BR112018015846B1 - Processo para produzir celulose microfibrilada e produto da mesma - Google Patents
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Abstract
A presente invenção se refere a um método de produção de celulose microfibrilada (MFC) compreendendo: (i) fornecimento de material celulósico, (ii) a secagem do material celulósico até a área de superfície específica (SSA), quando a medição é realizada com o método BET, sendo no máximo 10 m2/g, e (iii) sujeição do material celulósico seco a tratamento mecânico. A presente invenção se refere, adicionalmente, à celulose microfibrilada produzida com o método da presente invenção.
Description
A presente invenção se refere a um modo para fabricar celulose microfibrilada (MFC) e a um produto da mesma.
[0001] A celulose microfibrilada (MFC), também denominada nanofibrila de celulose (CNF), é produzida a partir de várias fontes de fibra, compreendendo estruturas celulósicas, como a polpa de madeira. Como as paredes celulares secundárias da madeira são ricas em celulose, a polpa de madeira é comumente usada como matéria-prima para celulose microfibrilada ou nano celular. As fibrilas da MFC são isoladas das fibras geralmente por meios mecânicos, como por meio de homogeneizadores de alta pressão.
[0002] Os homogeneizadores são usados para delaminar as paredes celulares das fibras e liberar as microfibrilas e/ou nano fibrilas. A aplicação de homogeneizadores normalmente requer a passagem de uma suspensão de celulose em um meio, por exemplo, água, a denominada polpa, várias vezes através dos referidos homogeneizadores para aumentar a área superficial específica (SSA), de modo a desenvolver uma estrutura fibrilar que se expande sucessivamente, por exemplo, como um aumento da força do gel que irá estabilizar em algum momento.
[0003] Pré-tratamentos às vezes são usados na produção de MFC. Exemplos de tais pré-tratamentos são pré- tratamento enzimático/mecânico e introdução de grupos carregados, por exemplo, através de carboximetilação ou oxidação mediada por TEMPO.
[0004] A celulose microfilada compreende fibrilas de celulose nano dimensionadas semicristalinas liberadas apresentando elevada relação entre comprimento e largura. Uma fibrila de celulose nanométrica típica tem uma largura de 5 - 60 nm e um comprimento em uma gama de dezenas de nanômetros até várias centenas de micrômetros.
[0005] O documento US 2005/0194477 A1 revela um modo para produzir MFC, que compreende a sujeição de uma suspensão contendo uma pasta tendo uma concentração sólida (teor) de 1 a 6% em peso para tratamento com um refinador de disco.
[0006] O documento US 6.183.596 descreve um processo em que uma suspensão de polpa é primeiramente microfibrilada com um aparelho de fricção, e é subsequentemente super microfibrilada em alta pressão por um homogeneizador de dois discos.
[0007] O documento US 5.964.983 revela um método para produzir MFC, em que uma polpa de celulose na concentração de 2% é alimentada através de um homogeneizador em que a suspensão é submetida a uma queda de pressão entre 20 mPa e 100 mPa e ação de cisalhamento de alta velocidade seguida por um alto impacto de desaceleração de velocidade.
[0008] O documento WO 2007/091942 A1 revela um método para a fabricação de celulose microfibrilada por refino de uma polpa contendo hemiceluloses, de preferência pasta de sulfito, e tratamento da polpa com uma enzima de degradação de madeira seguido por homogeneização da polpa.
[0009] Embora haja uma grande variedade de métodos para produzir celulose microfibrilada, ainda é necessário um método novo e mais eficiente para produzir celulose microfibrilada.
[0010] Um objetivo da presente invenção é fornecer um modo para fabricar celulose microfibrilada (MFC).
[0011] Outro objetivo da presente invenção é proporcionar um método para fabricar MFC, em que a eficiência do processo de fabricação é melhorada.
[0012] Ainda, outro objetivo da presente invenção é fornecer um método para a fabricação de MFC, em que o processo proporciona desintegração mais eficiente em estruturas de fibrila.
[0013] Ainda, outro objetivo da presente invenção é fornecer um método para fabricar MFC que seja mais econômico.
[0014] Ainda, outro objetivo adicional da presente invenção é fornecer MFC de alta qualidade.
[0015] Verificou-se agora surpreendentemente que o MFC de alta qualidade pode ser fabricado efetuando secagem rápida de material celulósico, tal como celulose microcristalina (MCC), antes de tratar mecanicamente o material celulósico, tal como por fluidificação ou homogeneização. Ao realizar a secagem rápida, tal como a secagem por pulverização, do material celulósico, a eficiência do tratamento mecânico subsequente é aumentada. Uma etapa de secagem rápida induzirá a hornificação e rearranjos estruturais do material celulósico que induz estirpes na estrutura celulósica. Estes efeitos podem ser observados, por exemplo, como partículas menores de maior densidade e menor superfície específica são (SSA). Este tipo de pré-tratamento de secagem mostrou proporcionar uma desintegração mais eficiente em estruturas de fibrila em uma etapa subsequente de tratamento mecânico.
[0016] A presente invenção fornece um método para fabricar celulose microfibrilada (MFC) como representado pela reivindicação 1.
[0017] A presente invenção proporciona adicionalmente celulose microfibrilada (MFC) como representado pela reivindicação 15.
[0018] De acordo com o primeiro aspecto da presente invenção, é fornecido um método para a fabricação de celulose microfibrilada (MFC). Mais particularmente, é proporcionado um método de produção de celulose microfibrilada (MFC) compreendendo (i) fornecimento de material celulósico; (ii) secagem do material celulósico, de modo que a área superficial específica (SSA), quando medida com o método BET, do material celulósico seja no máximo de 10 m2/g; e (iii) sujeição do material celulósico seco a tratamento mecânico.
[0019] O material celulósico pode ser material vegetal de madeira ou material vegetal não madeira, ou uma mistura destes.
[0020] O material vegetal de madeira pode ser madeira macia ou madeira dura, ou uma mistura das mesmas. Exemplos do material vegetal que não é madeira são algodão, erva, bagaço, palha de cereais, linho, cânhamo, sisal, abacá ou bambu, ou uma mistura destes.
[0021] Em uma forma de realização, o material celulósico é polpa, de preferência, selecionado a partir de polpa mecânica, polpa termomecânica, polpa termomecânica química, pasta química, polpa reciclada ou uma mistura das mesmas. Exemplos de polpas específicas adequadas são polpa de sulfito, polpa de sulfato, polpa de soda, polpa kraft, polpa de soda-AQ, polpa de sulfito neutro, pasta de sulfito de ácido, polpa de organossolo ou uma mistura destes, de preferência polpa kraft. O material celulósico pode ser polpa branqueada, semibranqueada ou não branqueada.
[0022] Em uma forma de realização, o material celulósico é material celulósico fibroso, material celulósico particulado ou uma mistura dos mesmos. De um modo preferido, o material celulósico é material celulósico particulado e, de um modo mais preferido, celulose microcristalina (MCC). Como o MCC é material particulado, não fibroso, é mais fácil tratar mecanicamente o MCC do que um material celulósico fibroso, por exemplo, um homogeneizador não obstrui tão facilmente quanto com uma proporção alta ou material fibroso.
[0023] A celulose microcristalina (MCC) é celulose parcialmente despolimerizada purificada, preparada por tratamento de alfa-celulose, obtida como uma polpa de material vegetal fibroso, com ácidos minerais. O grau de polimerização é tipicamente inferior a 400. A celulose microcristalina tem tipicamente diâmetro (d) superior a 1 μm e comprimento (L) superior a 1 μm. A relação de aspecto (L/d) é tipicamente de ~1 a 10. Não mais de 10% do material apresentam um tamanho de partícula inferior a cinco μm.
[0024] A celulose microcristalina pode ser produzida com qualquer método conhecido na técnica. Como exemplo, o documento WO 2011/154600 revela um processo para produção de MCC compreendendo: i) hidrólise de material celulósico fibroso com um ácido a uma temperatura elevada, ou ii) acidificação de material celulósico fibroso seguido de lavagem e hidrólise do material celulósico lavado em temperatura elevada para produzir uma mistura de hidrolisado-microcelulose seguida por separação da microcelulose do hidrolisado. MCCs também estão comercialmente disponíveis.
[0025] O material celulósico é seco até que a área superficial específica (SSA) do material celulósico esteja abaixo de 10 m2/g, preferivelmente abaixo de 5 m2/g, mais preferivelmente abaixo de 3 m2/g quando medido com o método BET.
[0026] A SSA é calculada pela equação de Brunauer-Emmett-Teller (método BET) a partir de isotermas de sorção de N2. No método BET, para determinar SSA, as amostras de material celulósico úmido foram submetidas a um deslocamento de líquido de duas etapas utilizando um álcool de baixo peso molecular totalmente solúvel em água, congelado e permitido sublimar em condições liofilizadas. As SSA foram analisadas usando um NOVA 4000 (Quantachrome GmbH & Co., Odelzhausen, Alemanha) e gás N2 puro para fornecer isotermas de adsorção. Com base nos dados do isoterma, o SSA foi calculado pela equação de Brunauer- Emmett-Teller (BET).
[0027] Em uma forma de realização, o material celulósico é seco por condução. Qualquer método adequado pode ser usado na secagem por condução, tal como um secador de pás.
[0028] Em uma forma de realização preferida, o material celulósico é seco, colocando-o em contato com o gás aquecido. O gás aquecido pode ser qualquer gás adequado ou uma mistura de gases que seja capaz de secar o material celulósico.
[0029] O termo "gás aquecido" se refere ao gás que tem uma temperatura acima da temperatura ambiente. De preferência, a temperatura do gás aquecido está acima da temperatura do material celulósico que será seco.
[0030] Em uma forma de realização, o gás aquecido tem uma temperatura acima de 25°C, preferivelmente de 30°C a 800°C, mais preferivelmente de 100°C a 700°C.
[0031] Exemplos de gases aquecidos adequados são ar, um gás inerte tal como argônio e nitrogênio e vapor, ou suas misturas. O gás aquecido preferido é o ar. O ar é mais econômico e seguro de usar.
[0032] A secagem pode ser qualquer método de secagem adequado que seja capaz de secar rapidamente o material celulósico. Exemplos de tais métodos de secagem são secagem por pulverização, secagem instantânea, secagem em leito fluidizado e secagem em tambor rotativo. De um modo preferido, o método de secagem é a secagem por pulverização ou secagem instantânea, de um modo mais preferido, secagem por pulverização. Na secagem por pulverização, o material celulósico, tal como o MCC, que é seco permanece em movimento e, assim, o material celulósico, tal como as partículas de MCC, permanece disperso enquanto não forma aglomerados maiores.
[0033] Em uma forma de realização, a temperatura de entrada do gás aquecido na secagem por pulverização é de 200°C a 450°C, de um modo preferido, de 250°C a 400°C, tal como 350°C, e temperatura de saída de 50°C a 150°C, preferencialmente de 60°C a 120°C, mais preferencialmente de 60°C a 100°C tal como 90°C.
[0034] Em uma forma de realização, a temperatura de entrada do gás aquecido na secagem instantânea é de 150°C a 700°C.
[0035] O tempo de secagem na etapa de secagem pode ser qualquer período de tempo adequado que seja suficientemente longo para secar suficientemente o material celulósico. O tempo de secagem depende, entre outros, do teor de água do material celulósico, da temperatura do gás aquecido, do modo de secagem, do tamanho das partículas do material seco e do teor de água desejado do material celulósico seco. Um versado na técnica é capaz de determinar o tempo de secagem adequado.
[0036] Em uma forma de realização, o tempo de secagem efetivo é inferior a 20 min., de preferência inferior a 10 min., mais preferivelmente inferior a 5 min., ainda mais preferencialmente inferior a 5 min.
[0037] Em uma forma de realização em que a secagem é secagem por pulverização ou secagem rápida, o tempo de secagem é preferivelmente de 1 a 60 s, mais preferencialmente de 5 s a 30 s.
[0038] Em uma forma de realização preferida, o teor em água do material celulósico seco é de 1% em peso a 20% em peso, de um modo preferido, de 2% em peso a 15% em peso, de um modo mais preferido, de 5% em peso a 10% em peso.
[0039] Em uma forma de realização, o tamanho, comprimento do material celulósico seco, preferencialmente MCC, é inferior a 50 μm, de preferência inferior a 40 μm, mais preferivelmente desde 10 μm até 35 μm, e ainda mais preferencialmente desde 20 μm até 30 μm.
[0040] Em outra forma de realização, o material celulósico seco tem um tamanho de partícula D50 médio de 1 μm a 150 μm, de preferência de 2 μm a 100 μm, mais preferencialmente de 20 μm a 70 μm. Os tamanhos das partículas foram medidos com o método Mastersizer, em que os tamanhos das partículas foram medidos com um Mastersizer 2000 equipado com uma unidade de dispersão Hydro 2000MU (Malvern Instrument Ltd, Reino Unido). O valor de distribuição de tamanho d50 foi usado como uma medida do tamanho médio de partícula. Na medição, cerca de 0,5 g da amostra foi misturado a 25,0 mL de água utilizando uma unidade de dispersão a uma taxa de agitação de 800 rpm. Em seguida, a suspensão foi ultrassonificada por 60 s, com amplitude de 39% e frequência de 20 Hz. Uma amostra totalmente desintegrada (5 mL) foi pipetada na unidade de dispersão e a distribuição do tamanho das partículas foi medida por três medições sequenciais de cinco segundos em intervalos de 60 segundos. A medição do sinal de fundo foi feita com água destilada a cada vez antes da medição da amostra.
[0041] O material celulósico seco é submetido a tratamento mecânico.
[0042] O tratamento mecânico pode ser qualquer tratamento mecânico adequado conhecido na técnica que refina o material celulósico em celulose microfibrilada (MFC).
[0043] Exemplos de tratamentos mecânicos adequados são fibrilação em um moedor, triturador, extrusor, misturador rotor-estator ou moedor, misturador rotor-rotor ou moedor, moedor de alta taxa de cisalhamento, dispersonizadores, homogeneizador, fluidificador ou desintegrador ultrassônico.
[0044] Em uma forma de realização preferida, o material celulósico seco é submetido a tratamento em um fluidificador ou em um homogeneizador, de preferência um fluidificador.
[0045] Todos os homogeneizadores e fluidificadores convencionais disponíveis podem ser utilizados, tais como o homogeneizador Gaulin ou o microfluidificador. A homogeneização ou fluidificação pode ser realizada sob a influência de uma diferença de pressão. Durante a homogeneização ou fluidificação, a mistura compreendendo fibras naturais de celulose é submetida a alta pressão, por exemplo, de 200 - 2.100 bar. Por exemplo, na homogeneização, a mistura compreendendo fibras naturais de celulose e um aditivo opcional pode ser bombeada a alta pressão, como definido acima, e alimentada através de um conjunto de válvula carregado com mola. As fibras naturais de celulose na mistura são submetidas a uma grande queda de pressão em altas forças de cisalhamento. Isto leva à fibrilação das fibras naturais de celulose. Alternativamente, na homogeneização por fluidificação, a mistura compreendendo fibras naturais de celulose e um aditivo opcional passa através de canais em forma de Z sob alta pressão, como definido acima. O diâmetro do canal pode ser de 200 a 400 μm. A taxa de cisalhamento, que é aplicada às fibras naturais de celulose na mistura é assim elevada, e resulta na formação de microfibrilas de celulose. Independentemente do procedimento, isto é, homogeneização ou fluidificação, o procedimento pode ser repetido várias vezes até se obter o grau desejado de fibrilação.
[0046] O tratamento mecânico pode ser realizado em condições pressurizadas, por exemplo, em homogeneizador ou fluidificador. Em uma forma de realização, a pressão no homogeneizador ou no fluidificador é de 200 bar a 2.100 bar, de preferência de 400 bar a 1.500 bar, mais preferivelmente de 500 bar a 1.100 bar.
[0047] O material celulósico seco pode ser passado através do homogeneizador ou fluido, quantas vezes forem necessárias para se obter MFC com as características desejadas. Na forma de realização preferida, o material celulósico é passado através do homogeneizador ou fluidificador de 1 a 5 vezes.
[0048] O material celulósico seco pode ser alimentado para o tratamento mecânico como tal ou como uma suspensão aquosa. Em uma forma de realização, o material celulósico seco é alimentado ao tratamento mecânico a uma consistência de alimentação de 1% em peso a 70% em peso, preferencialmente de 1% em peso a 50% em peso, mais preferivelmente de 1% em peso a 20% % em peso, ainda mais preferencialmente de 1,5 a 10% em peso, e mais preferencialmente de 6% em peso a 8% em peso, em teor de sólidos secos.
[0049] O método da presente invenção pode também compreender, opcionalmente, um ou mais pré-tratamentos antes da etapa de secagem. Exemplos de tais pré-tratamentos são hidrólise, tais como hidrólise ácida, pré-tratamento enzimático e/ou mecânico, ou introdução de grupos carregados, por exemplo, através de carboximetilação ou oxidação mediada por TEMPO.
[0050] A celulose microfibrilada (MFC) obtida pode estar na forma sólida ou na forma de uma suspensão semelhante a gel compreendendo MFC, dependendo do método de tratamento mecânico. Opcionalmente, o MFC pode ser tratado adicionalmente. Um exemplo de tal tratamento é a secagem.
[0051] O termo "celulose microfibrilada" (MFC) como usado nesse relatório descritivo inclui celulose microfibrilada/microfibrilar e celulose nano fibrilada/nano fibrilar (nano fibrilas de celulose), materiais que também são referidos como nano celulose.
[0052] De acordo com o segundo aspecto da presente invenção, é fornecida celulose microfibrilada (MFC). Mais particularmente, é proporcionada celulose microfibrilada (MFC) que é produzida com o método da presente invenção.
[0053] A celulose microfibrilada (MFC) da presente invenção tem uma área superficial específica (SSA) (m2/g) maior, de preferência pelo menos 5% maior, mais preferencialmente pelo menos 10% maior em comparação com uma MFC que não foi produzida com o método da presente invenção.
[0054] O método utilizado para determinar SSA (m2/g) dos respectivos materiais foi descrito em detalhes anteriormente.
[0055] Em uma forma de realização, a MFC da presente invenção tem SSA (m2/g) acima de 110 m2/g, de preferência acima de 110 m2/g após 5 passagens através de um fluidificador, mais preferivelmente acima de 110 m2/g após 5 passagens através de um fluidificador processado a uma consistência de fluidificação de 7,5% em peso.
[0056] Em outra forma de realização, a MFC tem diâmetro (d) de 10 nm a 40 nm. No entanto, em outra forma de realização, a MFC tem comprimento (L) superior a 1 μm. No entanto, em outra forma de realização, a MFC tem um formato (comprimento/diâmetro (L/d)) de 10 a 300. A celulose microfibrilada (MFC) da presente invenção ou a celulose microfibrilada (MFC) produzida com o método da presente invenção pode ser utilizada em aplicações ou processos de pasta ou papel.
[0057] A celulose microfibrilada (MFC) da presente invenção ou a celulose microfibrilada (MFC) produzida com o método da presente invenção também pode ser usada em aplicações de perfuração de petróleo, aplicações de alimentos, aplicações farmacêuticas, aplicações cosméticas ou aplicações de revestimento.
[0058] A celulose microfibrilada (MFC) da presente invenção ou a celulose microfibrilada (MFC) produzida com o método da presente invenção pode ser usada como um agente emulsionante, um agente estabilizante, agente de reforço, um agente de barreira, um agente farmacêutico ou excipiente nutracêutico.
[0059] A invenção será descrita a seguir, em maiores detalhes, por meio de exemplos. O objetivo dos exemplos não é restringir o escopo das reivindicações.
[0060] Uma celulose microcristalina comercial derivada de algodão (MCC) Avicel PH-101 ("Avicel" doravante), adquirida da Sigma-Aldrich (Alemanha), foi utilizada como tal.
[0061] Duas pastas químicas de madeira macia diferentes foram usadas para a preparação das outras matérias-primas: uma pasta de sulfato branqueada (de uma fábrica de celulose Central Finnish) para o MCC e uma pasta de sulfito branqueada (Domsjo ECO Bright, Domsjo Fabriker AB, Suécia) para o material de referência. Os ácidos sulfúrico e cítrico utilizados e o hidrogenofosfato dissódico foram todos de qualidade laboratorial e utilizados sem purificação adicional. A enzima endoglucanase comercial utilizada foi EcoPulpR® (RAOL Oyj, Finlândia) com uma atividade de 152.000CMU/g. A solução de enzima foi diluída antes da hidrólise. Água destilada foi utilizada em todos os procedimentos laboratoriais.
[0062] A matéria-prima de referência ("Ref." doravante) foi preparada a partir de uma polpa de sulfito de madeira macia branqueada comercial que foi refinada para um valor Schopper-Riegler de 28° por moagem PFI, empregando as normas ISO 5264-2:2011 e ISO 5267-1:1999. O tratamento enzimático subsequente foi realizado com uma carga de enzima de 500CMU/g a 50°C a 4% de consistência de celulose e mistura suave com colher a cada 20 min. durante 2 h 20 min. O tratamento foi realizado em ácido cítrico (0,1 M) e uma solução tampão de hidrogenofosfato dissódico (0,2 M) ajustando o pH a 4,8. Após o período de incubação, as fibras foram lavadas em um funil de Büchner até a condutividade do filtrado de lavagem ser 5 μS. A atividade enzimática foi interrompida por incubação da pasta a 4% a 90°C durante 30 min. com uma etapa de lavagem subsequente. Finalmente, a polpa foi mecanicamente refinada para um valor Schopper-Riegler de 85° em uma moinho PFI, de acordo com ISO 5264-2:2011 e ISO 5267-1:1999.
[0063] De modo a fabricar as matérias-primas de MCC, uma pasta de sulfato de madeira macia branqueada foi hidrolisada em um reator de metal de 2,5 dm3 semelhante a tubo usando H2SO4 como agente hidrolisador. A hidrólise foi realizada com uma carga ácida a 1,5% (calculada com base na celulose seca no forno) a 160°C com uma consistência de polpa a 10%. A hidrólise foi terminada quando o nível de polimerização (DP) de 390 foi atingido por meio do resfriamento dos reatores até a temperatura ambiente e lavagem de MCC produzida em um funil de Büchner em arame de malha 90.
[0064] A MCC produzida acima é um produto da MCC que nunca foi seco e que foi utilizado como uma amostra de referência na preparação de celulose microfibrilada (MFC) (referida como "DP390" a seguir).
[0065] Parte da MCC produzida acima foi convertida em pó seco (referido como "DP390dry" a seguir) em secagem por pulverização (Niro Mobile Minor, Niro Atomizer Ltd., Copenhagen, Dinamarca) a 5% de consistência de alimentação utilizando as temperaturas do ar de entrada e saída de 350°C e 90°C, respectivamente. A amostra de MCC seca obtida foi utilizada como tal.
[0066] Os tamanhos das partículas de Avicel, DP390 e DP390dry foram medidos com um Mastersizer 2000 equipado com uma unidade de dispersão Hydro 2000MU (Malvern Instrument Ltd, Reino Unido). O valor de distribuição de tamanho d50 foi usado como uma medida do tamanho médio de partícula. Cerca de 0,5 g da amostra foi misturado a 25,0 mL de água utilizando uma unidade de dispersão com uma velocidade de agitação de 800 rpm. Em seguida, a suspensão foi ultrassonificada por 60 s, com amplitude de 39% e frequência de 20 Hz. Uma amostra totalmente desintegrada (5 mL) foi pipetada para a unidade de dispersão e a distribuição de tamanho de partícula foi medida por três medições sequenciais de cinco segundos em intervalos de 60 segundos. A medição do sinal de fundo foi realizada com água destilada a cada vez antes da medição da amostra.
[0067] O DP foi calculado a partir das viscosidades intrínsecas das matérias-primas de celulose, dissolvidas em cuprietilenodiamina e medidas de acordo com SCAN-C 15:99. O cálculo foi feito de acordo com a equação padrão SCAN-C 15:88 Mark-Houwink.
[0068] Na Tabela 1 são apresentados os tamanhos de partícula das matérias-primas da MCC antes de submeter às MCCs ao tratamento de fluidificação (preparação de MFC). Tabela 1 - Características moleculares, estruturais e visuais das matérias-primas
[0069] Pode ser visto a partir da Tabela 1 que a MCC seca de acordo com a presente invenção (amostra DP390dry) tem o menor tamanho médio de partícula. Isto é, a secagem rápida, secagem por pulverização reduz o tamanho das partículas.
[0070] O equipamento Microfluidificador (Microfluidizer M-110P, Microfluidics Corp.) foi empregado para preparar todas as MFCs. O fluidificador foi equipado com duas câmaras de impacto em forma de Y conectadas em série. O diâmetro interno do primeiro canal de fluxo da câmara de impacto era de 2 00 μm e o segundo de 100 μm. A pressão de produção utilizada foi de 2.000 bar. Após cada passagem pelas câmaras de impacto, uma amostra MFC foi retirada para análises posteriores. O número máximo de passagens foi de cinco. Vários níveis de consistência de alimentação para cada matéria-prima (amostra de referência, Avicel (amostra de referência), DP390 (amostra de referência) e DP390dry) foram testados, mas os níveis máximos de consistência foram determinados de acordo com o seguinte critério: operação do equipamento fluidificador foi tranquila, sem problemas implicando em floculação, entupimento ou outros problemas de processamento. As consistências de alimentação aplicáveis e máximas aplicáveis para as diferentes matérias-primas estão listadas na Tabela 2. Tabela 2. O fluidificador testado e utilizado alimenta as consistências das diferentes matérias-primas de celulose
N/A = não processável devido a problemas operacionais
[0071] A área superficial específica (SSA) de todas as amostras foi analisada utilizando um NOVA 4000 (Quantachrome GmbH & Co., Odelzhausen, Alemanha) e gás N2 puro para fornecer isotermas de adsorção. Com base nos dados da isoterma, a SSA das amostras foi calculada pela equação de Brunauer-Emmett-Teller (BET). As amostras de MFC úmidas foram submetidas a um deslocamento de líquido de duas etapas utilizando um álcool de baixo peso molecular totalmente solúvel em água, congeladas e deixadas sublimar em condições de liofilização.
[0072] Os dados BET medidos (Tabela 3) indicaram que as condições do processo de fluidificação impuseram efeitos significativos na estrutura de MCC resultante. Ao comparar as SSAs de matéria-prima e celulose fibrilada, ficou aparente que a MFC produzida a partir de MCC seca (DP390dry e Avicel) produziu um aumento maior da SSA do que no caso de MCC nunca seca (DP390). Além disso, ficou aparente que a matéria prima de Ref. mostrou a maior área de superfície de matéria-prima e o processamento adicional não aumentou isso. Os dados da Tabela 3 mostram que uma maior consistência na fluidificação resultou em MFC com maior área superficial.
[0073] Como também pode ser visto na Tabela 3, com o método da presente invenção, MFC (amostra DP390dry) com SSA alta é obtida comparado com as amostras de referência (Ref., Avicel e DP390). Assim, a secagem rápida (secagem por pulverização) do material de MCC afeta as propriedades finais da MFC. Tabela 3. Dados de BET/SSA
Claims (14)
1. Método de produção de celulose microfibrilada (MFC) caracterizado pelo fato de que compreende: (i) fornecer material celulósico, que é celulose microcristalina; (ii) secar o material celulósico por secagem por pulverização, secagem instantânea, secagem em leito fluidizado ou secagem em tambor rotativo, em que o tempo de secagem é inferior a 5 minutos, até a área de superfície específica (SSA), quando a medição é realizada com o método BET, ser no máximo 10 m /g e o tamanho do material celulósico seco ser inferior a 50 μm; e (iii) submeter o material celulósico seco a tratamento mecânico, que refina o material celulósico à celulose microfibrilada.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material celulósico é material vegetal de madeira selecionado a partir de madeiras macias ou madeiras duras; material vegetal não lenhoso; ou uma mistura destes.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o material celulósico é aquecido é ar, um gás inerte selecionado a partir de nitrogênio e argônio, ou vapor.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o material celulósico é seco em contato com gás aquecido.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o gás aquecido é ar, um gás inerte selecionado a partir de nitrogênio e argônio, ou vapor.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o tempo de secagem é de 1 segundo a 60 segundos.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a secagem é secagem por pulverização ou secagem rápida.
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a temperatura de entrada na secagem por pulverização é de 200 a 450°C e a temperatura de saída é de 50 é a 150°C.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o teor de água do material celulósico seco é de 1% em peso a 20% em peso.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o material celulósico seco é alimentado ao tratamento mecânico a uma consistência de alimentação de 1% em peso a 70% em peso em teor de sólidos secos.
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o tratamento mecânico é selecionado a partir de fibrilação em um moinho, moedor, extrusor, misturador ou triturador rotor-estator, misturador ou triturador rotor-rotor, triturador de alta velocidade de cisalhamento, dispersionizadores, homogeneizador, fluidificador ou desintegrador ultrassônico.
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o tratamento mecânico é realizado pelo homogeneizador ou fluidificador.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a pressão no homogeneizador ou no fluidificador é de 200 bar a 2.100 bar.
14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 e 13, caracterizado pelo fato de que o material celulósico seco é passado 1 a 5 vezes através do homogeneizador ou fluidificador.
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