46º CBQ - DETERMINAÇÃO QUANTITATIVA DE GRUPOS CARBOXÍLICOS EM POLPA DE CELULOSE KRAFT BRANQUEADA UTILIZANDO MÉTODO TAPPI E TITULAÇÃO POTENCIOMÉTRICA DIRETA.

ÁREA: Química Analítica

TÍTULO: DETERMINAÇÃO QUANTITATIVA DE GRUPOS CARBOXÍLICOS EM POLPA DE CELULOSE KRAFT BRANQUEADA UTILIZANDO MÉTODO TAPPI E TITULAÇÃO POTENCIOMÉTRICA DIRETA.

AUTORES: CAZAL, C. M.-DEPARTAMENTO DE QUíMICA-UFV; BARBOSA, L. C. A - DEPARTAMENTO DE QUíMICA-UFV; MALTHA, C. R. A - DEPARTAMENTO DE QUíMICA-UFV; COLODETTE, J. L.- DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA FLORESTAL-UFV; REIS E. L.- DEPARTAMENTO DE QUíMICA-UFV; ROMITO, V. - DEPARTAMENTO DE QUíMICA-UFV

RESUMO: A presença de grupos carboxílicos na polpa de celulose tem sido relatada como um parâmetro de grande importância para avaliar a qualidade da celulose. Este trabalho apresenta a determinação quantitativa de grupos carboxílicos em polpas de celulose kraft branqueada, utilizando o método de titulação potenciométrica e o método TAPPI. A comparação entre os resultados obtidos mostrou boa correlação entre os dois métodos. O método da titulação potenciométrica foi mais apropriado, considerando-se menor tempo de análise, custo de reagentes e precisão das amostras.

PALAVRAS CHAVES: celulose, carboxila, potenciometria

INTRODUÇÃO: A oxidação de grupos funcionais na celulose tem sido descrita como a principal causa de perda de resistência da polpa, parâmetro de grande importância na qualidade de materiais celulósicos (RÖHRLING, R et al, 2002). Os grupos carboxílicos presentes em polpas celulósicas facilitam reações de hidrólise das ligações glicosídicas durante o branqueamento, levando à degradação da celulose (LEWIN et al, 1962). O processo de envelhecimento das pastas celulósicas, também está associado com a presença de grupos carboxílicos (RAPSON et al, 1979).
A titulação potenciométrica é uma metodologia bastante descrita na determinação do conteúdo total de grupos carboxílicos na celulose (FRAS et al, 2005, STENIUS et al, 1994, DUONG et al, 2004). A análise é de fácil realização pois o equipamento utilizado, simples e de baixo custo, inclui um eletrodo de referência, um eletrodo indicador e um dispositivo de medida de potencial (SKOOG et al, 2001).
Este trabalho apresenta os resultados da análise para determinação quantitativa de grupos carboxílicos em polpas de celulose kraft branqueada, utilizando o método da titulação potenciométrica adaptado e a metodologia descrita nas normas TAPPI.

MATERIAL E MÉTODOS: Foram analisadas amostras de polpas de celulose kraft branqueada, sendo sete amostras de indústrias brasileiras de celulose: (BP, SO, CE, RI, SU, VO, BS) e cinco amostras obtidas pela oxidação da polpa SO nas seguintes condições: Ozônio 0,5% (MO), 2,5% (DO), 5% (CO); NaIO4 0,01mol L-1 (NI) e NaIO4 0,01mol L-1/NaClO2 0,2 mol L-1 (NC).
A determinação dos grupos carboxílicos foi realizada segundo metodologia descrita nas normas TAPPI (T 237 om-93), e pelo método de determinação potenciométrica direta (FRAS et al, 2005).
Amostras de polpa (0,5 g a.s) foram submetidas à agitação magnética com 60 mL de solução de HCl 0,1 mol L-1, até completa dispersão. Após 2h de repouso, à temperatura ambiente, a mistura foi filtrada e lavada com água deionizada saturada com CO2. A lavagem da polpa foi realizada até que uma alíquota, após fervura por 1 minuto, não consumisse mais que duas gotas de solução de NaOH 0,01 mol L-1 para mudança de cor do indicador (vermelho de metila).
Às amostras de polpa celulósica foram adicionados 60 mL de água deionizada, e em seguida foi borbulhado N2 para a titulação com solução de NaOH 0,02 mol L-1.
Todas as análises foram realizadas em triplicata.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: O gráfico 1 mostra uma excelente correlação entre os resultados obtidos na determinação de grupos carboxílicos pelo método TAPPI e titulação potenciométrica.
O teor de grupos carboxílicos relatados na literatura para polpa kraft branqueada varia de 4,0 a 8,7 mmol/100g de polpa. Neste trabalho foi encontrado um conteúdo médio de 5,83 mmol/100g de polpa (método TAPPI) para as polpas CE, RI, BS, SO, SU, VO e 6,57 mmol (método da titulação potenciométrica). Na polpa BP, amostra sem hemiceluloses, foi obtido o menor teor de grupos carboxílicos (Gráfico 2). Esse resultado mostrou que a maior parte dos grupos carboxílicos provém das hemiceluloses.
As polpas DO, CO, NC apresentaram maior teor de grupos carboxílicos, pois são polpas oxidadas, e então espera-se um aumento de grupos carboxílicos.
Nas polpas NI e MO o conteúdo de grupos carboxílicos foi próximo ao da polpa original (SO). Nesse caso, a utilização de NaIO4, um reagente específico que leva à formação de grupos aldeídicos, não levou à ocorrência de reações laterais significantes (VICINI et al, 2004). Por outro lado a oxidação com ozônio (0,5%) foi mais branda, e não levou a uma oxidação significativa.

CONCLUSÕES: O grau de degradação da celulose após o branqueamento pode ser avaliado pelo conteúdo de grupos carboxílicos presentes na polpa celulósica.
Dois métodos foram utilizados para a determinação quantitativa desses grupos. Os resultados obtidos com a análise via titulação potenciométrica e via metodologia TAPPI foram bastante semelhantes. A titulação potenciométrica é o método mais viável considerando-se a facilidade de execução, tempo de análise, custo de reagentes e precisão dos resultados.

AGRADECIMENTOS:CNPQ, CAPES e FAPEMIG

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA:DUONG, T. D.; HOANG, M.; NGUYEN, K. L. 2004. Extension of Donnan theory to predict calcium ion exchange on phenolic hydroxyl sites of unbleached kraft fibers. Journal of Colloid and Interface Science, 276: 6-12.

FRAS, L.; JOHANSSON, L.; STENIUS, P.; LAINE, J.; STANA-KLEINSCHEK, K.; RIBITSCH, V. 2005. Analysis of the oxidation of cellulose fibres by titration and XPS. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 260: 101-108.

LEWIN, M.; EPSTEIN, J. 1962. Functional Groups and Degradation of Cotton Oxidized by Hypochlorite. Journal of Polymer Science, 58: 1023-1037.

RAPSON, W. H.; SPINNER, I. H. 1979. The Bleaching of pulp, Ed. SINGH R.P, Tappi Press, Atlanta, USA, 357-391.

RÖHRLING, R.; POTTHAST, A.; ROSENAU, T.; LANGE, T.; EBNER, G.; SIXTA, H.; KOSMA, P. 2002. A Novel Method the Determination of Carbonyl Groups in Cellulosics by Fluorescence Labeling. 1.Method Development. Biomacromolecules, 3: 959-968.

RÖHRLING, R.; POTTHAST, A.; ROSENAU, T.; LANGE, T.; BORGARDS, A.; SIXTA, H.; KOSMA, P. 2002. A Novel Method the Determination of Carbonyl Groups in Cellulosics by Fluorescence Labeling. 2.Validation and Appications. Biomacromolecules, 3: 969-975.

SKOOG, D, A.; HOLLER, F. J.; NIEMAN, T. 2001. A. Principioos de análisis instrumental.Ed. Concepción Fernández Madrid. Madrid, 639-668.

STENIUS, P.; LAINE, J. 1994. Studies of cellulose surfaces by titration and ESCA. Applied Superface Science, 75: 213-219.

TAPPI T 237 om-93. 2000. Carboxyl content of pulp.

VICINI, S.; PRINCI, E.; LUCIANO, G.; FRANCESCHI, E.; PEDEMONTE, E.; OLDAK, D.; KACZMAREK, H.; SIONKOWSKA, A. 2004. Thermal analysis and characterisation of cellulose oxidized sodium methaperiodate. Thermochim Acta, 418: 123-130.