido de enxofre como o principal método para remover a lignina, alterando o tipo de cátion, o valor do pH da solução e a temperatura de cozimento. O processo de polpação com bissulfito de cálcio ácido é usado em todo o mundo, mas seu uso é limitado devido ao sulfato de cálcio insolúvel produzido durante a regeneração química. Posteriormente, foram introduzidos os chamados cátions solúveis, como íons de magnésio, sódio e amônio, e o valor do pH da solução aumentou de 1 a 2 no processo tradicional de bissulfito de cálcio para 5 no processo de bissulfito de magnésio, chegando até mesmo às condições de bissulfito de sódio/hidrogênio sulfato de sódio para o processo de hidrogênio de sódio.
O processo de bissulfito ácido e os processos modificados de sulfito de sódio em duas ou três etapas, como o processo Rauma, desempenharam um papel essencial no setor de polpação por dissolução por muito tempo, e o processo de bissulfito ácido ainda está em uso. A principal característica do processo de várias etapas é que o estágio de bissulfito/sulfito e o estágio alcalino se alternam. O processo pode começar ou terminar com a etapa alcalina. O último requer extração alcalina para reduzir o conteúdo de hemicelulose residual.
O processo de polpação Kraft é comumente usado em todo o mundo e é o principal processo de classificação de polpa de madeira em papel-cartão. A pré-hidrólise é feita antes do cozimento Kraft para obter um produto de grau de polpa de madeira em dissolução. A pré-hidrólise envolve a vaporização ou o cozimento de cavacos de madeira a 140 a 170°C ou o tratamento com ácido diluído a 110 a 120°C. O tratamento com vapor ou água pode destruir os grupos de ácido acetil e fórmico na madeira para formar ácido acético e ácido fórmico, fazendo com que o valor do pH da madeira atinja 3,5 para promover a despolimerização dos componentes da madeira. A qualidade pode ser reduzida em 5% a 20%, dependendo do tempo e da temperatura da hidrólise. Quase metade da hemicelulose de madeira macia é principalmente glucomanano, que se dissolve após a hidrólise, mas a lignina quase não se altera; relativamente falando, uma grande quantidade de lignina de madeira dura se dissolve. Se o tempo de hidrólise for prolongado, a celulose mudará, levando a uma redução na produção de α-celulose e à condensação de mais lignina. Isso também tornará mais difícil a remoção da lignina nos estágios posteriores do processo, exigindo álcalis mais fortes e temperaturas mais altas. No estágio de pré-hidrólise, a perda de madeira é de 20% a 22%, e a faia (Fagus silvatica) pode obter um teor mais alto de α-celulose (95% a 96%). O aumento da temperatura de pré-hidrólise e de cozimento Kraft da polpa de madeira pode reduzir o tempo de processamento e, ao mesmo tempo, a viscosidade é significativamente reduzida quando o teor de α-celulose é equivalente. Todas as condições são iguais; o teor de alfa-celulose obtido do pinheiro e da bétula é o mesmo (um pouco menos de 96%), enquanto o do eucalipto é superior a 97%. A viscosidade é praticamente a mesma da polpa de madeira de lei, mas significativamente maior do que a da polpa de pinho.
As matérias-primas variam de madeira macia a madeira dura, e o processo varia de ácido sulfuroso ácido a método Kraft de pré-hidrólise alcalina. A moderna tecnologia de produção de polpa de madeira dissolvida foi amplamente desenvolvida. O uso de madeira de lei pode produzir polpa de madeira com alto teor de alfa-celulose, e é fácil obter um processo de branqueamento totalmente livre de cloro (ou seja, processo TCF, o que significa que nenhuma substância contendo cloro é adicionada em cada estágio do processo). No entanto, em última análise, a celulose regenerada com excelente desempenho requer alta atividade de celulose, alto teor de α-celulose, distribuição estreita do grau de polimerização e fácil controle da viscosidade da solução.
