BR112012027633B1 - processo para a produção de materiais compósitos, e, uso de um gel de celulose nanofibrilar - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE MATERIAIS COMPÓSITOS, USOS DE UM GEL DE CELULOSE NANOFIBRILAR E DE UM MATERIAL COMPÓSITO, E, MATERIAL COMPÓSITO Um processo para a produção de materiais compósitos que compreende géis de celulose nanofibrilares, fornecendo-se fibras de celulose e pelo menos uma carga e/ou um pigmento, combinar as fibras de celulose e o pelo menos uma carga e/ou um pigmento, fibrilar as fibras de celulose na presença do pelo menos uma carga e/ou um pigmento até um gel ser formado, subsequentemente, fornecer pelo menos uma carga e/ou um pigmento adicional e combinar o gel com o pelo menos uma carga e/ou um pigmento adicional.

Description

[1] A presente invenção se refere a um processo para a produção de materiais compósitos com base em gel, os materiais obtidos por este processo bem como o uso dos mesmos em diversas aplicações.

[2] Um material compósito é basicamente uma combinação de dois ou mais materiais, cada um de que retém suas próprias propriedades distintivas. O material resultante tem características que não são características dos componentes em isolamento. Mais comumente, materiais compósitos têm uma fase de volume, que é contínuo, denominado a matriz; e uma fase dispersada, não contínua denominada o reforço. Alguns outros exemplos de compósitos básicos incluem concreto (cimento misturado com areia e agregado), concreto reforçado (vergalhão de aço em concreto) e fibra de vidro (fibras de vidro em uma matriz de resina).

[3] Os seguintes são algumas das razões porque os compósitos são selecionados por certas aplicações: - Resistência alta a razão em peso (resistência à tração alta de densidade baixa) - Resistência alta a fluência - Resistência à tração alta nas temperaturas elevadas - Rigidez alta

[4] Tipicamente, os materiais reforçados são fortes, enquanto a matriz é usualmente um material flexível ou resistente. Se o compósito é projetado e fabricado corretamente, este combina-se com a resistência do reforço com a rigidez da matriz para atingir uma combinação de propriedades desejáveis não disponíveis em qualquer material simples convencional. Por exemplo: compósitos de polímero/cerâmica têm um módulo maior do que o componente de polímero, mas não são tão frágeis quanto cerâmicas.

[5] Visto que o material de reforço é de importância primária no mecanismo de fortalecimento de um compósito, este é conveniente classificar os compósitos de acordo com as características do reforço. As seguintes três categorias são comumente usadas: a) “fibra reforçada”, em que a fibra é o componente que carrega a carga primária. b) “partícula reforçada”, em que a carga é formada pela matriz e as partículas. c) “dispersão fortalecida”, em que a matriz é o maior componente que carrega a carga. d) “compósitos estruturais”, em que as propriedades dependem dos constituintes e o projeto geométrico.

[6] Geralmente, a resistência do compósito depende principalmente na quantidade, combinação e tipo de fibra (ou partícula) reforço na resina. Além disso, o compósito é frequentemente formulado com cargas e aditivos que mudam o processamento e parâmetros do desempenho.

[7] Os compósitos avançados utilizam uma combinação de resinas e fibras, costumeiramente carbono/grafite, kevlar ou fibra de vidro com uma resina epóxi. As fibras fornecem a rigidez alta, enquanto a matriz de resina de polímero circundante mantém a estrutura juntas. O conceito de projeto fundamental de compósitos é que a fase de volume aceita a carga em uma área de superfície ampla e transferir este ao material de reforço, que pode realizar uma carga maior. Estes materiais foram primeiro desenvolvidos para uso na indústria aeroespacial por causa de certa aplicação estes têm uma rigidez maior em razão de peso para resistência em peso do que os metais. Este significa partes podem ser substituídas com partes de peso mais leves fabricadas de compósitos avançados.

[8] Deste modo, na técnica anterior é bem conhecido implementar os polímeros e os outros nos compósitos que, entretanto, são relativamente caros e ambientalmente hostis. Além disso, a adição de cargas como mencionado geralmente requer o tratamento de superfície, contendo os custos do processamento alto.

[9] Deste modo, ainda existem uma necessidade para a provisão de materiais compósitos de custo eficiente e ambientalmente favoráveis.

[10] Observando para a solução deste objetivo, diversos materiais foram investigados, inter alia, celulose e carbonato de cálcio.

[11] A celulose é o componente estrutural da parede celular primária de plantas verdes e é o composto orgânico mais comum na terra. É de interesse maior em muitos Pedidos e indústrias.

[12] A polpa da celulose como um material bruto é processado fora da madeira ou hastes de plantas tal como cânhamo, linho e manila. As fibras de polpa são construídas principalmente a partir da celulose e outros componentes orgânicos (hemicelulose e lignina). As macromoléculas de celulose (compostos de 1-4 glicosídico ligado pelas moléculas de P—D- Glicose) são ligadas juntos pela ligação de hidrogênio para formar uma fibrila primária denominada (micela) que tem domínios cristalinos e amorfos. Diversas fibrilas primárias (em torno de 55) formam uma microfibrila denominada. Em torno de 250 destas microfibrilas formam uma fibrila.

[13] As fibrilas estão arranjadas em camadas diferentes (que podem conter lignina e/ou hemicelulose) para formar uma fibra. As fibras individuais são ligadas juntas pela lignina também.

[14] Quando as fibras se tornam refinadas sob energia aplicada estas tornam-se fibriladas como as paredes celulares são quebradas e removidas nas faixas ligadas, isto é, nas fibrilas. Se esta quebra é continuada separar as fibrilas a partir do corpo da fibra, este libera as fibrilas. A quebra das fibras nas microfibrilas é referido como “microfibrilação”. Este processo pode ser continuado até não existirem fibras esquerdas e apenas fibrilas de nano tamanho (espessura) permaneça.

[15] Se o processo ainda continua e quebra estas fibrilas em fibrilas menores, estas eventualmente tornam-se fragmentos de celulose ou géis nanofibrilares. Dependendo de quão longe esta última etapa é tomada algumas nanofibrilas podem permanecer entre o gel nanofibrilar. A quebra das fibrilas primárias pode ser referida como “nanofibrilação”, onde podem ser a transição suave entre os dois regimes. As fibrilas primárias formam em um ambiente aquoso um gel (rede estável meta de fibrilas primárias) que podem ser referidas como “gel nanofibrilar”. O gel formado a partir de nanofibrilas pode ser considerado conter nanocelulose.

[16] Os géis nanofibrilares são desejáveis como estes usualmente contém muitas fibrilas finas, consideradas ser constituídas em parte de nanocelulose, mostrando um potencial de ligação mais forte por si só, ou em qualquer outro material presente, do que das fibrilas que não são deste modo finas ou não exibem a estrutura nanocelulósica.

[17] A partir do Pedido de Patente Europeu não publicado N°. 09 156 703.2, géis de celulose nanofibrilares são conhecidos. Entretanto, não existem conhecimento com relação a formação dos materiais compósitos.

[18] Foi observado que tais géis de celulose podem ser formados nos materiais compósitos, que podem ser produzidos mais fácil/mais rápido pela adição de cargas e/ou pigmentos em tais géis e resultam em uma funcionabilidade melhorada e que são ambientalmente favoráveis comparadas com outros materiais compósitos.

[19] Deste modo, o problema acima é resolvido por um processo para a produção de materiais compósitos que compreende géis de celulose nanofibrilares, que é caracterizado pelas seguintes etapas: a) fornecer fibras de celulose; b) fornecer pelo menos uma carga e/ou um pigmento; c) combinar as fibras de celulose da etapa a) e o pelo menos uma carga e/ou um pigmento da etapa b); d) fibrilar as fibras de celulose na presença do pelo menos uma carga e/ou um pigmento até um gel ser formado; e) fornecer pelo menos uma carga e/ou um pigmento adicional; f) combinar o gel da etapa d) com o pelo menos uma carga e/ou um pigmento adicional da etapa e).

[20] A celulose nanofibrilar no contexto da presente invenção significa fibras, que são pelo menos parcialmente quebram as fibrilas primárias. Se estas fibrilas primárias estão em um ambiente aquoso, um gel (rede estável meta de fibrilas primárias consideradas no limite de clareza a se essencialmente nanocelulose) é formado, que é indicado como “gel nanofibrilar”, em que é uma transição suave entre nano fibras e gel nanofibrilar, que compreende géis nanofibrilares contendo uma variação da extensão de nanofibrilas, todas de que são compreendidas pelo termo géis de celulose nanofibrilares de acordo com a presente invenção.

[21] A este respeito, fibrilar no contexto da presente invenção significa qualquer processo que predominantemente quebram as fibras e fibrilas junto a seu eixo longo resultando na diminuição do diâmetro das fibras e fibrilas, respectivamente.

[22] De acordo com o processo da presente invenção, a fibrilação de fibras de celulose na presença de pelo menos uma carga e/ou um pigmento fornece um gel de celulose nanofibrilar. A fibrilação é realizada até o gel é formado, em que a formação do gel é verificada pelo monitoramento da viscosidade na dependência da taxa de corte. No aumento passo a passo da taxa de corte uma certa curva reflete uma diminuição da viscosidade é obtida. Se, subsequentemente, a taxa de corte é reduzida passo a passo, a viscosidade aumenta novamente, mas os valores correspondentes em pelo menos parte da faixa da taxa de corte como métodos de corte zero são inferiores do que quando o aumento da taxa de corte, graficamente expressado pela histerese manifesta quando a viscosidade é plotada contra uma taxa de corte. Tão breve quanto este comportamento é observado, a gel de celulose nanofibrilar de acordo com a presente invenção é formado. Ainda detalha com relação a produção do gel de celulose nanofibrilar pode ser tomado do Pedido de Patente Europeu não publicado N°. 09 156 703.

[23] As fibras de celulose, que podem ser usadas no processo da presente invenção podem ser tais contidas nas polpas termomecânicas, quimiomecânicas, mecânicas, químicas e naturais. Especialmente úteis são as polpas selecionadas do grupo que compreende polpa de eucalipto, polpa de espruce, polpa de pinheiro, polpa de faixa, polpa de cânhamo, polpa de algodão, polpa de bambu, bagaço e misturas das mesmas. Em uma forma de realização, toda ou parte desta fibra de celulose pode ser emitida a partir da etapa da reciclagem do material que compreende fibras de celulose. Deste modo, a polpa também pode ser reciclada e/ou polpa despigmentada.

[24] O tamanho das fibras de celulose a princípio não é crítico. Em geral, são úteis na presente invenção quaisquer fibras comercialmente disponíveis e processados no dispositivo usado por sua fibrilação. Dependendo de sua origem, fibras de celulose pode ter um comprimento de 50 mm a 0,1 gm. Tais fibras, bem como tendo um comprimento de preferivelmente 20 mm a 0,5 um, mais preferivelmente de 10 mm a 1 mm e tipicamente de 2 a 5 mm, pode ser vantajosamente usado na presente invenção, em que também fibras mais curtas e mais longas podem ser úteis.

[25] É vantajoso para o uso na presente invenção que as fibras de celulose são fornecidas na forma de uma suspensão, especialmente uma suspensão aquosa. Preferivelmente, tais suspensões têm um conteúdo de sólidos de 0,2 a 35 % em peso, mais preferivelmente de 0,25 a 10 % em peso, ainda mais preferivelmente de 0,5 a 5 % em peso, especialmente de 1 a 4 % em peso, mais preferivelmente 1,3 a 3 % em peso, por exemplo, 1,5 % em peso.

[26] Pelo menos uma carga e/ou um pigmento da etapas b) e e) são independentemente selecionadas do grupo que compreende carbonato de cálcio precipitado (PCC); carbonato de cálcio triturado natural (GCC); carbonato de cálcio modificado na superfície; dolomita; talco; bentonita; argila; magnesita; SATIN WHITE; sepiolita, huntita, diatomita; silicatos e misturas das mesmas.

[27] O carbonato de cálcio precipitado, que pode ter estrutura valerítica, calcítica ou de cristal aragonítico e/ou carbonato de cálcio triturado natural, que pode ser selecionado de mármore, calcário e/ou giz, são especialmente preferidos.

[28] Em uma forma de realização especial, o uso de carbonato de cálcio precipitado prismático, escalenoédico ou romboédrico distinto ultrafino pode ser vantajoso.

[29] As cargas e/ou os pigmentos podem ser fornecidos na forma de um pó, embora estes são preferivelmente adicionados na forma de uma suspensão, tal como uma suspensão aquosa. Neste caso, o conteúdo de sólidos da suspensão não é crítico contanto que estes sejam um líquido bombeável.

[30] Em uma forma de realização preferida, as partículas de carga e/ou pigmento da etapa b) têm um tamanho de partícula média de 0,01 a 15 gm, preferivelmente de 0,1 a 10 gm, mais preferivelmente de 0,3 a 5 gm, especialmente de 0,5 a 4 gm e mais preferivelmente de 0,7 a 3,2 gm, por exemplo, 2 gm.

[31] Para a determinação do peso do tamanho de partícula média d50, para as partículas tendo a d50 maior do que 0,5 gm, um dispositivo Sedigraph 5100 da companhia Micromeritics, USA foi usado. A medição foi realizada em uma solução aquosa de 0,1 % em peso de Na4P2O7. As amostras foram dispersadas usando um agitador de velocidade alta e ultrassom. Para a determinação do volume tamanho de partícula média para as partículas tendo a d50 500 nm, um Malvern Zetasizer Nano ZS da companhia Malvern, UK foi usado. A medição foi realizada em uma solução aquosa de 0,1 % em peso de Na4PZO7. As amostras foram dispersadas usando um agitador de velocidade alta e ultrassom.

[32] Tem apresentado especialmente vantajoso, se as cargas e/ou os pigmentos adicionada(o)s na etapa e) é um produto preferivelmente fino em termos do tamanho de partícula e especialmente preferivelmente compreende pelo menos uma fração de partículas tendo um diâmetro médio d50 na faixa de nanômetro, contrários aos pigmentos e/ou cargas usados na formação de gel, que são de outra maneira grossos.

[33] Deste modo, ainda é preferido que as partículas de carga e/ou pigmento da etapa e) têm um tamanho de partícula média de 0,01 a 5 um, preferivelmente de 0,05 a 1,5 um, mais preferivelmente de 0,1 a 0,8 um e mais preferivelmente de 0,2 a 0,5 gm, por exemplo, 0,3 gm, em que um tamanho de partícula é determinado como mencionado acima.

[34] A(s) carga(s) e/ou os pigmento(s) pode(m) ser associado(s) com agentes dispersantes tal como aqueles selecionados do grupo que compreende homopolímeros ou copolímeros de ácidos policarboxílicos e/ou seus sais ou derivados tais como éteres com base em, por exemplo, ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, ácido fumárico, ácido itacônico; por exemplo, acril amida ou ésteres acrílicos tal como metilmetacrilato ou misturas das mesmas; polifosfatos de alquila, ácidos fosfônico, cítrico e tartárico ou os sais ou ésteres dos mesmos; ou misturas das mesmas.

[35] A combinação de fibras e pelo menos uma carga e/ou um pigmento das etapas b) e/ou e) pode ser realizada pela adição da carga e/ou do pigmento às fibras em uma ou diversas etapas. Também, as fibras podem ser adicionadas à carga e/ou o pigmento em uma ou diversas etapas. A carga e/ou o pigmento da etapa b) bem como as fibras podem ser totalmente adicionadas ou em porções antes ou durante a etapa fibrilar. Entretanto, a adição antes da fibrilar seja preferida. Durante o processo de fibrilação, o tamanho das cargas e/ou os pigmentos bem como o tamanho das fibras podem mudar.

[36] Preferivelmente, a razão em peso de fibras para cargas e/ou pigmentos da etapa b) em uma base de peso seco é de 1:33 a 10:1, mais preferivelmente de 1:10 a 7:1, ainda mais preferivelmente de 1:5 a 5:1, tipicamente de 1:3 a 3:1, especialmente de 1:2 a 2:1 e mais preferivelmente de 1:1,5 a 1,5:1, por exemplo, 1:1.

[37] A dosagem da carga e/ou do pigmento na etapa b) podem ser críticos. Se não existem muito da carga e/ou do pigmento, este pode influenciar a formação do gel. Deste modo, se nenhuma formação do gel é observada na combinação específica, deve ser necessário para reduzir a quantidade da carga e/ou do pigmento.

[38] Além disso, em uma forma de realização, a combinação é armazenada por 2 a 12 horas, preferivelmente 3 a 10 horas, mais preferivelmente 4 a 8 horas, por exemplo, 6 horas, antes de fibrilar, como este idealmente resulta no intumescimento das fibras facilitando a fibrilação.

[39] O intumescimento da fibra pode ser facilitado pela armazenagem no pH aumentado, bem como pela adição de solventes de celulose semelhantes por exemplo, etilenodiamina de cobre (II), tartarato de sódio-ferro ou lítio-cloro/dimetilacetamina, ou por qualquer outro método conhecido na técnica.

[40] A fibrilação é realizada por meio de qualquer dispositivo útil, portanto. Preferivelmente o dispositivo é um homogeneizador. Este também pode ser um triturador de fricção ultrafino tal como a Supermasscolloider de Masuko Sangyo Co. Ltd, Japão ou um como descrito em US 6.214.163 ou US 6.183.596.

[41] O adequado para o uso na presente invenção são quaisquer homogeneizadores comercialmente disponíveis, especialmente homogeneizadores de pressão alta, em que as suspensões são comprimidas sob pressão alta através de uma abertura restrita, que podem compreender uma válvula e são descarregados a partir da abertura restrita na pressão alta contra uma superfície de impacto dura diretamente na frente da abertura restrita. A pressão pode ser gerada por uma bomba tal como uma bomba de pistão e a superfície de impacto pode compreender um anel de impacto estendendo em torno da abertura de válvula anular. Um exemplo para um homogeneizador que pode ser usado na presente invenção é Ariete NS2006L de GEA Niro Soavi. Entretanto, inter alia, tais homogeneizadores tais como de séries APV Gaulin, séries FIST HL ou as séries Alfa Laval SHL podem ser usadas.

[42] Além disso, os dispositivos, tal como trituradores de fricção ultrafinos, por exemplo, um Supermasscolloider, pode ser vantajosamente usado na presente invenção.

[43] Ainda é preferido que razão em peso de fibras para carga e/ou pigmento da etapa e) em uma base de peso seco é de 1:9 a 99:1, preferivelmente de 1:3 a 9:1, mais preferivelmente de 1:2 a 3:1, por exemplo, 2:1.

[44] Com relação ao teor total de carga e/ou pigmento é especialmente preferido que a carga e/ou o pigmento da etapas b) e e) está presente em uma quantidade de 10 % em peso a 95 % em peso, preferivelmente de 15 % em peso a 90 % em peso, mais preferivelmente de 20 a 75 % em peso, ainda mais preferivelmente de 25 % em peso a 67 % em peso, especialmente de 33 a 50 % em peso em uma base de peso seco do material compósito.

[45] A combinação do gel da etapa d) com pelo menos uma carga e/ou um pigmento adicional da etapa e) pode ser realizada(o) apenas pela mistura da combinação, por exemplo, por meio da espátula. Além disso, pode ser vantajoso misturar os componentes por meio de um agitador com um disco dissolvedor montado. Subsequentemente, a combinação resultante pode ser submetida à remoção de água. A este respeito, geralmente qualquer método comumente usado de remoção de água conhecido por aquela pessoa habilitada na técnica, pode ser usado, tal como por exemplo, secagem por calor, secagem por pressão, secagem à vácuo, secagem por congelamento, ou secagem sob as condições supercríticas. A etapa de remoção de água pode ser realizada nos dispositivos conhecidos tal como em uma pressão de filtro, por exemplo, como descrito nos Exemplos. Geralmente, outros métodos que são bem conhecidos no campo da moldagem de sistemas aquosos podem ser aplicados para obter os compósitos inventivos.

[46] O uso dos géis de celulose nanofibrilares como definido acima para a produção de um material compósito compactado é um aspecto adicional da invenção, em que o gel é combinado com pelo menos uma carga e/ou um pigmento adicional é a combinação resultante é submetida à remoção de água como descrito em detalhes acima.

[47] Outro aspecto da presente invenção é o material compósito obtido pelo processo de acordo com a invenção, ou pelo uso dos géis de celulose nanofibrilares para a produção do material compósito como mencionado.

[48] O material compósito pode ser vantajosamente usado nas aplicações tal como em plásticos, tintas, borrachas, concreto, cerâmicas, painéis, suportes, chapas, películas, revestimentos e perfis de extrusão, adesivos, alimentos ou nas aplicações de cura de ferimento e podem prontamente substituir certos materiais tal como plásticos usados como por exemplo, material de construção, acondicionamento, etc. EXEMPLOS Material OC-GCC: Omyacarb© 10-AV disponível de Omya AG; Pó de carbonato de cálcio fino fabricado da pureza alta, mármore branco; o peso do tamanho de partícula média d50é 10 um medido por Malvern Mastersizer X. HO-ME: Hydrocarb® HO - ME disponível de Omya AG; Carbonato de cálcio triturado natural (mármore), selecionado, forma de partícula romboedral, microcristalina de clareza alta na forma de uma pasta pré- dispersada (conteúdo de sólidos 62 % em peso); o peso do tamanho de partícula média d50 é 0,8 um medido por Sedigraph 5100. NanoGCC: Carbonato de cálcio triturado natural (mármore de Vermont); pasta dispersada (conteúdo de sólidos 50 % em peso); o volume tamanho de partícula média é d50 de 246 mm medido por Malvern Zetasizer Nano ZS. Polpa: Polpa de eucalipto com 25° SR. Formação de gel

[49] 120 g de Polpa de eucalipto na forma de superfícies secas foram cortadas em pedaços e misturados com 5880 g de água de torneira e a quantidade respectiva de OC-GCC (ver Tabela 1) foi adicionada. A mistura resultante foi agitada por pelo menos 15 minutos usando-se a Pendraulik (disco dissolvedor) a 4000 rpm. O conteúdo fibrilar das formulações foi 3 % em peso.

[50] As misturas resultantes subsequentemente, foram fibriladas em um triturador de fricção ultrafino (Supermasscolloider de Masuko Sangyo Co. Ltd, Japão (Modelo MKCA 6-2) nos passos simples em uma “fenda” de -50 gm (ponto 0 dinâmico) com a seguinte apresentação: 5 passos a 2500 rpm, 2 passos a 2000 rpm, 2 passos a 1500 rpm, 2 passos a 1000 rpm, 2 passos a 750 rpm, 2 passos a 500 rpm.

[51] A trituração das pedras foram carbeto de silício com uma classe de grão de 46 (tamanho do grão 297 - 420 gm). Tabela 1: Composição e características do gel usado para as formulações Compactas

Produção de formulações

[52] A fim de obter e testar os compactos dos géis nano celulósicos, as seguintes formulações para a produção de espécime foram produzidas de acordo com a tabela 2. Tabela 2: Composição de formulações compactas

[53] O gel da amostra 1 foi misturado com a quantidade correspondente de GCC adicional como mencionado na Tabela 2 e combinado manualmente com uma espátula.

[54] Subsequentemente, as formulações foram colocadas em uma pressão de filtro menor (papel de filtro de Whatman Schleicher & Schuell, 589/2, fita branca; pressão de filtro: pressão de filtro fann, séries 3000, fann instrument company, Houston Texas, USA) em tais quantidades que uma espessura final de espécime de cerca de 3 mm (calculada por intermédio das densidades) foi atingida. Um disco de PMMA (espessura: 10 mm, diâmetro: 78 mm (ajuste do diâmetro interno da pressão de filtro) foi colocado na parte superior da formulação que novamente foi revestida pelo material adicional da mesma formulação (em torno de 10-20 % em peso da quantidade da formulação já presente).

[55] A pressão do filtro então foi fechada e o seguinte perfil de pressão foi aplicado: 15 minutos a 1 bar, 120 minutos a 4 bar, 45 minutos a 6 bar.

[56] Subsequentemente, o disco “semi-seco” (conteúdo de sólidos: a cerca de 50 % em peso) foi tirado da pressão do filtro e cortado em cinco retângulos idênticos (40 mm x 10 mm). Estes retângulos foram colocados entre os dois papéis de filtro e as duas placas de alumínio pesadas com esferas de aço (cerca de 3000 g) e secado em um forno a cerca de 80°C durante a noite.

Claims (15)

1. Processo para a produção de materiais compósitos, compreendendo géis de celulose nanofibrilares, caracterizadopelo fato de compreender as etapas de: a) fornecer fibras de celulose; b) fornecer pelo menos uma carga e/ou um pigmento; c) combinar as fibras de celulose da etapa a) e o pelo menos uma carga e/ou um pigmento da etapa b); d) fibrilar as fibras de celulose na presença do pelo menos uma carga e/ou um pigmento até não existirem fibras e um gel nanofibrilar de apenas fibrilas primárias ser formado em um ambiente aquoso, e que a formação do gel é verificada pelo monitoramento da viscosidade da mistura na dependência da taxa de corte, em que a diminuição da viscosidade da mistura mediante o aumento passo a passo da taxa de corte é mais forte do que o correspondente aumento da viscosidade mediante a diminuição passo a passo subsequente da taxa de corte durante pelo menos parte da faixa da taxa de corte quando o corte se aproxima de zero; e) fornecer pelo menos uma carga e/ou um pigmento adicional; f) combinar o gel da etapa d) com pelo menos uma carga e/ou um pigmento adicional da etapa e).

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a combinação da etapa f) é submetida à remoção de água na etapa de remoção de água g).

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que as fibras de celulose são tais contidas nas polpas selecionadas do grupo que compreende polpa de eucalipto, polpa de espruce, polpa de pinheiro, polpa de faia, polpa de cânhamo, polpa de algodão, polpa de bambu, bagaço, bem como polpa reciclada e/ou despigmentada e misturas das mesmas.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as fibras de celulose são fornecidas na forma de uma suspensão, tendo um teor de sólidos de 0,2 a 35 % em peso, preferivelmente de 0,25 a 10 % em peso, mais preferivelmente de 0,5 a 5 % em peso, especialmente de 1 a 4 % em peso, ainda mais preferivelmente 1,3 a 3 % em peso, por exemplo, 1,5 % em peso.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que as cargas e/ou os pigmentos da etapas b) e e) são independentemente selecionada(o)s do grupo que compreende carbonato de cálcio precipitado (PCC); carbonato de cálcio modificado por superfície; carbonato de cálcio triturado natural (GCC), dolomita; talco; bentonita; argila; magriesita; SATIN WHITE; sepiolita, huntita, diatomita; silicatos e misturas das mesmas e, preferivelmente, é selecionado do grupo de carbonato de cálcio precipitado tendo estrutura cristalina valerítica, calcítica ou aragonítica, especialmente carbonato de cálcio precipitado prismático, escalenoédico ou romboédrico distinto ultrafino; carbonato de cálcio triturado natural sendo selecionados de mármore, calcário e/ou giz e misturas dos mesmos.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que as partículas de carga e/ou pigmento da etapa b) têm um tamanho de partícula média de 0,01 a 15 gm, preferivelmente de 0,1 a 10 um, mais preferivelmente de 0,3 a 5 gm, especialmente de 0,5 a 4 gm e mais preferivelmente de 0,7 a 3,2 gm, por exemplo, 2 gm.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que as partículas de carga e/ou pigmento da etapa e) têm um tamanho de partícula média de 0,01 a 5 gm, preferivelmente de 0,05 a 1,5 gm, mais preferivelmente de 0,1 a 0,8 gm e mais preferivelmente de 0,2 a 0,5 gm, por exemplo, 0,3 gm.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a carga e/ou o pigmento da etapas b) e/ou e) é associado com agentes dispersantes selecionados do grupo que compreende homopolímeros ou copolímeros de ácidos policarboxílicos e/ou seus sais ou derivados tais como éteres com base em, por exemplo, ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, ácido fumárico, ácido itacônico; por exemplo, acril amida ou ésteres acrílicos tal como metilmetacrilato ou misturas dos mesmos; polifosfatos de alquila, ácidos fosfônico, cítrico e tartárico ou os sais ou ésteres dos mesmos ou mistura dos mesmos.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a combinação de fibras e de pelo menos uma carga e/ou um pigmento da etapas b) e/ou e) é realizada(o) pela adição da carga e/ou do pigmento às fibras, ou as fibras para a carga e/ou o pigmento, em uma ou diversas etapas.

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a carga e/ou o pigmento da etapa b) e/ou as fibras são adicionadas totalmente ou em porções antes ou durante a etapa fibrilar (d), preferivelmente antes da etapa de fibrilação (d).

11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a razão em peso de fibras para carga e/ou pigmento da etapa b) em uma base de peso seco é de 1:33 a 10:1, mais preferivelmente de 1:10 a 7:1, ainda mais preferivelmente de 1:5 a 5:1, tipicamente de 1:3 a 3:1, especialmente de 1:2 a 2:1 e mais preferivelmente 1:1,5 a 1,5:1, por exemplo, 1:1.

12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a fibrilação é realizada por meio de um homogeneizador ou um triturador de fricção ultrafino.

13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a razão em peso de fibras para carga e/ou pigmento da etapa e) em uma base de peso seco é de 1:9 a 99:1, preferivelmente de 1:3 a 9:1, mais preferivelmente de 1:2 a 3:1, por exemplo, 2:1.

14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o teor total de carga e/ou pigmento da etapas b) e e) em uma base de peso seco do material compósito é de 10 % em peso a 95 % em peso, preferivelmente de 15 % em peso a 90 % em peso, mais preferivelmente de 20 a 75 % em peso, ainda mais preferivelmente de 25 % em peso a 67 % em peso, especialmente de 33 a 50 % em peso.

15. Uso de um gel de celulose nanofibrilar como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de ser para a produção de um material compósito para combinar o gel com pelo menos uma carga e/ou um pigmento adicional e remoção e água desta combinação.