BR112017013575B1

BR112017013575B1 - Método para produzir um fio de nanofibra de alta resistência à tração por extrusão úmida, fio de nanofibra, e, uso de um fio de nanofibra

Info

Publication number: BR112017013575B1
Application number: BR112017013575-2A
Authority: BR
Inventors: Yingfeng Shen; Ali Harlin; Juha Salmela
Original assignee: Spinnova Oy
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2022-08-30
Also published as: BR112017013575A2; EP3237657C0; CN107109706B; JP2018503008A; EP3237657B1; FI127137B; EP3237657A4; CA2971637C; EP3237657A1; CN107109706A; US20170356102A1; JP6366860B2; CL2017001644A1; RU2660071C1; HK1244854A1; WO2016102782A1; US10435819B2; FI20146148A; CA2971637A1

Abstract

“MÉTODO PARA PRODUZIR UM FIO DE NANOFIBRA DE ALTA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO POR EXTRUSÃO ÚMIDA, FIO DE NANOFIBRA, E, USO DE UM FIO DE NANOFIBRA” A presente invenção refere-se a um processo para produzir um fio de nanofibra de alta resistência à tração por extrusão úmida em uma superfície escorregadia. Em particular, a presente invenção descreve um método no qual fibras individuais de nanocelulose são alinhadas por alinhamento em bocal ou alinhamento em superfície a alta velocidade, que compreende controlar a largura da fibra em uma superfície escorregadia em movimento.

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção refere-se a um método para produzir fio de nanofibra de alta resistência à tração. Particularmente, a presente invenção provê um método para produzir tal fio de nanofibra a alta velocidade.

Descrição da Técnica Relacionada

[002] A fibra natural de celulose tem sido usada por humanos há milhares de anos. Dois exemplos principais são o papel de polpa de madeira e tecidos de algodão. Nos últimos cem anos, a fibra sintética gradualmente assumiu devido ao seu menor custo e propriedades excelentes. No entanto, para o uso sustentável dos recursos terrestres, as fibras naturais de celulose desencadearam cada vez mais atração. A madeira é uma das fontes mais abundantes de fibras naturais. Verificou-se que a polpa de madeira pode ser desintegrada em nano fibrilas através de moagem mecânica simples. A resistência à tração da fibrila de nanocelulose é estimada em 2 a 3 GPa (Walther et al.), tornando-a cinco vezes mais forte que o aço macio. Teoricamente, seria possível alinhar as nanofibras e produzir fibras longas e fortes, superando as da madeira e do algodão (400 a 600 MPa). Isso estenderia muito o uso da madeira para um mercado de maior valor. Considerando a escassez global de algodão, esta poderia ser uma alternativa interessante. Este tipo de fibra longa também é diferente da fibra de celulose regenerada. Uma vez que não é usada nenhuma dissolução, a celulose provavelmente manterá sua estrutura de celulose I, assim mais parecida com as propriedades do algodão. Por uma questão de simplicidade, chamamos esse tipo de fibra como fio de nanofibra.

[003] Três grupos de pesquisa publicaram resultados da produção de fio de nanofibra a partir de nanofibras de celulose natural. As fibras longas foram preparadas por Walther et al. por um processo de extrusão úmida simples e coagulação de acetona de hidrogéis de nanofibrilas de celulose nativas. As macrofibras de NFC resultantes demonstram propriedades mecânicas que combinam rigidez (22,5 GPa) e resistência (275 MPa) com dureza (trabalho de fratura 7,9 MJ m-3). Os escritores preveem que as propriedades possam ser aumentadas por um alinhamento adicional das nanofibrilhas de NFC constituintes por processos de desenho posteriores. Com exceção da robustez mecânica, o artigo descreve como alcançar macrofibras transparentes e controlar a adsorção de água por hidrofobização da superfície.

[004] Iwamoto et al. publicaram resultados de pesquisa de fibras giradas a úmido feitas a partir de nanofibras de celulose natural. As nanofibras de celulose foram preparadas por oxidação mediada por TEMPO de polpa de madeira. A suspensão de nanofibra de celulose em água foi girada em um banho de coagulação de acetona. As fibras giradas em madeira a 100 m/min apresentaram um módulo de Young de 23,6 GPa, resistência à tração de 321 MPa e estiramento na ruptura de 2,2%. O módulo de Young das fibras giradas em madeira aumentou com um aumento na taxa de centrifugação devido ao efeito de orientação de nanofibra.

[005] Hâkanson et al. apresentam um processo que combina o alinhamento hidrodinâmico com uma transição em gel de dispersão que produz filamentos homogêneos e suaves a partir de uma dispersão de baixa concentração de nanofibrilas de celulose em água. O alinhamento hidrodinâmico foi realizado em um sistema de canal de foco de fluxo. A orientação de fibrila preferencial ao longo da direção do filamento pode ser controlada pelos parâmetros do processo. A resistência máxima específica é consideravelmente maior que os filamentos previamente mencionados de nanofibrilas de celulose; o valor máximo da resistência à tração é de ~ 580 MPa e o módulo máximo de Young é de 18,3 GPa. A resistência está mesmo em linha com as fibras de polpa de celulose mais fortes, extraídas a partir de madeira com o mesmo grau de alinhamento de fibrila.

[006] O WO 2010/043889 A1 refere-se a um método para centrifugação de uma fibra que compreende nanofibrilas de celulose sendo alinhadas ao longo do eixo geométrico principal da fibra a partir de uma suspensão liotrópica de nanofibrilas de celulose, em que o alinhamento é alcançado através da extensão da fibra extrudada e a fibra é secada sob a extensão e as nanofibrillas alinhadas se agregam para formar uma estrutura contínua. Similarmente, também o documento EP 2 558 624 B1 refere-se a um método contínuo para a fabricação de fibras à base de celulose de nanofibrilas de celulose. No entanto, esses documentos não descrevem, por exemplo, um método para produzir fio de nanofibra de alta resistência à tração a uma velocidade excepcionalmente alta.

[007] A celulose tem sido amplamente usada como uma matéria- prima para fibras de reforço têxtil e composto. Atualmente, são usados processos químicos, como dissolução e regeneração, bem como derivação de celulose. No entanto, esses métodos exigem produtos químicos e consomem bastante energia. Assim, há uma necessidade por processos mais simples, que consomem menos produtos químicos e menos energia, para produzir fibras longas de nanocelulose com boas propriedades mecânicas, preferivelmente a alta velocidade.

Sumário da Invenção

[008] É um objetivo da presente invenção utilizar meios físicos para montar nanofibras de celulose a fim de produzir fibras longas de alta resistência à tração, isto é, fio de nanofibra.

[009] Particularmente, é um objetivo da presente invenção prover um método com base no alinhamento de fibras de nanocelulose individuais para produzir fios de nanofibra de alta resistência à tração a uma alta velocidade, cujo método usa menos produtos químicos e menos energia em comparação com processos químicos tradicionais.

[0010] Estes e outros objetivos, juntamente com as vantagens dos mesmos, sobre as técnicas conhecidas são alcançados pela presente invenção, como descrito e reivindicado a seguir.

[0011] O método de acordo com a presente invenção é distinguido principalmente pelo que é estabelecido na parte caracterizadora da reivindicação 1.

[0012] A presente invenção provê vantagens em sobre os métodos conhecidos, uma vez que, por exemplo, permite o uso de matérias-primas de baixo custo, tais como a nanocelulose não modificada. A melhoria da matéria- prima para nanocelulose oxidada por TEMPO, além disso, melhora as propriedades mecânicas das fibras. Além disso, o presente método é capaz de produzir fios de nanofibra continuamente a alta velocidade, porque o método não usa um banho de coagulação tradicional.

[0013] Em seguida, a presente tecnologia será descrita mais de perto com a ajuda dos desenhos anexos e com referência a uma descrição detalhada.

Breve Descrição dos Desenhos

[0014] A figura 1 é um desenho esquemático simplificado que ilustra o conceito de processo de uma extrusão úmida em uma superfície escorregadia (WESS).

[0015] A figura 2 é uma figura de gráfico que descreve o alinhamento em bocal das fibras de nanocelulose e mostra o campo de taxa extensional no bocal com uma velocidade de jato de 10 m/s.

[0016] A figura 3 é um desenho simplificado que demonstra um hidrogel de nanocelululose em uma superfície escorregadia de óleo.

[0017] As figuras 4a a 4c e as figuras 5a a 5c são imagens SEM de um(uns) fio(s) de NFC produzido(s) e fio(s) de NFC por TEMPO, correspondentemente. Fibras bastante uniformes são formadas, enquanto os fios de NFC são mais do tipo fita, devido à maior largura e razão de espessura (figuras 4b e 4c).

Descrição Detalhada das Modalidades

[0018] A presente invenção descreve um método para produzir fio de nanofibra de alta resistência à tração por extrusão úmida.

[0019] As nanofibras são definidas na técnica como fibras com diâmetros menores que 100 nanômetros. Na indústria têxtil, esta definição é frequentemente estendida para incluir fibras largas de até 1000 nm de diâmetro. O fio, por outro lado, é um longo comprimento contínuo de fibras interligadas, aqui nanofibras, adequadas para uso, isto é, na produção de têxteis.

[0020] Particularmente, a presente invenção é com base na combinação de alinhamento em bocal e alinhamento em superfície, em que as fibras de nanocelulose individuais são alinhadas juntas usando extrusão a alta velocidade e técnica de estiramento simultâneo em um estado úmido.

[0021] De acordo com uma modalidade da invenção, o método para produzir fio de nanofibra de alta resistência à tração por extrusão úmida compreende alinhar as fibras de nanocelulose individuais juntas e formar uma rede de nanofibra primeiro por alinhamento em bocal, em que um hidrogel de nanocelululose é extrudado através de um bocal a alta velocidade de jato, após o qual a rede de nanofibra é estirada por alinhamento em superfície, em que um jato de hidrogel do bocal é aplicado em uma superfície escorregadia em movimento.

[0022] De acordo com outra modalidade, o hidrogel de nanocelulose é preparado a partir de celulose nanofibrilada natural e não modificada. No entanto, também pode ser usada nanocelulose oxidada por TEMPO, o que mostrou melhorar adicionalmente as propriedades das fibras. Uma fonte adequada de nanocelulose é a polpa de bétula branqueada.

[0023] De acordo com uma modalidade adicional, a superfície em movimento é um tambor, ou semelhante, ou uma correia. A superfície é preferivelmente coberta com uma película plástica não porosa que foi pré- revestida com óleo, tal como um óleo vegetal ou um fluido não imiscível, a fim de alcançar uma superfície escorregadia. É alcançada uma histerese do ângulo de contato com menos de 10°. Se uma superfície porosa for infundida com fluido lubrificante, até mesmo uma histerese menor do ângulo de contato (<2,5°) pode ser obtida. As fibras produzidas podem então ser removidas do tambor juntamente com a película de plástico.

[0024] No “alinhamento em bocal”, as fibras de nanocelulose individuais estão alinhadas como mostrado na figura 2, que representa o fluxo de hidrogel de nanocelulose a partir de uma seringa, ou semelhante, em um bocal menor e a formação de um regime de fluxo extensional pelo fluxo de hidrogel. Através da interação de uma fase de água contínua e uma rede de fibra, a rede é estirada de forma eficiente ao longo da direção de fluxo a alta taxa extensional. Tal alta taxa extensional pode ser obtida usando alta velocidade de extrusão, isto é, velocidade de jato e tamanho de bocal pequeno.

[0025] De acordo com uma modalidade, a velocidade de jato é entre 3 e 30 m/s, preferivelmente entre 10 e 25 m/s.

[0026] De acordo com uma modalidade, o bocal tem um diâmetro interno entre 10 e 150 μm.

[0027] Em “alinhamento em superfície”, um jato de hidrogel do bocal é aplicado em uma superfície escorregadia em movimento, como estabelecido acima. Quando a velocidade de superfície é maior que a velocidade de jato, a área da seção transversal do filamento úmido torna-se menor após ter pousado na superfície. O estiramento criado pela superfície também aumenta o alinhamento da fibra. Por outro lado, se a superfície está se movendo mais devagar do que a velocidade de jato, a área da seção transversal do filamento úmido se torna maior e causa acumulação do substrato. Isso resulta em redução da orientação das fibras nos fios. As fibras previamente alinhadas, talvez perturbadas devido à compressão e forte impacto com o substrato, enquanto que as fibras resultantes tornam-se menos alinhadas.

[0028] Outra característica importante é o ângulo de colisão do jato. A seção transversal do jato é preferivelmente circular devido ao formato do bocal. O componente vertical da velocidade de jato provoca diretamente um alargamento do filamento úmido na direção transversal. O componente horizontal, dependendo da sua velocidade em relação ao substrato em movimento, pode ou contribuir para o encolhimento ou estiramento do comprimento de filamento. O filamento resultante obtém então uma fita do tipo seção transversal.

[0029] De acordo com uma modalidade, o jato de hidrogel do bocal colide na superfície em movimento em um ângulo de colisão entre 90 e 20 graus, em que o jato é perpendicular à superfície a 90 graus e tangencial à superfície a 0 grau. De acordo com uma modalidade preferida, o ângulo de colisão é entre 90 e 40 graus, mais preferivelmente entre 75 e 55 graus.

[0030] A compressão de filamento úmido pode ser útil para ganhar filamentos espessos tendo uma alta resistência à tração. Particularmente, quando um jato fino colide em um substrato em movimento lento, um filamento mais espesso é formado. O número de defeitos devido à não uniformidade pode ser reduzido.

[0031] De acordo com uma modalidade adicional, a distância entre o bocal e a superfície em movimento é suficientemente curta para permitir que uma fase de água contínua se mantenha e que o filamento úmido formado tenha uma alta uniformidade. Uma vez que o filamento úmido no substrato é de poucos milímetros, tais como de 10 a 20 mm, longe do ponto de colisão, está em um estado de baixo cisalhamento. O fluxo do gel é acionado principalmente por umidificação da superfície, gravidade, força de centrifugação e encolhimento devido à secagem e menor evaporação da água. Quando um hidrogel de alta consistência é usado, a tensão de resistência do gel é alta o suficiente para reduzir eficientemente o fluxo ou a deformação do filamento úmido. Como o método provê uma rede de fibras bem acondicionada, a desordenação das nanofibrillas devido à dispersão e/ou à falta de orientação é improvável.

[0032] De acordo com uma modalidade preferida, a aplicação de revestimento de óleo no substrato tem um benefício claro no controle da largura da fibra úmida. O revestimento de óleo é usado para reduzir o risco de a fibra úmida aderir ao substrato e, assim, formar fitas largas e finas, que são bastante fracas devido a grande quantidade de detectores. Com revestimento de óleo, o filamento úmido encolhe, por exemplo, de 1,5 mm a menos de 10s de mícrons quando seco. Isso está relacionado à histerese de ângulo de contato reduzido. Ao mesmo tempo, a espessura para razão de largura da fita aumenta e, em certos casos, uma seção transversal próxima a circular pode ser obtida.

[0033] A fim de formar uma superfície altamente escorregadia, o óleo aplicado deve ter melhor umectabilidade à superfície do que o hidrogel de nanocelulose, que consiste principalmente em água. A viscosidade do óleo também deve ser suficientemente baixa a fim de facilitar a lubrificação.

[0034] A resistência à tração das fibras aumenta juntamente com a razão de estiramento. Isto é esperado assumindo que as fibras estão mais alinhadas devido ao estiramento na superfície. De acordo com uma modalidade, a razão de estiramento (= velocidade de superfície / velocidade do bocal, isto é, a velocidade de jato) é pelo menos 1, o que significa que a superfície se move com pelo menos a mesma velocidade que a velocidade de jato.

[0035] No entanto, a resistência à tração também pode beneficiar de uma razão de estiramento menor que 1, por exemplo, ao apontar para filamentos mais espessos. De acordo com uma modalidade, a razão de estiramento é pelo menos 0,1, preferivelmente mais de 1.

[0036] Idealmente, uma alta velocidade de jato e uma alta razão de estiramento devem ambas existir para o melhor alinhamento de fibra. Os inventores da presente invenção notaram que o hidrogel a 3% não permite velocidade de jato maior que 16 m/s antes de o bocal ser obstruído ou a pressão estar muito alta para a extrusora. Somente em sólidos menores é alcansável maior velocidade de jato. Quando a consistência do hidrogel de nanocelulose é diminuída, por exemplo, de 3% para 1,64%, a janela de operação da razão de estiramento é deslocada adversamente para a extremidade menor. Uma maior razão de estiramento simplesmente faria com que a fibra quebrasse. Isto, por sua vez, sugere uma maior consistência. Assim, um compromisso tem que ser feito entre consistência, velocidade de bocal e razão de estiramento. Outros parâmetros, tais como umidade e velocidade de secagem, devem ser considerados em segundo lugar.

[0037] Usando o processo WESS (extrusão úmida em uma superfície escorregadia) como descrito aqui, o fio de nanofibra pode ser produzido a uma velocidade entre 120 e 660 m/min, que é a velocidade mais alta relatada. Tal velocidade é similar à capacidade da produção atual de papel e da linha de produção de revestimento, por meio da qual a conversão da linha de produção para a fabricação de fibras é possível e, além disso, melhora a economia do presente método.

[0038] De acordo com uma modalidade preferida, o fio de nanofibra é produzido pelo menos a uma velocidade de 500 m/min, tal como na velocidade entre 550 e 700 m/min e em particular a uma velocidade de cerca de 660 m/min.

[0039] Adicionalmente, um aditivo de polímero de alto peso molecular pode ser usado (adicionado ao hidrogel de nanocelulose) para facilitar a extrusão, isto é, reduzir a pressão de extrusão e evitar a obstrução de bocal. Um desses aditivos adequados é um óxido de polietileno de alto peso molecular.

[0040] A área de aplicação principal para nanofibras produzidas pelo método como descrito anteriormente é a indústria têxtil. Tais nanofibras podem, por exemplo, ser usadas como fibras de reforço composto ou como precursoras para fibras de carbono.

[0041] Em seguida, a presente invenção é ilustrada pelo seguinte exemplo não limitativo. Deve ser entendido, no entanto, que as modalidades apresentadas na descrição acima e no exemplo são apenas para fins ilustrativos, e que várias mudanças e modificações são possíveis dentro do escopo das reivindicações.

Exemplo Preparação de celulose nanofibrilada

[0042] A celulose nanofibrilada foi preparada a partir de polpa de bétula branqueada. A pasta fluida de polpa foi passada uma vez através de moagem mecânica e 6 vezes através de microfluidizador. O gel resultante teve uma consistência de 1,64%. Um hidrogênio a 3% foi adicionalmente preparado usando centrifugação para remover parte da água. A nanocelulose oxidada por TEMPO também foi preparada a partir de polpa de bétula branqueada e fibrilada em microfluidizador em uma única passagem. O teor de sólidos do gel foi de 0,819%.

Medição de viscosidade

[0043] A viscosidade de desbaste de cisalhamento da NFC por TEMPO foi medida em um reômetro rotativo (Anton Parr). O sistema de medição de cone e placa foi usado. A amostra foi primeiro pré-cisalhada a 1500/s por 60 segundos. Após o pré-cisalhamento, aumentando e diminuindo, não mostrou histerese aparente.

Preparação de superfície escorregadia

[0044] Foi usada uma película de polietileno como o substrato de carreador e envolvida firmemente sobre um tambor rotativo. O óleo de girassol foi revestido ao substrato com uma escova enquanto o tambor girava. O peso final do revestimento do óleo foi estimado em 1 a 3 g/m2.

Extrusão úmida de celulose nanofibrilada

[0045] O esquema do sistema de extrusão é mostrado na figura 1. Uma extrusora de bomba de seringa feita sob medida foi usada para extrusar o hidrogel através de uma agulha de seringa. O diâmetro interno da agulha era de 108 μm e o comprimento da agulha era de 8 mm. A extrusora estava montada horizontalmente no eixo geométrico z de uma máquina CNC e controlada como o 4° eixo geométrico. O software EMC2 foi usado para sincronizar o movimento x-y-z e a extrusora. A velocidade do jato que sai do bocal pode variar entre 240 a 1920 m/min. Um tambor rotativo foi acionado horizontalmente na frente da agulha por um misturador de alta velocidade. O diâmetro do tambor era de 104 mm. Ao ajustar a velocidade do misturador, a velocidade de superfície do tambor variou entre 120 a 660 m/min, que também era a velocidade da produção de fibra.

[0046] Em um experimento típico, o revestimento de óleo é aplicado a uma película de polietileno, que está anexada no tambor rotativo. O jato do bocal é então iniciado e 10 metros de filamento úmido são extrudados para esvaziar o bocal e aumentar a pressão na extrusora. O bocal então começa a se mover linearmente ao longo do tambor. Depois de se formarem outros 10 metros de fibra no tambor, o jato para e o tambor continua a girar durante alguns minutos até as fibras serem secas. Um secador de ar quente pode ser opcionalmente usado para encurtar o tempo de secagem.

Efeito de velocidade de jato sobre a resistência à tração de fio de nanofibra de NFC

[0047] Com uma consistência menor de nanocelulose de 1,64%, uma maior velocidade de jato até 28 m/s pode ser alcançada sem obstrução. O alinhamento em bocal torna-se mais importante do que a razão de estiramento, como mostrado na tabela 1. A razão de estiramento máximo aqui é apenas 0,25. A resistência à tração é, no entanto, claramente maior, o que é provavelmente devido à maior velocidade de jato. Acredita-se que a consistência menor dilui a rede de fibras e reduz o emaranhamento entre as fibras nanocelulósicas. A tabela 1 abaixo mostra a influência da velocidade de bocal na resistência à tração com um ângulo de colisão de 55°.

*O diâmetro equivalente é calculado a partir de um círculo com área em seção transversal igual

[0048] Embora o desvio padrão da medição na tabela 1 seja bastante grande e não permita conclusões fortes a serem feitas, há duas observações interessantes. Comparando os casos A e B, uma maior velocidade de jato não conduz a maior resistência à tração. Especulou-se que o desalinho da rede de fibra pode ocorrer com taxa de cisalhamento muito alta, neste caso, a maior velocidade de jato. Este é um fenômeno comum para certo fluido tixotrópico que exibe desbaste de cisalhamento a baixa taxa de cisalhamento e espessamento de cisalhamento a uma taxa de cisalhamento muito maior. No entanto, atualmente não há observação similar para a reologia de gel de nanocelulose na literatura. Comparando o caso A e C, uma velocidade de superfície menor, uma razão de estiramento correspondentemente menor não prejudicou a resistência à tração. Isso pode ser devido à melhoria na qualidade da fibra. A menor força de centrifugação resultante da menor velocidade de superfície conduz a menos salpicos. Na verdade, não é possível formar fibra úmida na superfície quando a força de centrifugação é muito forte e o gel úmido é jogado para fora do tambor rotativo.

SEM

[0049] A microestrutura do fio foi investigada usando um SEM de Campo-Emissão Zeiss Merlin. Para análise em seção transversal, os fios foram resfriados com nitrogênio líquido e fraturado. Para a análise de superfície, os fios foram colocados sobre uma parte curta de amostra com uma fita de carbono. Em ambos os casos, as amostras foram revestidas com fina camada de platina usando um metalizador. O SEM foi operado usando 2 kV de voltagem de aceleração, usando ambos o elétron secundário e os detectores InLens.

Teste de tração

[0050] O cálculo da resistência à tração requer o conhecimento da área em seção transversal, que foi estimada a partir da densidade linear e da densidade aparente do fio de nanofibra. A primeira foi calculada a partir do teor de sólidos do hidrogel, velocidade de extrusão e velocidade de superfície. A densidade aparente do filamento seco foi assumida como 1,5 g/cm3. Verificou-se a partir da imagem em seção transversal de SEM que a estimativa corresponde bem a ambos NFC e NFC oxidada por TEMPO. O método de estimativa foi assim usado ao longo do trabalho.

[0051] A resistência do fio de nanofibra foi medida em um testador de tração feito sob medida. A fibra foi anexada a um bloco de metal com fita dupla face. A outra extremidade da fibra foi puxada a até 50 mícron/segundo usando um motor de passo engrenado. A amplitude da fibra era de 30 mm. O bloco de metal foi colocado em uma balança Precisa de 4 dígitos e o peso é monitorado a 10 Hz através de comunicação em série com o PC. A força máxima antes da ruptura da fibra foi então usada para calcular a resistência à tração.

Controle de umidade

[0052] A medição da resistência à tração foi realizada em uma câmara climática controlada. A temperatura foi mantida constante a 22°C. A umidade relativa é controlada usando ar umectado em diferentes níveis de umidade. O nível mais baixo de umidade relativa que poderia ser alcançado foi de 14%. O nível mais alto de umidade foi de 90%. O testador de tração foi colocado dentro da câmara juntamente com a amostra. A amostra foi armazenada na câmara por pelo menos 2 horas antes de cada medição.

Lista de Citação Literatura de Patente

[0053] 1. WO 2010/043889 A1

[0054] 2. EP 2 558 624 B1

Literatura de Não Patente

[0055] 1. Walter A., Timonen J., Díez I., Laukkanen A., Ikkala O., ”Multifunctional high-performance biofibers based on wet-extrusion of renewable native cellulose nanofibrils”, Adv. Matter. 2011, 23, 2924-2928.

[0056] 2. Iwamoto S., Isogai A., Iwata T., “Structure and Mechanical Properties of Wet-Spun Fibers made from Natural Cellulose Nanofibers”, Miomacromolecules 2011, 12, 831-836.

[0057] 3. Hâkansson K. M. O., Fall A. B., Lundell F., Yu S., Krywka C., Roth S. V., Santoro G., Kvick M., Wittberg L. P., Wâberg L., Soderberg L. D., ”Hydrodynamic alignment and assembly of nanofibrils resulting in strong cellulose filaments”, Nature Communications 5, Article number 4018, 2014.

Claims

1. Método para produzir um fio de nanofibra de alta resistência à tração por extrusão úmida, caracterizado pelo fato de que fibras de nanocelulose individuais são alinhadas juntas e formam uma rede de nanofibra primeiro por alinhamento em bocal, em que um hidrogel de nanocelulose é preparado a partir de celulose natural e nanofibrilada não modificada e extrudado através de um bocal em uma velocidade de jato entre 4 e 32 m/s, após o qual a rede de nanofibra é estirada por alinhamento em superfície, em que um jato de hidrogel do bocal é aplicado em uma superfície escorregadia em movimento, e onde o fio de nanofibra é formado por uma combinação do alinhamento no bocal e o alinhamento na superfície; e em que o fio de nanofibra é secado a ar simultaneamente na superfície escorregadia em movimento e produzido a uma velocidade de pelo menos 500 m/min.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que se estica a rede de nanofibra ao longo de uma direção de fluxo de jato através de uma interação de uma fase de água contínua com a rede de nanofibra.

3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que se estica a rede de nanofibra a uma razão de estiramento de pelo menos 0,1.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a velocidade de jato está entre 10 e 25 m/s.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o bocal tem um diâmetro interno entre 10 e 150 μm.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o hidrogel compreende fibras de nanocelulose não modificadas.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o jato de hidrogel a partir do bocal colide na superfície em movimento em um ângulo de colisão entre 90 e 20 graus, onde o jato é perpendicular à superfície em 90 graus e tangencial à superfície em 0 grau.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o ângulo de colisão está entre 90 e 40 graus.

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que um aditivo de polímero de alto peso molecular é adicionado ao hidrogel de nanocelulose para reduzir pressão de extrusão e evitar obstrução de bocal.

10. Fio de nanofibra, caracterizado pelo fato de ser produzido de acordo com um método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.

11. Uso de um fio de nanofibra como definido na reivindicação 10, caracterizado pelo fato de ser como uma fibra de reforço de composto e/ou como um precursor para fibra de carbono.