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Aspectos gerais da celulose, Notas de estudo de Química Orgânica

Nota de estudo sobre histórico, aplicação e desenvolvimento da celulose.

Tipologia: Notas de estudo

2019

Compartilhado em 30/11/2019

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jhully-pimentel-10 🇧🇷

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Desde os tempos mais remotos, o homem se expressa por meio de desenhos
e símbolos gravados nos mais diferentes materiais e superfícies, tais como
rochas, ossos, pedra, madeira ou argila. Por exemplo, pinturas ou inscrições
em rochas e cavernas que datam de até 60 mil anos ainda hoje são
encontradas em diversas regiões do mundo. Com o avanço de sua capacidade
cognitiva e do domínio dos instrumentos, o homem desenvolveu tecnologias
que possibilitaram a criação de materiais mais refinados para utilizar como
suporte para se expressar feitos a partir de peles e couros, barro cozido
(cerâmica), metal, cascas de árvores e outras fibras vegetais. Por exemplo, há
cerca de 3.700 a.C. na região do Egito o homem desenvolveu o papiro como
suporte de escrita entre outras utilizações.3 Outro exemplo, são os
pergaminhos, cuja invenção é creditada aos Persas, aproximadamente em 200
a.C. no reinado de Eumenes II de Pérgamo. Estes eram feitos de peles de
animais tratadas e que foram utilizadas para a escrita dos habitantes daquela
região.
A indústria de celulose e papel no Brasil teve desenvolvimento tardio, datando
de 1808 com a chegada da família real e de toda a corte portuguesa, impondo
a necessidade de progresso em várias áreas. Dessa forma, essas instituições
geravam maior demanda por tipografias, inclusive para a impressão e a
divulgação dos documentos reais oficiais e de jornais. Fábricas foram
instaladas posteriormente, mas somente no fim século XIX a demanda de
papéis no Brasil começou a ser suprida. No início do século XX, teve início a
utilização do eucalipto como matéria-prima para a celulose, mas foi somente
entre 1957 e 1958 que ocorreu a produção industrial massiva de celulose de
eucalipto no Brasil.
Atualmente, são produzidos no Brasil desde o papel cartão, papéis de imprimir
e escrever, de imprensa, papéis para fins sanitários, como toalhas e papéis
higiênicos, até papéis especiais, como papel-moeda, filtros de café,
autoadesivos, papéis metalizados, dentre outros. Isso torna o Brasil um dos
grandes produtores mundiais de papel, além de ser pioneiro no cultivo de
eucalipto para fabricação de papel, o que o torna em destaque na exportação
de celulose de fibra curta. As indústrias de celulose e papel no Brasil, além de
gerarem empregos e riquezas, contribuem para a expansão de florestas
plantadas, visto que toda a celulose produzida é oriunda de matéria-prima
renovável.
A principal matéria-prima para a produção de papel é a celulose, um polímero
de cadeia longa, muito abundante na madeira, podendo também ser
encontrado em folhosas e em frutos, como o algodão. Esse polímero é formado
por unidades monoméricas de glicose. A característica de compostos como a
glicose é conter um grupo alcoólico ligado a um átomo de carbono vizinho a
um grupo carbonila, podendo este ser um grupo aldeído ou cetona. Assim,
esses glicídios podem ser classificados em monossacarídeos, oligossacarídeos
e polissacarídeos.
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Desde os tempos mais remotos, o homem se expressa por meio de desenhos e símbolos gravados nos mais diferentes materiais e superfícies, tais como rochas, ossos, pedra, madeira ou argila. Por exemplo, pinturas ou inscrições em rochas e cavernas que datam de até 60 mil anos ainda hoje são encontradas em diversas regiões do mundo. Com o avanço de sua capacidade cognitiva e do domínio dos instrumentos, o homem desenvolveu tecnologias que possibilitaram a criação de materiais mais refinados para utilizar como suporte para se expressar feitos a partir de peles e couros, barro cozido (cerâmica), metal, cascas de árvores e outras fibras vegetais. Por exemplo, há cerca de 3.700 a.C. na região do Egito o homem desenvolveu o papiro como suporte de escrita entre outras utilizações.3 Outro exemplo, são os pergaminhos, cuja invenção é creditada aos Persas, aproximadamente em 200 a.C. no reinado de Eumenes II de Pérgamo. Estes eram feitos de peles de animais tratadas e que foram utilizadas para a escrita dos habitantes daquela região.

A indústria de celulose e papel no Brasil teve desenvolvimento tardio, datando de 1808 com a chegada da família real e de toda a corte portuguesa, impondo a necessidade de progresso em várias áreas. Dessa forma, essas instituições geravam maior demanda por tipografias, inclusive para a impressão e a divulgação dos documentos reais oficiais e de jornais. Fábricas foram instaladas posteriormente, mas somente no fim século XIX a demanda de papéis no Brasil começou a ser suprida. No início do século XX, teve início a utilização do eucalipto como matéria-prima para a celulose, mas foi somente entre 1957 e 1958 que ocorreu a produção industrial massiva de celulose de eucalipto no Brasil.

Atualmente, são produzidos no Brasil desde o papel cartão, papéis de imprimir e escrever, de imprensa, papéis para fins sanitários, como toalhas e papéis higiênicos, até papéis especiais, como papel-moeda, filtros de café, autoadesivos, papéis metalizados, dentre outros. Isso torna o Brasil um dos grandes produtores mundiais de papel, além de ser pioneiro no cultivo de eucalipto para fabricação de papel, o que o torna em destaque na exportação de celulose de fibra curta. As indústrias de celulose e papel no Brasil, além de gerarem empregos e riquezas, contribuem para a expansão de florestas plantadas, visto que toda a celulose produzida é oriunda de matéria-prima renovável.

A principal matéria-prima para a produção de papel é a celulose, um polímero de cadeia longa, muito abundante na madeira, podendo também ser encontrado em folhosas e em frutos, como o algodão. Esse polímero é formado por unidades monoméricas de glicose. A característica de compostos como a glicose é conter um grupo alcoólico ligado a um átomo de carbono vizinho a um grupo carbonila, podendo este ser um grupo aldeído ou cetona. Assim, esses glicídios podem ser classificados em monossacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.

Além da celulose, outros compostos podem ser encontrados na madeira, tais como as hemiceluloses, a lignina e os extrativos da madeira. Enquanto a celulose representa 40-50 % da composição química da madeira, as hemiceluloses representam25-35 %, a lignina, 10-30 % e os extrativos, 0,5- %. As hemiceluloses são polissacarídeos ramificados formados por pelo menos duas unidades de açúcares, como as hexoses e pentoses e as oxihexoses e ácidos urônicos. Têm baixo grau de polimerização, são materiais sólidos brancos e têm natureza cristalina, características que conferem às hemiceluloses a propriedade de absorverem água com facilidade.

Além disso, apresenta estrutura fibrosa, a qual está associada às fibras da celulose. A lignina é uma macromolécula com característica fenólica, cuja estrutura principal provém da condensação de compostos que possuem grupos OH de fenol e álcool. Os principais precursores da lignina são: álcool trans- sinapílico (grupo siringil), álcool trans-coniferílico (grupo guaiacil) e álcool trans- paracumárico (grupo para-hidroxifenil). A condensação desses compostos, formando grupos éteres e eliminando água, semelhante à formação da celulose, leva a uma estrutura molecular bastante complexa e de diferente configuração nas plantas, sendo responsável pela resistência mecânica, transporte de nutrientes, metabólitos e água em plantas vasculares. A presença da lignina na madeira não tem valor para a indústria de celulose e papel, de forma que o principal objetivo para a obtenção da polpa de celulose é a solubilização da lignina que ocorre no processo denominado de polpação.

A indústria de celulose e papel realiza processos químicos e operações unitárias com o objetivo de obter o sólido final composto por celulose e hemiceluloses, solubilizando a lignina, podendo ser englobados nos seguintes processos: (1) Preparação da madeira; (2) Extração da celulose ou polpação; (3) Branqueamento da celulose; (4) Refinação; e (5) Secagem e papel acabado.

Em suma, desde o início do desenvolvimento da humanidade, o ser humano tem a necessidade de se expressar, sendo o papel um importante suporte para expressão artística e escrita. Quimicamente, o papel é composto de celulose, que pode ser obtida a partir de diferentes matérias-primas vegetais, bem como processos tecnológicos. Foram avaliadas duas matérias-primas para a obtenção de papéis: o caule do papiro e a paina. Foram utilizados processos diferentes, um apenas mecânico e o outro químico, tendo ambos se mostrado adequados para a obtenção de folhas de papel. Em especial, a polpação alcalina da paina permitiu obter artesanalmente folhas adequadas para a impressão em impressora jato de tinta.