Influences of surface chemical composition on the mechanical properties of pulp as investigated by SEM, XPS and multivariate data analysis

The effects of bulk and surface chemical composition on the mechanical properties (MP) of eucalyptus kraft pulp were investigated using Liquid Chromatography (HPLC), Scanning Electron Microscopy (SEM), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Principal Component Analysis (PCA). SEM images of fractured regions during tear (TrID), tensile (TsID) and burst (BuID) tests of refined pulps showed fibre deformation and low proportion of broken fibres, indicating an inter-fibre failure in the sheet network. TrID of unrefined samples was affected by lignin surface coverage (SLig) while TsID and BuID were affected by surface coverage of extractives (SExt) and carbohydrates (SCar). After refining, TrID was affected by uronic acids (UA) in xylan and the influence of bulk composition was more pronounced. Our results also indicated that the fibre-to-fibre bonding rather than the individual fibre strength was the limit factor for MP. A strategy combining surface modification and preservation of polysaccharides in pulping was suggested to improve the MP of this material.Os efeitos da composição química total e da superfície nas propriedades mecânicas (MP) da polpa kraft de eucalipto foram investigados usando cromatografia líquida (HPLC), microscopia eletrônica de varredura (SEM), espectroscopia de fotoelétrons de raio X (XPS) e análise de components principais (PCA). Imagens em SEM das regiões fraturadas durante testes de rasgo (TrID), tração (TsID) e estouro (BuID) em amostras refinadas mostraram deformação das fibras e uma baixa proporção de fibras quebradas, indicando rupturas inter-fibras no arranjo fibroso. TrID de amostras não refinadas foi afetado pela cobertura surperficial de lignina (SLig), enquanto que TSID e BuID foram afetados pela cobertura superficial de extrativos (SExt) e carbohidratos (SCar). Após o refino, TrID foi afetado por ácidos urônicos presentes na xilana e a influência da composição química total foi muito mais pronunciada. Nossos resultados indicaram que as ligações fibra-fibra foram o fator limite para as MP mais do que a resistência das fibras individuais. Uma estratégia combinando modificação da superfície das fibras com a preservação de polisacarídeos durante a polpação foi sugerida para aprimorar as MP desse material