Syftet med detta examensarbete var att öka reaktiviteten hos förhydrolyserad kraftmassa genom att använda tidigare förhydrolysat och svavelsyra under förhydrolysen. Först bestämdes den kemiska sammansättningen av två olika vedråvaror (Acacia crassicarpa och Eucalyptushybrider) för att observera och korrelera med förhydrolysprocessen. Därefter studerades effekten av att för förhydrolyskraftkokning använda vatten, förhydrolysat och svavelsyra med olika koncentration under förhydrolysen vilket korrelerades med avlägsnandet av pentosan, utbyte, viskositet, kappanummer och ljushet. Därefter valdes en av vardera syrabaserad förhydrolyskraftmassa att blekas helt till dissolvingmassa för bestämning av Fock-reaktivitet, vilket jämfördes mot den vattenbaserade förhydrolysen som referens. Den slutliga kvaliteten på de olika förhydrolyskraftmassorna studerades också. Detta examensarbete visade att användandet av förhydrolysat och svavelsyra kan ge högre Fock-reaktivitet jämfört med vatten under liknande processförhållanden. Däremot gav syrabaserad förhydrolyskraftmassa lägre utbyte än vattenbaserad förhydrolyskraftmassa. Syrabaserad förhydrolyskraftkokning gav även lägre pentosanhalt, lägre halt extraktivämnen och lägre viskositetsvärden. Förhydrolysatbaserad förhydrolyskraftmassa hade värden mellan de som uppvisades av vattenbaserade- och svavelsyrabaserade förhydrolyskraftmassor. Dessutom hade förhydrolyskraftmassor från Eucalyptushybrider högre Fock-reaktivitet, lägre pentosanhalt, lägre halt extraktivämnen och högre viskositet än förhydrolyskraftmassor från Acacia crassicarpa. / The worldwide demand for dissolving pulp has been increasing significantly in Asia which is majorly produced from prehydrolysis kraft pulping and most of the prehydrolysis kraft pulp are consumed in viscose rayon production. Thus, it is interesting to have research in the process of prehydrolysis kraft pulping to make it a cleaner and more sustainable production. One of the most important qualities of prehydrolysis kraft pulp in viscose rayon is reactivity, which can lead to less chemical consumption and lower production cost. The aim of this research project is to increase the reactivity of prehydrolysis kraft pulp by using prehydrolysate and sulfuric acid during prehydrolysis cooking. Firstly, the wood chemical composition of two different hardwood species (Acacia crassicarpa and Eucalyptus hybrids) were determined and correlated with the prehydrolysis kraft pulping process. Secondly, prehydrolysis kraft cooking using water, prehydrolysate, and sulfuric acid with different concentration during prehydrolysis were studied and correlated with pentosan removal, yield, viscosity, kappa number, and brightness. Later, one of each acid based prehydrolysis kraft pulping were chosen to be proceed to fully bleached dissolving pulp for determining Fock reactivity which was compared to water prehydrolysis kraft pulping as the reference. The final quality of different prehydrolysis kraft pulps were also studied. From this research project, it showed that prehydrolysate and sulfuric acid prehydrolysis kraft pulp improved the Fock reactivity as compared to water prehydrolysis in similar pulping condition. However, acid based prehydrolysis kraft pulping gave lower yield than water prehydrolysis kraft pulping. Acid based prehydrolysis kraft cooking provided lower pentosan and extractive content, but lower viscosity values. Meanwhile, the prehydrolysate kraft pulp had the intermediate values between water and sulfuric acid prehydrolysis kraft pulping. In addition, Eucalyptus hybrids prehydrolysis kraft pulping had higher Fock reactivity, lower pentosan content, lower extractives, and higher viscosity than Acacia crassicarpa. To conclude, the more acidic prehydrolysis increased Fock reactivity with lower pulp yield, pentosan, extractive and viscosity.

Lignin är en av de vanligaste naturliga råvarorna på jorden och finns mestadels i trä. Nuförtiden är valoriseringen av lignin en av processutvecklingarna för teknologier inom massa- och pappersindustrin. Denna utveckling syftar till att öka värdet av lignin. Traditionellt förbränns genererat lignin, känt som tekniskt lignin, som bränsle i sodapannan som en del av svartlutskomponenter, och denna praxis är används kontinuerligt inom massa- och pappersindustrin. Syftet med detta examensarbete är att undersöka det tekniska ligninet från två specifika träslag, Acacia crassicarpa (Acra) och Eucalyptus Hybrids (Euca), för att öka kunskapen om det tekniska ligninet och hitta lämpliga tillämpningar för dessa råvaror i framtiden. I denna studie isolerades lignin från svartlut som genererats från två olika kokningsmetoder, kraftkokning- och kraftbased dissolvingkokning (KP och DP). Karakteriseringsmetoderna inkluderade molekylviktsfördelning (THF-SEC), analys av ligninets funktionella grupper med fosfor-31 Nuclear Magnetic Resonance (31P-NMR) kvantifiering och ligninets trukturella elementanalys via Two-Dimensional Heteronuclear Single Quantum Correlation NMR (2D-HSQC NMR). Utbytet erhållet från kraftkokning (KP) och kraftbased dissolvingkokning (DP) visade inga skillnader för samtliga prover och resultaten visas inom samma intervall (cirka 0,06-0,08 g/mol svartlut). Molekylviktsfördelningen för KP och DP-kokning ligger fortfarande inom intervallet för kraftlignin Mw (1500-5000 g/mol) och polydispersitetsindex (PDI) för KP hade ett högre värde än DP för båda typerna av undersökta råvaror. För de funktionella grupperna hade Eucalyptus Hybrids högre -OH-halt än Acacia crassicarpa oavsett kokningstyp. 31P-NMR kvantifieringsdata visade tydligt att KP-Euca innehöll den högsta halten av  alifatisk-OH (1,4 mmol/g). DP-Euca hade den högsta halten C5-kondenserad (2,5 mmol/g), medan den högsta mängden Guaiacyl-OH identifierades i DP-Acra (1,2 mmol/g). Fingeravtrycket av kopplingarna som kvantifierades från 2D-NMR HSQC visade att KP hade högre β-O-4', β-5' och β-β' interenhetskopplingar än DP. Dessutom hade Acacia crassicarpa en högre andel interenhetskopplingar än Eucalyptus Hybrids för båda kokmetoderna. De högsta β-O-4'-, β-5'- och β-β'-kopplingarna detekterades i KP-Acra med 3,4 %, 0,5 % respektiv 4,3 %. / Lignin is one of the most abundant natural raw materials on Earth and is mostly found in wood. Nowadays, the valorization of lignin is one of the continual process developments for technologies in the pulp and paper industry. This development is intended to increase the value of lignin. In the traditional approach, generated lignin known as technical lignin is burnt as fuel in the recovery boiler as part of black liquor components, and this practice is still common in the pulp and paper industry. The objective of this thesis work is to explore the technical lignin from specific wood species, Acacia crassicarpa (Acra) and Eucalyptus Hybrids (Euca), to emphasize the knowledge about the technical lignin and finding suitable application for the mentioned raw materials in the future. In this study, lignin was isolated from black liquor generated from two different cooking methods, kraft and kraft dissolving pulp cooking (KP and DP). The Characterization methods included molecular weight distribution by THF-SEC, lignin functional groups analysis via Phosphorus-31 Nuclear Magnetic Resonance (31P-NMR) quantification, and lignin structural elements analysis via Two-Dimensional Heteronuclear Single Quantum Correlation NMR (2D-HSQC NMR). The isolation yield obtained from kraft cooking (KP) and kraft dissolving pulp cooking (DP) did not have drastic differences for all the samples and therefore the results are within the same ranges (around 0.06-0.08 g/mol of black liquor). The molecular weight distribution values of KP and DP cooking are still within the range of kraft lignin Mw (1500-5000 g/mol) and the polydispersity index (PDI) of KP had a higher value than DP for both types of raw material investigated.  For the functional groups, Eucalyptus Hybrids had the higher -OH content than Acacia crassicarpa regardless of the cooking type. The 31P-NMR quantification data showed clearly that KP-Euca was the richest in Aliphatic-OH (1.4 mmol/g). DP-Euca had the greatest amount of C5-Condensed (2.5 mmol/g), while the highest amount of Guaiacyl-OH was identified in DP-Acra (1.2 mmol/g). The fingerprint of the linkages that was quantified from 2D-NMR HSQC showed that KP cooking had a higher β-O-4’, β-5’ and β-β’ interunit linkages than DP cooking. Furthermore, Acacia crassicarpa had a higher interunit linkages percentage than Eucalyptus Hybrids for both cooking methods. The highest β-O-4’, β-5’ and β-β’ linkages were detected in KP-Acra with 3.4 %, 0.5 %, and 4.3 % respectively.

O gênero Acacia apresenta espécies florestais de rápido crescimento, com rotações curtas (7 a 9 anos) e de grande interesse comercial para produção de polpa celulósica, painéis de madeira e energia. No Brasil a utilização de espécies do gênero Acacia na produção de celulose de fibra curta ainda é bastante restrita e são poucos os estudos que demonstram a potencialidade do uso dessa matéria-prima para a obtenção de polpa celulósica com as propriedades alcançadas pelas espécies do gênero Eucalyptus. Este trabalho teve como objetivo analisar o potencial de algumas espécies do gênero Acacia (A.aulacocarpa, A. auriculiformis, A. crassicarpa, A. mangium) plantados no Brasil, para a produção de polpa celulósica Kraft, considerando os aspectos relacionados à qualidade da madeira e da polpa, o consumo de reagentes químicos na polpação e também os aspectos relacionados ao rendimento e a capacidade de produção de polpa celulósica; adicionalmente buscou-se fornecer informações estratégicas para o setor celulósico nacional com relação as possíveis ameaças e as oportunidades apresentadas pelos materiais não utilizados no Brasil. Para realização deste trabalho foram utilizados 11 materiais genéticos distintos e cada um dos materiais genéticos foi considerado um tratamento e todos com 5 anos de idade. As características avaliadas foram: densidade básica, dimensões das fibras, composição química e parâmetros da polpação kraft (rendimento bruto, rendimento depurado, teor de rejeitos, número kappa e relações). Para este último objetivo, as madeiras de cada uma das espécies foram submetidas ao processo de polpação kraft, considerando-se seis níveis de álcali ativo: 18,0; 19,5; 21,0; 22,5; 24,0 e 25,5%, mantendo-se constantes as outras variáveis de cozimento. Observou-se que o modelo de variação longitudinal para densidade básica da árvore mantém uma tendência dos valores serem mais elevados na base e valores mínimos entre 25 e 50% da altura comercial. Quanto à composição química os valores foram distintos para todas as espécies e apresentaram uma variação de 60,99% para A. auriculiformis (1) e 68,79% para A. aulacocarpa (1) como valores mínimo e máximo. Os resultados obtidos quanto às dimensões das fibras não apresentaram padrões definidos de variação entre as espécies. Notou-se quanto aos parâmetros da polpação um efeito diferenciado entre as espécies de Acacia para as distintas cargas de álcali ativo. Considerando a curva de polpação para obtenção de número kappa 18 entre as espécies estudadas, obteve-se como média para a demanda carga de alcalina 23,8% e a média do rendimento depurado nestas condições foi 54,72%. A espécie A. crassicarpa procedência (1) destacou-se por apresentar a maior conversão em massa (ton/ha) de madeira na produção de celulose e a A. mangium procedências (1, 2, 3 e principalmente 4) alcançaram os melhores resultados de rendimento frente ao processo kraft de polpação comparando toas as espécies deste estudo. / The genus Acacia includes fast-growing short-rotation (7 to 9 years) forest tree species of commercial interest to produce pulp, wood panels, and energy. In Brazil, the utilization of species of the genus Acacia to produce short fiber pulp is still highly restricted and few studies are available that demonstrate the potential use of this raw material to obtain pulp presenting the properties displayed by species of the genus Eucalyptus. This study aimed at analyzing the potential of some species of the genus Acacia (A. aulacocarpa, A. auriculiformis, A. crassicarpa, A. mangium) planted in Brazil to produce kraft pulp, considering the aspects related to wood and pulp quality, consumption of chemical reagents during the pulping process, yield, and cellulose pulp production capacity. Furthermore, this work searched for strategical information for the national pulp and paper sector as to possible threats and opportunities presented by materials not used in Brazil in order to provide knowledge and discuss the potential competitiveness of these types of wood in the world market for pulp and paper. To accomplish these goals, we used 11 5-year-old distinct genetic materials, each one of them considered a different treatment. The following traits were evaluated: basic density, longitudinal variation, fiber dimensions, chemical composition, and kraft pulping process parameters (total yield, screened yield, rejects content, kappa number and relations). To carry out these evaluations, each wood species underwent the kraft pulping process considering six levels of active alkalis: 18.0, 19.5, 21.0, 22.5, 24.0, and 25.5%, keeping all other cooking variables constant. We observed that the model of longitudinal variation in the basic density maintains the trend of reaching higher values in the base of the tree and minimum values between 25% and 50% of the commercial height. The values found for the chemical composition were different for all the species studied and the holocellulose content ranged from a minimum of 60.99% found for A. auriculiformis (1) to a maximum of 68.79% found for A. aulacocarpa (1). The results obtained for fiber dimensions did not present defined patterns of variation among the species. The kraft pulping process parameters showed differences among Acacia species for the distinct levels of active alkalis. Considering the pulping process curve to get the kappa number of 18 among the species studied, the average alkali demand was 23.8% and the average depurated yield under these conditions was 54.72%. A. crassicarpa procedure 1 presented the highest conversion into wood mass (t/ha) to produce cellulose and A. mangium procedures (1, 2, 3, and mainly 4) reached the best results in terms of yield when they underwent the kraft pulping process compared to all the species studied herein.

O gênero Acacia apresenta espécies florestais de rápido crescimento, com rotações curtas (7 a 9 anos) e de grande interesse comercial para produção de polpa celulósica, painéis de madeira e energia. No Brasil a utilização de espécies do gênero Acacia na produção de celulose de fibra curta ainda é bastante restrita e são poucos os estudos que demonstram a potencialidade do uso dessa matéria-prima para a obtenção de polpa celulósica com as propriedades alcançadas pelas espécies do gênero Eucalyptus. Este trabalho teve como objetivo analisar o potencial de algumas espécies do gênero Acacia (A.aulacocarpa, A. auriculiformis, A. crassicarpa, A. mangium) plantados no Brasil, para a produção de polpa celulósica Kraft, considerando os aspectos relacionados à qualidade da madeira e da polpa, o consumo de reagentes químicos na polpação e também os aspectos relacionados ao rendimento e a capacidade de produção de polpa celulósica; adicionalmente buscou-se fornecer informações estratégicas para o setor celulósico nacional com relação as possíveis ameaças e as oportunidades apresentadas pelos materiais não utilizados no Brasil. Para realização deste trabalho foram utilizados 11 materiais genéticos distintos e cada um dos materiais genéticos foi considerado um tratamento e todos com 5 anos de idade. As características avaliadas foram: densidade básica, dimensões das fibras, composição química e parâmetros da polpação kraft (rendimento bruto, rendimento depurado, teor de rejeitos, número kappa e relações). Para este último objetivo, as madeiras de cada uma das espécies foram submetidas ao processo de polpação kraft, considerando-se seis níveis de álcali ativo: 18,0; 19,5; 21,0; 22,5; 24,0 e 25,5%, mantendo-se constantes as outras variáveis de cozimento. Observou-se que o modelo de variação longitudinal para densidade básica da árvore mantém uma tendência dos valores serem mais elevados na base e valores mínimos entre 25 e 50% da altura comercial. Quanto à composição química os valores foram distintos para todas as espécies e apresentaram uma variação de 60,99% para A. auriculiformis (1) e 68,79% para A. aulacocarpa (1) como valores mínimo e máximo. Os resultados obtidos quanto às dimensões das fibras não apresentaram padrões definidos de variação entre as espécies. Notou-se quanto aos parâmetros da polpação um efeito diferenciado entre as espécies de Acacia para as distintas cargas de álcali ativo. Considerando a curva de polpação para obtenção de número kappa 18 entre as espécies estudadas, obteve-se como média para a demanda carga de alcalina 23,8% e a média do rendimento depurado nestas condições foi 54,72%. A espécie A. crassicarpa procedência (1) destacou-se por apresentar a maior conversão em massa (ton/ha) de madeira na produção de celulose e a A. mangium procedências (1, 2, 3 e principalmente 4) alcançaram os melhores resultados de rendimento frente ao processo kraft de polpação comparando toas as espécies deste estudo. / The genus Acacia includes fast-growing short-rotation (7 to 9 years) forest tree species of commercial interest to produce pulp, wood panels, and energy. In Brazil, the utilization of species of the genus Acacia to produce short fiber pulp is still highly restricted and few studies are available that demonstrate the potential use of this raw material to obtain pulp presenting the properties displayed by species of the genus Eucalyptus. This study aimed at analyzing the potential of some species of the genus Acacia (A. aulacocarpa, A. auriculiformis, A. crassicarpa, A. mangium) planted in Brazil to produce kraft pulp, considering the aspects related to wood and pulp quality, consumption of chemical reagents during the pulping process, yield, and cellulose pulp production capacity. Furthermore, this work searched for strategical information for the national pulp and paper sector as to possible threats and opportunities presented by materials not used in Brazil in order to provide knowledge and discuss the potential competitiveness of these types of wood in the world market for pulp and paper. To accomplish these goals, we used 11 5-year-old distinct genetic materials, each one of them considered a different treatment. The following traits were evaluated: basic density, longitudinal variation, fiber dimensions, chemical composition, and kraft pulping process parameters (total yield, screened yield, rejects content, kappa number and relations). To carry out these evaluations, each wood species underwent the kraft pulping process considering six levels of active alkalis: 18.0, 19.5, 21.0, 22.5, 24.0, and 25.5%, keeping all other cooking variables constant. We observed that the model of longitudinal variation in the basic density maintains the trend of reaching higher values in the base of the tree and minimum values between 25% and 50% of the commercial height. The values found for the chemical composition were different for all the species studied and the holocellulose content ranged from a minimum of 60.99% found for A. auriculiformis (1) to a maximum of 68.79% found for A. aulacocarpa (1). The results obtained for fiber dimensions did not present defined patterns of variation among the species. The kraft pulping process parameters showed differences among Acacia species for the distinct levels of active alkalis. Considering the pulping process curve to get the kappa number of 18 among the species studied, the average alkali demand was 23.8% and the average depurated yield under these conditions was 54.72%. A. crassicarpa procedure 1 presented the highest conversion into wood mass (t/ha) to produce cellulose and A. mangium procedures (1, 2, 3, and mainly 4) reached the best results in terms of yield when they underwent the kraft pulping process compared to all the species studied herein.