BR102017019539B1

BR102017019539B1 - PROCESS AND COMPOUND FOR OBTAINING CELLULOSE NANOFIBRIL FROM PEACH PACHY CUTTING WASTE (BACTRIS GASIPAES)

Info

Publication number: BR102017019539B1
Application number: BR102017019539-2A
Authority: BR
Inventors: Graciela Inês Bolzón De Muniz; Talita Szlapak Franco
Original assignee: Universidade Federal Do Paraná
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2023-04-04
Also published as: BR102017019539A2

Abstract

OBTENÇÃO DE NANOFIBRILAS DE CELULOSE A PARTIR DE RESÍDUOS DE CORTE DA PUPUNHEIRA (Bactrisgasipaes ) A utilização de resíduos agroindustriais lignocelulósicos, descartados durante a extração comercial do palmito pupunha, para a produção de nanofibrilas de celulose por processo mecânico de desfibrilação, se apresenta como uma alternativa viável ao destino dado a este resíduo e de adição de valor tecnológico, por meio da formação de um composto relacionado à nanotecnologia. Esta pesquisa pertence ao campo técnico de nanotecnologia, produção de nanocelulose. A partir das fibras da bainha externa da pupunheira, devidamente desintegradas e branqueadas, foram obtidas suspensões de nanofibrilas, com possível aplicação em várias áreas da ciência e tecnologia, desde o reforço físico para embalagens e compósitos até mesmo na formulação de medicamentos e alimentos. Pelo elevado potencial das nanopartículas obtidas, este processo permite a agregação de valor comercial a um resíduo que se nci imuln em grandes quantidades, gerando problemas ao produtores e beneficiadores do palmito, podendo se tornar um produto com maior valor comercial do que o próprio palmito processado.OBTAINING CELLULOSE NANOFIBRILS FROM PEACH PEACH TREE CUTTING WASTE (Bactrisgasipaes ) The use of lignocellulosic agro-industrial residues, discarded during the commercial extraction of peach palm heart, for the production of cellulose nanofibrils by mechanical defibrillation process, is presented as an alternative viable for the destination given to this residue and the addition of technological value, through the formation of a compound related to nanotechnology. This research belongs to the technical field of nanotechnology, nanocellulose production. From the fibers of the outer sheath of the peach palm tree, duly disintegrated and bleached, suspensions of nanofibrils were obtained, with possible application in various areas of science and technology, from physical reinforcement for packaging and composites to even the formulation of medicines and foods. Due to the high potential of the nanoparticles obtained, this process allows the addition of commercial value to a residue that is immunized in large quantities, causing problems for palm heart producers and processors, and may become a product with greater commercial value than the processed palm heart itself. .

Description

Field of Invention

[001]. Esta invenção está relacionada à utilização de fibras de pupunheira (Bactris gasipaes) provenientes de resíduos da extração do palmito pupunha como matéria-prima lignocelulósica para produção de nanofibrilas de celulose por desintegração mecânica, bem como, o processo de preparo das fibras e tratamento mecânico das fibras para viabilizar a obtenção da nanocelulose. A utilização destes resíduos se apresenta como uma alternativa viável ao destino dado a este material e de adição de valor tecnológico por meio da formação de um composto relacionado à nanotecnologia, bem como, compreende o produto final obtido a partir do processo, sendo este denominado de nanofibrilas de celulose de resíduos de pupunha. Esta pesquisa pertence ao campo técnico de nanotecnologia, produção de nanocelulose, abrangendo inovações tecnológicas, aproveitamento de resíduos agroindustriais.[001]. This invention is related to the use of peach palm fibers (Bactris gasipaes) from peach palm heart extraction residues as lignocellulosic raw material for the production of cellulose nanofibrils by mechanical disintegration, as well as the fiber preparation process and mechanical treatment of the fibers. fibers to make it possible to obtain nanocellulose. The use of these residues is presented as a viable alternative to the destination given to this material and the addition of technological value through the formation of a compound related to nanotechnology, as well as comprising the final product obtained from the process, which is called cellulose nanofibrils from peach palm waste. This research belongs to the technical field of nanotechnology, nanocellulose production, covering technological innovations, use of agro-industrial residues.

Fundamentals of the Invention and State of the Art

[002]. A celulose é um polissacarídeo linear semicristalino composto por unidades de p-D-anidrogluicopiranose ligadas por meio de ligações glicosídicas p-1-4 e por cadeias poliméricas associadas por meio de pontes de hidrogênio formando feixes de fibrilas, compostos por estruturas organizadas altamente cristalinas e por estruturas amorfas desordenadas. É o principal constituinte da madeira e da maioria das fibras naturais como o algodão, linho, cânhamo, juta, rami e sisal. Esse polímero natural representa cerca de um terço do tecido vegetal e é regenerado a partir da fotossíntese. Sendo também produzido por diversas espécies de algas e por algumas espécies de bactérias, amebas e fungos.[002]. Cellulose is a semi-crystalline linear polysaccharide composed of p-D-anhydroglucopyranose units linked through p-1-4 glycosidic bonds and polymeric chains associated through hydrogen bonds forming bundles of fibrils, composed of highly organized crystalline structures and disorderly amorphous. It is the main constituent of wood and most natural fibers such as cotton, linen, hemp, jute, ramie and sisal. This natural polymer represents about a third of plant tissue and is regenerated from photosynthesis. It is also produced by several species of algae and by some species of bacteria, amoebas and fungi.

[003]. Embora a celulose pura e seus derivados sejam amplamente conhecidos e utilizados há mais de 150 anos, na última década um renovado interesse surgiu, baseado no melhor entendimento da sua estrutura, visualizando que as macrofibras são compostas por entidades de menor tamanho e com maior força mecânica, que podem ser removidas sob condições apropriadas. Durante a biossíntese das cadeias de celulose, ligações do tipo força de van der Waals e pontes de hidrogênio entre os grupos hidroxila e oxigênio de moléculas adjacentes promovem o empilhamento paralelo de múltiplas cadeias de celulose formando fibrilas elementares que se agregarão em microfibrilas maiores. Dependendo da sua origem, o diâmetro dessas nanofibrilas pode variar, porém, geralmente se baseia entre 2-20 nm e alguns microns em comprimento. As nanofibrilas são compostas de zonas amorfas e cristalinas, podendo ser consideradas de fato, como um cordão de cristais de celulose ligados ao longo do eixo de microfibrilas por domínios amorfos e desordenados.[003]. Although pure cellulose and its derivatives have been widely known and used for over 150 years, in the last decade a renewed interest has arisen, based on a better understanding of its structure, visualizing that macrofibers are composed of smaller entities with greater mechanical strength. , which can be removed under appropriate conditions. During the biosynthesis of cellulose chains, van der Waals force-type bonds and hydrogen bonds between the hydroxyl and oxygen groups of adjacent molecules promote parallel stacking of multiple cellulose chains forming elementary fibrils that will aggregate into larger microfibrils. Depending on their origin, the diameter of these nanofibrils can vary, however, it is generally between 2-20 nm and a few microns in length. Nanofibrils are composed of amorphous and crystalline zones, and can be considered, in fact, as a cord of cellulose crystals connected along the axis of microfibrils by amorphous and disordered domains.

[004]. A extração dos elementos de celulose em nano-escala a partir de fibras lignocelulósicas é um assunto muito estudado e pesquisado devido às características específicas destes nanocompostos, principalmente devido ao fato de serem extraídos de fontes renováveis, abundantes e de baixo custo, além da grande razão entre a superfície e o volume, elevada força e rigidez, baixos coeficientes de expansão térmica, peso e densidade e também devido à sua biodegradabilidade. Dentre as inúmeras possibilidades de aplicação, se destacam o reforço de compósitos para formulação de embalagens, estruturas de suporte para a engenharia de tecidos, bases para aplicações cosméticas, meios filtrantes, agentes espessantes e modificadores de textura, compostos adsorventes, reforço de papel, entre outros.[004]. The extraction of cellulose elements at the nanoscale from lignocellulosic fibers is a subject that has been much studied and researched due to the specific characteristics of these nanocomposites, mainly due to the fact that they are extracted from renewable, abundant and low cost sources, in addition to the great reason between surface and volume, high strength and rigidity, low coefficients of thermal expansion, weight and density and also due to its biodegradability. Among the numerous possibilities of application, we highlight the reinforcement of composites for packaging formulation, support structures for tissue engineering, bases for cosmetic applications, filter media, thickening agents and texture modifiers, adsorbent compounds, paper reinforcement, among others. others.

[005]. Apesar de uma grande variedade de métodos para a extração de nanocompostos de madeira e fibras naturais já ter sido descrita e patenteada, eles são basicamente efetuados por duas rotas: por hidrólise ácida ou por tratamento mecânico.[005]. Although a wide variety of methods for the extraction of nanocomposites from wood and natural fibers have already been described and patented, they are basically carried out by two routes: by acid hydrolysis or by mechanical treatment.

[006]. A hidrólise ácida promove a clivagem transversal das porções não cristalinas das microfibrilas de celulose, levando a formação dos então conhecidos nanocristais de celulose ou “whiskers”, que são partículas em formato de haste, com diâmetros que variam entre 2-20 nm e comprimento entre 100-600 nm. Ácidos fortes, orgânicos ou inorgânicos, são os mais empregados, como descrito em CN101942102A, CN104762846B, CN106380613A, onde a região amorfa da cadeia celulósica foi removida pela ação do ácido sulfúrico em concentrações entre 60-65%. Menos, mas também aplicado, o ácido clorídrico pode ser utilizado na forma de gás (RU2281993) ou líquido (JP2014511907A).[006]. Acid hydrolysis promotes transverse cleavage of the non-crystalline portions of cellulose microfibrils, leading to the formation of the so-called cellulose nanocrystals or “whiskers”, which are rod-shaped particles, with diameters ranging from 2-20 nm and length between 100-600 nm. Strong acids, organic or inorganic, are the most used, as described in CN101942102A, CN104762846B, CN106380613A, where the amorphous region of the cellulosic chain was removed by the action of sulfuric acid in concentrations between 60-65%. Less, but also applied, hydrochloric acid can be used in the form of gas (RU2281993) or liquid (JP2014511907A).

[007]. Os nanocristais são caracterizados por sua elevada cristalinidade e pelo comportamento coloidal das suas suspensões aquosas. Podem ser facilmente aplicados no reforço de matrizes poliméricas; na síntese de polímeros com comportamento líquido- cristalino para componentes eletrônicos; na imobilização enzimática no preparo de biocatalizadores; na área medica auxiliando no processamento de imagens para a localização de tumores ou células bacterianas; na liberação de medicamentos, entre outros.[007]. Nanocrystals are characterized by their high crystallinity and the colloidal behavior of their aqueous suspensions. They can be easily applied to reinforce polymer matrices; in the synthesis of polymers with liquid-crystalline behavior for electronic components; in enzymatic immobilization in the preparation of biocatalysts; in the medical area helping in the processing of images for the localization of tumors or bacterial cells; in the release of drugs, among others.

[008]. Por sua vez, a aplicação de fortes forças de cisalhamento impostas pelo tratamento mecânico de fibras de celulose permite a extração de microfibrilas e agregados com elevada razão de aspecto capazes de formar agregados com cadeias extremamente emaranhadas. Diferentes aparatos podem ser utilizados para o processamento de celulose nanofibrilada, como citado no documento de patente JP2009298972A; desde moinhos de discos (WO2013072559), moinhos de bolas, facas, refinadores (US20140154756A1; US20150368368A1) até homogeneizadores de alta pressão (WO2014068196A2).[008]. In turn, the application of strong shear forces imposed by the mechanical treatment of cellulose fibers allows the extraction of microfibrils and aggregates with a high aspect ratio capable of forming aggregates with extremely entangled chains. Different apparatuses can be used for processing nanofibrillated cellulose, as cited in patent document JP2009298972A; from disc mills (WO2013072559), ball mills, knife mills, refiners (US20140154756A1; US20150368368A1) to high pressure homogenizers (WO2014068196A2).

[009]. Esse tipo de nanocelulose é conhecida como celulose nanofibrilada, nanofibrila de celulose ou apenas nanocelulose, e vem sendo aplicada como reforço para compósitos de polímeros, como reforço na produção de papel, na indústria cosmética e de alimentos como agente espessante, agente carreador e estabilizante.[009]. This type of nanocellulose is known as nanofibrillated cellulose, cellulose nanofibril or just nanocellulose, and has been applied as reinforcement for polymer composites, as reinforcement in paper production, in the cosmetics and food industries as a thickening agent, carrier agent and stabilizer.

[010]. A produção de nanofibrilas celulósicas e sua aplicação em nanocompósitos vem ganhando crescente atenção devido às profundas melhorias geradas nas características destes, como aumento das propriedades mecânicas e a diminuição das propriedades de barreira de gases. A ação da nanocelulose como nano-reforço é principalmente causada por sua elevada força e rigidez combinadas ao seu baixo peso molecular, bem como sua biodegradabilidade, biocampatibilidade e renovabilidade. Comparada à celulose microcristalina, as nanofibrilas de celulose são mais efetivas no reforço de biopolímeros devido às interações entre os nano-elementos que formam uma rede percolada conectada por pontes de hidrogênio quando elas estão bem dispersas na matriz polimérica.[010]. The production of cellulosic nanofibrils and their application in nanocomposites has been gaining increasing attention due to the profound improvements generated in their characteristics, such as increased mechanical properties and reduced gas barrier properties. The action of nanocellulose as a nano-reinforcement is mainly caused by its high strength and rigidity combined with its low molecular weight, as well as its biodegradability, biocompatibility and renewability. Compared to microcrystalline cellulose, cellulose nanofibrils are more effective in reinforcing biopolymers due to the interactions between the nanoelements that form a percolated network connected by hydrogen bonds when they are well dispersed in the polymeric matrix.

[011]. Nanomateriais de celulose têm sido extraídos de várias fontes vegetais e se mostrado como efetivo reforço na melhoria das propriedades mecânicas de filmes biopoliméricos formados por amidos, alginatos e quitosana. Tendo em vista a preocupação ambiental e as demandas legislativas quanto ao destino do material ao final do seu ciclo de vida útil, o uso de fibras naturais para extração de nanomateriais como as micro e nanofibrilas torna-se viável, já que são matérias primas renováveis e biodegradáveis, e possuem propriedades que satisfazem com êxito as características desejáveis como um material de reforço.[011]. Cellulose nanomaterials have been extracted from various plant sources and have been shown to be effective in improving the mechanical properties of biopolymeric films formed by starches, alginates and chitosan. In view of the environmental concern and the legislative demands regarding the destination of the material at the end of its useful life cycle, the use of natural fibers for the extraction of nanomaterials such as micro and nanofibrils becomes viable, since they are renewable raw materials and biodegradable, and have properties that successfully meet desirable characteristics as a reinforcing material.

[012]. A pupunheira (Bactris gasipaes) pertence à família das palmáceas, nativa dos trópicos úmidos americanos, cultivada por índios da América Central e da Amazônia desde aproximadamente 1545. Esta espécie é adaptada às condições amazônicas, porém pode ser cultivada em várias regiões brasileiras, como nos estados da Bahia, Espírito Santo, Rio de Janeiro, São Paulo, Paraná e Santa Catarina. No estado do Paraná, a região litorânea apresenta-se como uma área potencial para o plantio da pupunheira devido às condições climáticas favoráveis (altas temperaturas e alto índice pluviométrico). De 2004 a 2007 houve um aumento de 90 % da área cultivada nesta região.[012]. The pupunheira (Bactris gasipaes) belongs to the palmaceae family, native to the American humid tropics, cultivated by Indians from Central America and the Amazon since approximately 1545. This species is adapted to Amazonian conditions, however it can be cultivated in several Brazilian regions, as in the United States. states of Bahia, Espírito Santo, Rio de Janeiro, São Paulo, Paraná and Santa Catarina. In the state of Paraná, the coastal region presents itself as a potential area for planting peach palm due to favorable climatic conditions (high temperatures and high rainfall). From 2004 to 2007 there was an increase of 90% of the cultivated area in this region.

[013]. A pupunheira é uma monocotiledônea, pertence à família das Aricaceae, podendo atingir até 20 metros de altura. O estipe é praticamente cilíndrico, com o diâmetro variando de 10 a 20 cm, dividido por anéis com espinhos (os entrenós) e anéis sem espinhos (os nós), que são cicatrizes deixadas pela queda das folhas. Em razão do clima e do estádio fisiológico da planta, podem ocorrer entre 15 e 25 folhas, as quais apresentam de 120 a 240 folíolos compridos ao longo da raque e que se agrupam no topo da árvore.[013]. The peach palm is a monocot, belongs to the Aricaceae family, and can reach up to 20 meters in height. The stipe is practically cylindrical, with a diameter ranging from 10 to 20 cm, divided by rings with thorns (internodes) and rings without thorns (nodes), which are scars left by falling leaves. Due to the climate and physiological stage of the plant, there may be between 15 and 25 leaves, which have 120 to 240 long leaflets along the rachis and which are grouped at the top of the tree.

[014]. O interesse no palmito pupunha iniciou a partir da década de 70, quando a exploração predatória da palmeira juçara na região sudeste do Brasil tinha alcançado o seu máximo e as reservas de palmito nativo já estavam bastante dilapidadas. A pupunheira se destaca pelo seu potencial para a exploração racional de palmito.[014]. Interest in peach palm hearts began in the 1970s, when the predatory exploitation of the juçara palm tree in southeastern Brazil had reached its peak and native palm heart reserves were already quite dilapidated. The peach palm stands out for its potential for the rational exploitation of heart of palm.

[015]. A exploração agroindustrial e industrialização do palmito pupunha trazem grandes benefícios socioeconômicos, no entanto, apenas uma pequena parte da biomassa, aproximadamente 1 m de uma palmeira de 15 m de altura, é comercializada como palmito, sendo o restante descartado, tendo como consequência a geração de grandes quantidades de resíduos.[015]. The agro-industrial exploration and industrialization of peach palm heart brings great socioeconomic benefits, however, only a small part of the biomass, approximately 1 m of a 15 m high palm tree, is commercialized as heart of palm, the remainder being discarded, resulting in the generation of large amounts of waste.

[016]. A matéria orgânica não comercializada, como as folhas, o caule e as bainhas externas, é descartada nas florestas e as bainhas medianas são descartadas na indústria. Um hectare de cultivo de pupunha produz cerca de 19,5 toneladas/ano de matéria seca, e a quantidade de palmito bruto extraído é de apenas 1,76 tonelada/hectare/ano, ou seja, 9% da biomassa produzida. Pouco tem sido feito na transformação ou aproveitamento destes resíduos, que totalizam 70% da produção final e constituem um problema ambiental.[016]. Non-commercial organic matter, such as leaves, stems and outer sheaths, is discarded in the forests and the middle sheaths are discarded in the industry. One hectare of peach palm cultivation produces about 19.5 tons/year of dry matter, and the amount of raw heart of palm extracted is only 1.76 tons/hectare/year, that is, 9% of the biomass produced. Little has been done in the transformation or use of these residues, which total 70% of the final production and constitute an environmental problem.

[017]. Estima-se que a produção de resíduos agroindustriais no Brasil é em torno de 250 milhões de toneladas/ano, os quais são compostos de celulose (20 a 60 %), hemicelulose (20 a 30 %) e lignina (15 a 30 %), variando a concentração de acordo com a matéria-prima.[017]. It is estimated that the production of agro-industrial residues in Brazil is around 250 million tons/year, which are composed of cellulose (20 to 60 %), hemicellulose (20 to 30 %) and lignin (15 to 30 %) , varying the concentration according to the raw material.

[018]. Além de comprometer o meio ambiente, a não utilização de subprodutos representa uma grande perda de biomassa que poderia ser empregada na obtenção de produtos de alto valor. Atualmente, há uma tendência global de usar de forma eficiente todos os recursos naturais. A produção sustentável de alimentos e a valorização dos resíduos são questões que cada vez mais serão consideradas pelas agroindústrias. Por sua vez, a celulose obtida de resíduos agroindustriais tem qualidade semelhante à de origem madeireira tradicional, e estes apresentam a vantagem de ter ciclos de crescimento mais curtos e além de tudo, menores teores de lignina, levando assim a processos de deslignificação mais simples.[018]. In addition to compromising the environment, not using by-products represents a great loss of biomass that could be used to obtain high-value products. Currently, there is a global trend to efficiently use all natural resources. Sustainable food production and waste recovery are issues that will be increasingly considered by agroindustries. In turn, the pulp obtained from agro-industrial residues has a quality similar to that of traditional wood, and these have the advantage of having shorter growth cycles and, above all, lower lignin contents, thus leading to simpler delignification processes.

[019]. Quando se consegue promover o aproveitamento de resíduos de alto valor celulósico como as bainhas externas de pupunha, que apresentam aproximadamente 60% do seu peso em porções celulósicas, gerando produtos com alto valor agregado como as porções de celulose em escala nanométrica se utilizando de uma tecnologia de produção simples e facilmente reproduzível como a desfibrilação mecânica, o problema gerado pelo depósito da grande quantidade destes resíduos no meio ambiente é resolvido, gerando ainda um aumento da lucratividade para o produtor e para a indústria beneficiadora.[019]. When it is possible to promote the use of residues with high cellulosic value such as peach palm outer sheaths, which present approximately 60% of their weight in cellulosic portions, generating products with high added value such as portions of cellulose on a nanometric scale using a technology of simple and easily reproducible production such as mechanical defibrillation, the problem generated by depositing a large amount of this waste in the environment is solved, also generating an increase in profitability for the producer and the processing industry.

[020]. Nanoestruturas fibrilares de celulose possuem baixo custo, são ambientalmente corretas e exibem características mecânicas excepcionais, o que as tornam uma das mais atraentes classes de materiais para elaboração de nanomateriais, sendo uma excelente maneira de se agregar valor à subprodutos e rejeitos da agroindústria.[020]. Cellulose fibrillar nanostructures are low cost, environmentally friendly and exhibit exceptional mechanical characteristics, which make them one of the most attractive classes of materials for the preparation of nanomaterials, being an excellent way to add value to by-products and waste from the agroindustry.

Description of the approach to the technical problem

[021]. Constata-se que as atividades associadas à produção e industrialização do palmito têm como consequência a geração de grandes quantidades de resíduos, o que pode representar um problema para meio o ambiente, já que a matéria orgânica não utilizada, se incorporada ao solo, promove um processo de humificação, atividade microbiana que provoca temporariamente uma deficiência de nitrogênio no solo, por seu consumo pelos microrganismos decompositores. Desta forma, estes resíduos deveriam ser tratados adequadamente a fim de reduzir os problemas ambientais e contribuir para o desenvolvimento sustentável das regiões produtoras. Iniciativas no sentido de tratar e/ou aproveitar os resíduos tornam-se essenciais para minimizar problemas ambientais e de saúde pública, bem como, para gerar fontes alternativas de renda contribuindo assim, para o desenvolvimento sustentável.[021]. It appears that the activities associated with the production and industrialization of heart of palm result in the generation of large amounts of waste, which can represent a problem for the environment, since unused organic matter, if incorporated into the soil, promotes a humification process, microbial activity that temporarily causes a nitrogen deficiency in the soil, due to its consumption by decomposing microorganisms. In this way, these residues should be adequately treated in order to reduce environmental problems and contribute to the sustainable development of the producing regions. Initiatives to treat and/or use waste become essential to minimize environmental and public health problems, as well as to generate alternative sources of income, thus contributing to sustainable development.

[022]. A crescente preocupação com o meio ambiente, verificada ao longo dos últimos anos, tem servido de base para que sociedades e organizações questionem os modelos de exploração dos recursos naturais, abordando não somente a intensidade como são explorados, como também as consequências ambientais decorrentes de sua utilização.[022]. The growing concern for the environment, verified over the last few years, has served as a basis for societies and organizations to question the models of exploitation of natural resources, addressing not only the intensity with which they are exploited, but also the environmental consequences resulting from their use.

[023]. Assim, diversas maneiras têm sido buscadas, não só para reduzir a intensidade de exploração dos recursos naturais, mas também com foco na reutilização dos subprodutos gerados nos diversos processos das industriais.[023]. Thus, several ways have been sought, not only to reduce the intensity of exploitation of natural resources, but also with a focus on the reuse of by-products generated in the various industrial processes.

[024]. As bainhas externas descartadas após a extração dos toletes de palmito, são resíduos lignocelulósicos, geralmente caracterizados por sua baixa solubilidade e degradabilidade, necessitando ser reduzido em partículas muito finas para potencialização de seu tratamento. Sua degradabilidade é determinada pela relação entre a celulose, a hemicelulose e a lignina.[024]. The outer sheaths discarded after the extraction of heart of palm stalks are lignocellulosic residues, generally characterized by their low solubility and degradability, needing to be reduced into very fine particles to enhance their treatment. Its degradability is determined by the ratio between cellulose, hemicellulose and lignin.

[025]. Este resíduo agroecológico, composto por material vegetal lignocelulósico, pode ser considerado um produto florestal não- madeireiro e após tratamentos químicos e mecânicos pode ser utilizado como fonte renovável para a obtenção de nanofibrilas de celulose.[025]. This agroecological waste, composed of lignocellulosic plant material, can be considered a non-timber forest product and after chemical and mechanical treatments can be used as a renewable source to obtain cellulose nanofibrils.

[026]. Estas estruturas estão sendo inesgotavelmente estudadas e têm mostrado potencial inovação na formulação de compósitos como reforço físico, mas também na formulação de papel, alimentos, cosméticos, utilização em áreas médicas e também automobilísticas, aéreas e navais.[026]. These structures are being inexhaustibly studied and have shown potential innovation in the formulation of composites as physical reinforcement, but also in the formulation of paper, food, cosmetics, use in medical areas and also in the automotive, air and naval fields.

[027]. A presente proposta compreende na utilização de um composto sem valor comercial e que gera um dano ao meio ambiente quando não corretamente descartado a um produto com alto valor agregado e elevado interesse tecnológico, sendo uma alternativa viável para a disposição dos resíduos gerados durante o corte das palmeiras para extração do palmito.[027]. This proposal comprises the use of a compound with no commercial value and that causes damage to the environment when not correctly discarded to a product with high added value and high technological interest, being a viable alternative for the disposal of waste generated during the cutting of palm trees for heart of palm extraction.

Detailed Description of the Invention

[028]. A obtenção de nanofibrilas de celulose a partir das bainhas externas da palmeira Bactris gasipaes é viabilizada a partir da desfibrilação mecânica de soluções de fibras previamente separadas e deslignificadas.[028]. Obtaining cellulose nanofibrils from the external sheaths of the Bactris gasipaes palm tree is made possible through the mechanical defibrillation of previously separated and delignified fiber solutions.

[029]. O processo de deslignificação ou branqueamento das fibras se deu por tratamento químico a temperatura e pH controlados.[029]. The fiber delignification or bleaching process was carried out by chemical treatment at controlled temperature and pH.

[030]. As bainhas previamente cortadas em cavacos, com teor de umidade aproximado de 8% foram hidratadas em água, a uma consistência de 10%, ficando em contato por 24 horas a temperatura ambiente, para assim favorecer a separação mecânica das fibras.[030]. The sheaths previously cut into chips, with an approximate moisture content of 8%, were hydrated in water, at a consistency of 10%, remaining in contact for 24 hours at room temperature, in order to favor the mechanical separation of the fibers.

[031]. A solução de cavacos e água foi refinada em moinho, ocorrendo assim o processo mecânico de desintegração das fibras com o objetivo de promover a individualização das mesmas, favorecendo a ação posterior do agente branqueador.[031]. The solution of chips and water was refined in a mill, thus taking place the mechanical process of disintegration of the fibers in order to promote their individualization, favoring the subsequent action of the bleaching agent.

[032]. O processo de deslignificação ou branqueamento foi adaptado de Wise et al. (1946). Para cada 10 g de polpa foi usado 1,5 g de clorito de sódio (NaClO2) a 80% e 10 gotas de ácido acético glacial em 160 ml de água destilada. O material foi mantido à 80°C durante 1 hora. Foram realizadas três etapas de deslignificação, sendo que em cada intervalo a polpa foi lavada com água em abundância a fim de eliminar possíveis resíduos de NaClO2.[032]. The delignification or bleaching process was adapted from Wise et al. (1946). For every 10 g of pulp, 1.5 g of sodium chlorite (NaClO2) at 80% and 10 drops of glacial acetic acid in 160 ml of distilled water were used. The material was held at 80°C for 1 hour. Three delignification steps were performed, and at each interval the pulp was washed with plenty of water in order to eliminate possible NaClO2 residues.

[033]. Ao fim do último passo de branqueamento, as fibras foram lavadas, centrifugadas para retirada do excesso de água e então armazenadas.[033]. At the end of the last bleaching step, the fibers were washed, centrifuged to remove excess water and then stored.

[034]. A partir das fibras deslignificadas foi possível a obtenção de uma suspensão de nanofibrilas de celulose em água a partir da desfibrilação mecânica das fibras em moinho tipo coloidal.[034]. From the delignified fibers it was possible to obtain a suspension of cellulose nanofibrils in water from the mechanical defibrillation of the fibers in a colloidal mill.

[035]. As condições que possibilitaram a obtenção de nanofibrilas foram: velocidade de rotação de 1500 rpm, abertura entre as pedras entre 0,1 e 0,5 mm, consistência das soluções de fibras/água entre 0,1 e 4% (das fibras absolutamente secas) e número de passes entre 2 e 40.[035]. The conditions that made it possible to obtain nanofibrils were: rotation speed of 1500 rpm, opening between the stones between 0.1 and 0.5 mm, consistency of fiber/water solutions between 0.1 and 4% (from absolutely dry fibers ) and number of passes between 2 and 40.

[036]. Ao término do processo, foram obtidas suspensões de nanofibrilas de celulose com aspecto de gel. Todas as condições citadas acima, possibilitaram a obtenção de características nanométricas confirmadas através de microscopia de transmissão eletrônica, com fibras com diâmetros nanométricos variando entre 13,76 e 23,04 nm e comprimentos micrométricos que não podem ser definidos pela natureza emaranhada das nanofibrilas de celulose.[036]. At the end of the process, gel-like suspensions of cellulose nanofibrils were obtained. All the conditions mentioned above made it possible to obtain nanometric characteristics confirmed by transmission electron microscopy, with fibers with nanometric diameters ranging between 13.76 and 23.04 nm and micrometric lengths that cannot be defined by the tangled nature of cellulose nanofibrils .

[037]. O índice de cristalinidade das nanofibrilas foi verificado por difração de raio-x e ficou entre 50-60%, e sua temperatura de transição vítrea foi determinada por análise térmica, ficando superior a 240oC.[037]. The crystallinity index of the nanofibrils was verified by X-ray diffraction and was between 50-60%, and their glass transition temperature was determined by thermal analysis, being above 240oC.

[038]. As características dos produtos finais obtidos citadas nos parágrafos 36 e 37, comprovam a habilidade do processo descrito (Imagem 5) em obter nanofibrilas de celulose de resíduos de pupunha com potencial aplicação em diversas áreas da ciência e tecnologia, desde reforço físico em compostos poliméricos e embalagens até agentes de corpo em formulações de alimentos, tinturas ou cosméticos.[038]. The characteristics of the final products obtained mentioned in paragraphs 36 and 37, prove the ability of the described process (Image 5) to obtain cellulose nanofibrils from peach palm residues with potential application in several areas of science and technology, from physical reinforcement in polymeric compounds and packaging to body agents in food, tincture or cosmetic formulations.

[039]. Este potencial está indicado em patentes que comprovam os múltiplos usos de nanocelulose de diferentes fontes. Como reforço físico em filmes biodegradáveis (CN104987516B); formação de filmes com apenas nanocelulose (CN104479368A); em embalagens e revestimentos comestíveis (CN103254469A, US 20140272013A1); na formulação de cosméticos (KR101771606B1; na produção de géis e hidrogéis (EP2236545A1, KR101677979B, CN102666669A), membranas (CN106188600A) e espumas (US20130330417A1).[039]. This potential is indicated in patents that prove the multiple uses of nanocellulose from different sources. As physical reinforcement in biodegradable films (CN104987516B); film formation with only nanocellulose (CN104479368A); in edible packaging and coatings (CN103254469A, US 20140272013A1); in the formulation of cosmetics (KR101771606B1; in the production of gels and hydrogels (EP2236545A1, KR101677979B, CN102666669A), membranes (CN106188600A) and foams (US20130330417A1).

Description of Figures

[040]. Figura 1 - Imagem obtida por microscopia eletrônica de transmissão (MET) de nanofibrilas de celulose de pupunha (Bactris gasipaes) obtidas por 5 passes no moinho de uma solução de 1% de fibras em água a uma distância de 0,1 mm entre as pedras (etapa 07 do fluxograma) - destaque para a espessura nanométrica das fibrilas, característica alcançada pelos procesos aplicados.[040]. Figure 1 - Image obtained by transmission electron microscopy (TEM) of peach palm (Bactris gasipaes) cellulose nanofibrils obtained by 5 passes in the mill of a 1% solution of fibers in water at a distance of 0.1 mm between the stones (step 07 of the flowchart) - emphasis on the nanometric thickness of the fibrils, a characteristic achieved by the applied processes.

[041]. Figura 2 - Imagem obtida por microscopia eletrônica de transmissão (MET) de nanofibrilas de celulose de pupunha (Bactris gasipaes) obtidas por 5 passes no moinho de uma solução de 2% de fibras em água a uma distância de 0,2 mm entre as pedras (etapa 07 do fluxograma) - destaque para a espessura nanométrica das fibrilas, característica alcançada pelos procesos aplicados.[041]. Figure 2 - Image obtained by transmission electron microscopy (TEM) of peach palm (Bactris gasipaes) cellulose nanofibrils obtained by 5 passes in the mill of a 2% solution of fibers in water at a distance of 0.2 mm between the stones (step 07 of the flowchart) - emphasis on the nanometric thickness of the fibrils, a characteristic achieved by the applied processes.

[042]. Figura 3 - Imagem obtida por microscopia eletrônica de transmissão (MET) de nanofibrilas de celulose de pupunha (Bactris gasipaes) obtidas por 10 passes no moinho de uma solução de 1% de fibras em água a uma distância de 0,5 mm entre as pedras (etapa 07 do fluxograma) - destaque para a espessura nanométrica das fibrilas, característica alcançada pelos procesos aplicados.[042]. Figure 3 - Image obtained by transmission electron microscopy (TEM) of peach palm (Bactris gasipaes) cellulose nanofibrils obtained by 10 passes in the mill of a 1% solution of fibers in water at a distance of 0.5 mm between the stones (step 07 of the flowchart) - emphasis on the nanometric thickness of the fibrils, a characteristic achieved by the applied processes.

[043]. Figura 4 - Imagem obtida por microscopia eletrônica de transmissão (MET) de nanofibrilas de celulose de pupunha (Bactris gasipaes) obtidas por 15 passes no moinho de uma solução de 1% de fibras em água a uma distância de 0,1 mm entre as pedras (etapa 07 do fluxograma) - destaque para a espessura nanométrica das fibrilas, característica alcançada pelos procesos aplicados.[043]. Figure 4 - Image obtained by transmission electron microscopy (TEM) of peach palm (Bactris gasipaes) cellulose nanofibrils obtained by passing 15 passes in the mill of a 1% solution of fibers in water at a distance of 0.1 mm between the stones (step 07 of the flowchart) - emphasis on the nanometric thickness of the fibrils, a characteristic achieved by the applied processes.

[044]. Figura 5 - Fluxograma do processo de obtenção de nanofibrilas de celulose a partir da desintegração mecânica de resíduos de corte da pupunheira (Bactris gasipaes), onde a) Corte em formato de cavacos dos resíduos de bainha externa da pupunheira (Bactris gasipaes); b) Secagem dos cavacos a 40oC/48h (teor de umidade médio de 8%); c) Hidratação dos cavacos (10% cavacos) em água por 24 horas; d) Refino em moinho; e) Deslignificação das fibras utilizando como principal composto ativo o clorito de sódio a 80% e tempo de contato de uma hora a 80oC (processo repetido por 3 vezes), finalizado por lavagem em água e centrifugação das fibras branqueadas para retirada do excesso de água; f) Solução de fibras branqueadas em água (consistência entre 0,5 e 2%); g) Obtenção de suspensões de nanofibrilas de celulose com aspecto de gel ao término do processo de desfibrilação mecânica em moinho coloidal Super Masscolloider (MKCA6-3; Masuko Sangyo Co., Ltda.). (Velocidade de rotação de 1500 rpm; abertura entre as pedras entre 0,1 e 0,5 mm; número de passes entre 2 e 20).[044]. Figure 5 - Flowchart of the process for obtaining cellulose nanofibrils from the mechanical disintegration of peach palm (Bactris gasipaes) cutting residues, where a) Cutting the outer sheath residue of peach palm (Bactris gasipaes) into chips; b) Drying of the chips at 40oC/48h (average moisture content of 8%); c) Hydration of chips (10% chips) in water for 24 hours; d) Refining in mill; e) Delignification of the fibers using 80% sodium chlorite as the main active compound and a contact time of one hour at 80oC (process repeated 3 times), finished by washing in water and centrifuging the bleached fibers to remove excess water ; f) Solution of bleached fibers in water (consistency between 0.5 and 2%); g) Obtaining gel-like suspensions of cellulose nanofibrils at the end of the mechanical defibrillation process in a Super Masscolloider colloid mill (MKCA6-3; Masuko Sangyo Co., Ltda.). (Rotating speed 1500 rpm; gap between stones between 0.1 and 0.5 mm; number of passes between 2 and 20).

Bibliographic references

[045]. WISE, L. E.; MURPHY, M.; D’ADDIECO, A.A. Chlorite holocellulose, its fractionation and bearing on summative wood analysis and on studies on the hemicelluloses. Paper Trade Journal, v.122, p.3543,1946.[045]. WISE, L.E.; MURPHY, M.; D'ADDIECO, A.A. Chlorite holocellulose, its fractionation and bearing on summative wood analysis and on studies on the hemicelluloses. Paper Trade Journal, v.122, p.3543,1946.

Claims

1 - PROCESS OF OBTAINING CELLULOSE NANOFIBRILS FROM PEACH PACHYFISH CUTTING WASTE (Bactris gasipaes), characterized by the following steps that are shown in the flowchart: a) Cutting the outer sheath waste of peach palm (Bactris gasipaes) in the shape of chips ; b) Drying of the chips at 40oC/48h (average moisture content of 8%); c) Hydration of chips (10% chips) in water for 24 hours; d) Refining in mill; e) Delignification of the fibers using 80% sodium chlorite as the main active compound and a contact time of one hour at 80oC (process repeated 3 times), finished by washing in water and centrifuging the bleached fibers to remove excess water ; f) Solution of bleached fibers in water (consistency between 0.5 and 2%); g) Obtaining gel-like suspensions of cellulose nanofibrils at the end of the mechanical defibrillation process in a Super Masscolloider colloidal mill (MKCA6-3; Masuko Sangyo Co., Ltd.), (Rotation speed of 1500 rpm; opening between the stones between 0.1 and 0.5 mm; number of passes between 2 and 20).

2 - PROCESS FOR OBTAINING CELLULOSE NANOFIBRILS FROM CUTTING RESIDUES OF PEACH PACHY (Bactris gasipaes), according to claim 1, characterized by the use of fibers from agro-industrial lignocellulosic residues from the cutting of peach palm (Bactris gasipae) for the production of nanocellulose.

3 - COMPOUND OBTAINED THROUGH THE PROCESS OF OBTAINING CELLULOSE NANOFIBRILS FROM CUTTING WASTE OF PEACH PACHY (Bactris gasipaes), according to claims 1 and 2, characterized in that it is a compound of cellulose nanofibrils, nanofibrillated cellulose or just nanocellulose, called suspension/solution/gel of cellulose nanofibrils, with thickness varying between 13.76 and 23.04 nm.