Orientadores: Patrícia Fazzio Martins Martinez, Vinícius Bohrer Lobosco Gonzaga de Oliveira

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: A lignina Kraft é um material originário das fábricas de papel e celulose. Diante de sua composição rica em polifenóis, ela tem grande potencialidade para ser utilizada em diferentes aplicações como: resinas fenólicas, vanilina e antioxidantes. No Brasil, sua produção é expressiva, tendo...

Resumo: A lignina Kraft é um material originário das fábricas de papel e celulose. Diante de sua composição rica em polifenóis, ela tem grande potencialidade para ser utilizada em diferentes aplicações como: resinas fenólicas, vanilina e antioxidantes. No Brasil, sua produção é expressiva, tendo como origem principal o processo de polpação do Eucalyptus urograndis. Entretanto, para melhorar o aproveitamento da lignina Kraft nas aplicações, são necessários alguns critérios de seleção de rotas de fracionamento, que podem ser estabelecidos pela sua caracterização química e estrutural, para obter frações mais homogêneas. Desta forma, duas ligninas Kraft de Eucalyptus urograndis, uma precipitada do licor negro em pH 8 e outra em pH 9, foram caracterizadas em termos do teor real de lignina (Klason), Cinzas, Análise Elementar, FTIR, ¹HRMN, HSQC, ³¹PRMN, fórmula molecular mínima e massas molares. Para comparar as características das ligninas brutas com algumas frações obtidas em fracionamentos, e assim, avaliar possíveis rotas de fracionamento por solventes, foram realizados ensaios de rendimentos de solubilização das ligninas em 14 solventes orgânicos de diferentes polaridades e os rendimentos foram correlacionados com os parâmetros de solubilidade dos solventes (?D , ?P , ?H). Concluiu-se que o parâmetro polar (?P) dos solventes foi o único fator de correlação entre as variáveis com validade estatística indicando que a polaridade do meio é fundamental para a solubilização das ligninas. Também foram determinados os parâmetros de solubilidade das ligninas Kraft utilizando três teorias: Hildebrand, Hansen (HSP) e Funcional (FSP) sendo essa última a melhor teoria para descrever a solubilidade da lignina em solventes orgânicos pois não depende de um fator subjetivo, como a teoria de Hansen, que requer a definição de um critério de solubilidade. As frações obtidas nos ensaios de solubilização foram estruturalmente caracterizadas sendo que as frações insolúveis em metanol e etanol podem ser direcionadas para a produção de vanilina devido à redução da razão S/G que favorece a seletividade dessa substância durante a oxidação do guaiacol. Além disso, para predizer as massas molares das ligninas durante fracionamentos por solventes foram desenvolvidos modelos matemáticos que podem contribuir no desenvolvimento de processos mais eficientes para aumentar a rentabilidade de biorefinarias e estabelecer uma economia mais biosustentável

Abstract: Kraft lignin is a material derived from paper mills. Because of its composition rich in polyphenols, it has a great potential to be used in different applications such: phenolic resins, vanilin and antioxidants. In Brazil, its production is expressive because of Eucalyptus urograndis pulp...

Abstract: Kraft lignin is a material derived from paper mills. Because of its composition rich in polyphenols, it has a great potential to be used in different applications such: phenolic resins, vanilin and antioxidants. In Brazil, its production is expressive because of Eucalyptus urograndis pulp process. However, to improve the utilization of Kraft lignin in applications, it is necessary some criteria for the selection of fractionation routes that can be established by its structural and chemical characterization to obtain more homogeneous fractions. Then, two Kraft lignins of Eucalyptus urograndis, one precipitated from black liquor in pH 8 and other in pH 9, were characterized in terms of the real content of lignin (Klason), ashes, elemental analysis, FTIR, ¹HNMR, HSQC, ³¹PNMR, minimal molecular formula and molar mass. To compare the crude lignins characteristics with some fractions obtained in fractionations, and to evaluate possible fractionation routes, it were made some solubility yields tests in the lignins with 14 organic solvents with different polarities. These yields were correlated with the solubility parameters of the solvents (?D , ?P , ?H ) and it was concluded that solvents polar parameter (?P) was the only correlation factor between variables with statistical validation indicating that the polarity of the medium is fundamental for lignin solubilization. Also, it were determined the solubility parameters of Kraft lignins using three theories: Hildebrand, Hansen (HSP), and Functional (FSP), the latter being the best theory to describe the lignin solubility in organic solvents because it does not depends on a subjective factor, as the Hansen theory, that requires the specifiction of a solubility criterion. The fractions obtained in solubility tests were characterized and the insoluble fraction of lignin in ethanol, and methanol can be oriented to produce vanilin due to the S/G ratio reduction that favours the selectivity of this substance during the oxidation of guaiacol. Moreover, to predict the molar mass distribution of lignins during fractionations by solvents, some mathematical models were developed and can contribute in the development of more efficient processes to improve rentability of biorefineries and establish a more biosustainable economy

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