BR112019018334A2

BR112019018334A2 - Processo para a extração simultânea de lignina e sílica, mistura de lignina e sílica, uso de uma mistura de lignina e sílica e elastômero

Info

Publication number: BR112019018334A2
Application number: BR112019018334-5A
Authority: BR
Inventors: Benjelloun Mlayah Bouchra; Delmas Michel
Original assignee: Compagnie Industrielle De La Matiere Vegetale - Cimv
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2020-03-31
Also published as: AR111243A1; BR112019018334B1; ZA201906070B; CN110446757A; DK3372646T3; EA038783B1; EP3372646A1; CA3055123A1; MX2019010473A; EP3372646B1; CA3055123C; AU2018232379B2; EA201991929A1; US11274209B2; US20200157352A1; LT3372646T; ES2828302T3; WO2018162207A1; HUE051840T2; PL3372646T3

Abstract

a invenção se refere a um processo para a extração simultânea de lignina e sílica de material de planta lignocelulósica caracterizado pelo fato de que o mesmo compreende as etapas de: a) fracionar o material de planta lignocelulósica na presença de uma solução ácida, de modo a obter uma fração sólida que compreende celulose, lignina residual e sílica; b) extrair simultaneamente lignina e sílica da fração sólida obtida na etapa a) com uma solução básica, em um ph entre 10 e 13 e em uma temperatura entre 70 °c e 90 °c, de modo a obter uma fase líquida que compreende lignina e sílica e uma fase sólida; c) separar a fase líquida da fase sólida obtida na etapa b), d) coprecipitar uma mistura de lignina e sílica constituída na fase líquida, em um ph entre 5 e 6.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para “PROCESSO PARA A EXTRAÇÃO SIMULTÂNEA DE LIGNINA E SILICA, MISTURA DE LIGNINA E SILICA, USO DE UMA MISTURA DE LIGNINA E SILICA E ELASTÔMERO”

CAMPO DA TÉCNICA DA INVENÇÃO [001] A invenção se refere a um processo para a extração simultânea de uma lignina e uma silica, em particular, uma lignina quimicamente não modificada e silica, de material de planta lignocelulósica e o uso da mistura obtida como um preenchimento de reforço para o reforço mecânico de polímeros de elastômero.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA [002] O reforço de preenchimento de elastômeros é uma área de interesse em diversas indústrias como para a indústria de borracha. A borracha preenchida é amplamente usada para aplicações como pneus e sistemas de aplicações antivibração. Dois dos preenchedores mais comumente encontrados são negro de carbono e silica.

[003] A silica é usada como um preenchedor ativo em elastômeros. A mesma pode ser usada como tal ou silanizada antes do uso. A silanização da silica reduz o tempo de vulcanização do elastômero e aumenta a interação de matriz de preenchedor/polímero.

[004] As formulações de elastômero, em geral, contêm menos que 100 partes por centena de borracha (PHR) de carga ativa (isto é, negro de carbono ou silica). Em geral, as misturas contêm cerca de 50 PHR de carga ativa. Esses preenchimentos são compostos por 0 a 100% de silica.

[005] O melhor consenso entre a adição de silica e as propriedades mecânicas do elastômero é obtido em 20 para 30 PHR de silica (e 30 para 20 PHR de negro de carbono). Essa quantidade pode variar dependendo da natureza da matriz elastomérica usada.

[006] Desse modo, na maior parte dos casos, a melhor formulação é obtida com uma mistura de 50/50 de negro de carbono/sílica.

[007] A adição de silica às formulações torna possível aumentar:

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- a dureza (ou rigidez),

- a resistência à tração, e

- o alongamento na ruptura, da formulação de elastômero.

[008] A silica usada em elastômeros é, em geral, de origem mineral. No entanto, há outra fonte importante de silica. Os cereais são uma fonte rica em silica. Por exemplo, palha de arroz pode compreender mais de 10% de silica. Consequentemente, a palha e o joio de cereais representam uma fonte importante de silica. De fato, esses materiais residuais são muito pouco usados e, quando os mesmos são usados, seu uso é, geralmente, limitado pela presença de silica. A silica é, em particular, um obstáculo maior para o uso de palha de cereal na produção de polpa de papel. A técnica mais comum para a extração de silica de desperdícios de planta é sua combustão. No entanto, a qualidade da silica obtida por combustão é empobrecida. A razão é que a silica obtida por combustão exibe uma baixa pureza e as partículas de silica têm diâmetros maiores. Além disso, a combustão desses resíduos tem um impacto negativo no ambiente uma vez que a mesma resulta de emissões de enxofre e óxido de nitrogênio. Ademais, a combustão desses resíduos resulta na perda de compostos orgânicos vantajosos que poderíam ser reciclados.

[009] O negro de carbono é produzido por combustão incompleta de produtos pesados de petróleo. Sua substituição, parcial ou totalmente, por um preenchedor de fonte biológica que tem pelo menos as mesmas propriedades de reforço, é de alto interesse.

[010] O uso de uma lignina pura e não degradada, quimicamente não modificada (doravante Biolignin™) como uma substituição para negro de carbono para o reforço mecânico de polímeros de elastômero, já foi descrito no documento WO 2014/012924. As propriedades físico-químicas específicas da lignina não modificada no documento WO 2014/012924 confirmaram seu potencial como um substituto excelente de negro de carbono para reforço mecânico em estruturas de elastômero polimérico.

[011] Há, desse modo, uma necessidade de fornecer um processo para obter um

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3/17 produto de fonte biológica favorável ao meio ambiente derivado de material de planta, por exemplo, de um subproduto agrícola, em que o dito produto de fonte biológica tem capacidade de aprimorar o reforço mecânico de polímeros de elastômero, em particular, a dureza ou rigidez, resistência à tração e alongamento na ruptura.

[012] Há ainda uma necessidade por um produto de fonte biológica favorável ao meio ambiente derivado de material de planta, para uso como um preenchimento de reforço para o reforço mecânico de polímeros de elastômero em substituição de negro de carbono, que é produzido por combustão incompleta de produtos pesados de petróleo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [013] A presente invenção se refere a um processo para a extração simultânea de lignina e silica, em particular, uma mistura de uma lignina quimicamente não modificada e silica, mais particularmente, uma mistura de Biolignin™ e silica, de material de planta lignocelulósica.

[014] A presente invenção também se refere ao uso de uma mistura de lignina e silica, em particular, uma mistura de uma lignina quimicamente não modificada e silica, mais particularmente, uma mistura de Biolignin™ e silica, obtida pelo processo da invenção, como um preenchimento de reforço para o reforço mecânico de polímeros de elastômero.

[015] A presente invenção se refere ainda a um elastômero que compreende uma mistura de lignina e silica, em particular, uma mistura de uma lignina quimicamente não modificada e silica, mais particularmente, uma mistura de Biolignin™ e silica, obtida pelo processo da invenção.

[016] A presente invenção ainda se refere a uma mistura de lignina e silica, em particular, uma mistura de uma lignina quimicamente não modificada e silica, mais particularmente, uma mistura de Biolignin™ e silica, obtida pelo processo da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [017] A presente invenção se refere a um processo para a extração simultânea de lignina e silica de material de planta lignocelulósica, caracterizado pelo fato de que

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4/17 o mesmo compreende as etapas de:

a) fracionar o material de planta lignocelulósica na presença de uma solução ácida, de modo a obter uma fração sólida que compreende principalmente celulose, lignina residual e silica;

b) extrair simultaneamente lignina e silica da fração sólida obtida na etapa

a) com uma solução básica, em um pH entre 10 e 13 e em uma temperatura entre 70 °C e 90 °C, de modo a obter uma fase líquida que compreende lignina e silica, e uma fase sólida;

c) separar a fase líquida da fase sólida obtida na etapa b),

d) coprecipitar uma mistura de lignina e silica que é constituída na fase líquida, em um pH entre 5 e 6.

[018] A presente invenção também se refere à mistura de lignina e silica obtida de acordo com esse processo.

[019] A lignina extraída simultaneamente com silica de acordo com o processo da invenção é, de preferência, uma lignina quimicamente não modificada e, mais preferencialmente, Biolignin™. Tais ligninas são bem representadas no documento WO 2014/012924.

[020] A primeira etapa do processo de acordo com a invenção compreende fracionar o material de planta lignocelulósica na presença de uma solução ácida, de modo a obter uma fração sólida que compreende celulose.

[021] O material de planta lignocelulósica pode ser qualquer tipo de material de planta lignocelulósica que compreende lignina e silica. Em particular, o material de planta lignocelulósica pode ser joio e/ou palha de cereal. Os cereais são ricos em lignina e silica. A palha e o joio que são subprodutos agrícolas, são, desse modo, valorizados. Os cereais usados no processo de acordo com a invenção podem, por exemplo, ser trigo, arroz, mais ou cevada, centeio, aveia, triticale, etc. Desse modo, o material de planta lignocelulósica pode ser trigo ou palha de arroz e/ou trigo ou joio de arroz. De acordo com uma modalidade, o material de planta lignocelulósica é palha de trigo. De acordo com outra modalidade, o material de planta lignocelulósica é palha

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5/17 de arroz. O último é particularmente rico em silica.

[022] Antes da etapa de fracionamento, cuidado é tomado para que a umidade do material de planta lignocelulósica seja menor ou igual a 25% em peso de água em relação ao material seco. O material bruto de lignocelulose é, de preferência, moído e reduzido para fragmentos ou lascas ou estilhas de substancialmente entre 0,5 e 20 cm em comprimento. Antes da etapa de fracionamento, é também possível elaborar o material de planta lignocelulósica que pode ser pré-impregnado em uma temperatura pelo menos 30 °C menor que a temperatura de reação. A impregnação por imersão pode ser realizada durante 10 a 30 minutos em uma mistura de ácido fórmico/ácido acético. A impregnação e reações de fracionamento são, de preferência, realizadas sob pressão atmosférica.

[023] O material de planta lignocelulósica de fracionamento na presença de uma solução ácida é conhecido. Tais fracionamentos e as etapas prior antes desse fracionamento são, em particular, descritos nos documentos WOOO/68494, W02009/092749 e WO2012/049054 de Compagnie Industrielle de Ia Matiere Vegetale (CIMV).

[024] O material de planta de fracionamento em um meio ácido retém uma parte de lignina e silica na fração sólida que compreende celulose, tornando possível extrair a mesma em uma etapa subsequente. Esse tipo de fracionamento é contrário à prática geral que, no caso de material de planta que tem um alto teor de silica, é recomendado realizar um fracionamento em um meio básico a fim de remover a silica direto da etapa de fracionamento da celulose e, desse modo, impedir a silica de interferir com a extração da celulose, os açúcares e a lignina presentes no material de planta.

[025] De acordo com uma modalidade preferencial, a etapa de fracionamento a) compreende as etapas de:

a1) colocar o material de planta lignocelulósica em contato com uma solução ácida de modo a obter uma fração sólida que compreende celulose e uma fração líquida, a2) separar a fração sólida e a fração líquida obtida na etapa a1).

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6/17 [026] A operação na qual o material de planta lignocelulósica é colocado em contato com uma solução ácida pode ser realizada em uma temperatura entre 50 °C e 115 °C, de preferência, entre 95 °C e 110 °C.

[027] De preferência, a operação na qual o material de planta lignocelulósica é colocado em contato com uma solução ácida dura de 1 a 3 horas.

[028] A solução ácida da etapa de fracionamento a) pode compreender pelo menos um ácido orgânico. A solução ácida da etapa de fracionamento a) pode, em particular, compreender ácido fórmico e/ou ácido acético.

[029] De acordo com uma modalidade preferencial, a solução ácida da etapa de fracionamento a) é uma solução de ácido orgânico (ou ácidos orgânicos), de preferência, uma solução de ácido fórmico e ácido acético. De preferência, a solução ácida da etapa de fracionamento a) é uma mistura de ácido fórmico e ácido acético. Essa mistura de ácido fórmico e ácido acético pode compreender pelo menos 50% em peso de ácido acético e pelo menos 20% em peso de ácido fórmico.

[030] O fracionamento com uma mistura de ácido acético e ácido fórmico torna possível evitar danos às fibras de celulose que ocorre com ácido fórmico concentrado sozinho sob as condições normais de uso. A qualidade da polpa de celulose que será obtida a partir da fração sólida que compreende celulose após a extração de silica e lignina é, desse modo, preservada. A qualidade dos produtos, isto é, lignina e açúcares que serão obtidos a partir da fração líquida é também preservada.

[031] De acordo com uma modalidade preferencial, o material de planta lignocelulósica é colocado em contato com uma mistura de ácido fórmico que compreende pelo menos 5% em peso de ácido acético. A combinação é colocada em uma temperatura de reação de entre 50 °C e 115 °C.

[032] A fração sólida é, de modo subsequente, separada da fração líquida que compreende, em particular, em solução, o ácido fórmico e o ácido acético de partida, açúcares poliméricos e monoméricos dissolvidos, ligninas e ácido acético que resultam do material de partida de planta lignocelulósica.

[033] Tipicamente, a fração líquida obtida durante a etapa de separação a1)

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7/17 compreende lignina. A mesma também pode compreender açúcar e/ou hemicelulose. Essa fração líquida pode ser submetida a diversos tratamentos a fim de recuperar alguns dos compostos que a mesma compreende. Em particular, a mesma pode ser tratada, por exemplo, por evaporação, a fim de reciclar a solução ácida. Desse modo, se uma mistura de ácido acético e ácido fórmico for usada durante a etapa a), a mesma pode ser extraída da fração líquida obtida na etapa a2). Essa mistura pode, então, ser reciclada nas etapas que necessitam da adição de uma solução ácida desse tipo.

[034] A lignina e os açúcares dessa fração líquida também podem ser purificados. O açúcar purificado desse modo pode, em particular, ser fermentado a fim de obter etanol. Os processos para a purificação de lignina e açúcar de tal fração líquida são conhecidos. Os mesmos são, em particular, descritos no documento WO2011/154293 de CIMV.

[035] Como o fracionamento ocorre em um meio ácido, a silica e lignina residuais permanecem na fração sólida e não são descarregados na fração líquida. Consequentemente, os tratamentos opcionais dessa fração líquida não enfrentam mais as desvantagens devido à presença de silica.

[036] A fração sólida obtida durante a etapa a) compreende celulose. A celulose incluída nessa fração, de preferência, consiste na maior parte da celulose incluída no material de planta lignocelulósica.

[037] A segunda etapa do processo de acordo com a invenção compreende a extração de lignina e silica residuais da fração sólida obtida na etapa a) com uma solução básica, em um pH entre 10 e 13 e em uma temperatura entre 70 °C e 90 °C, de modo a obter uma fase líquida que compreende silica e uma fase sólida.

[038] Durante essa etapa de extração, a silica presente na fração sólida obtida na etapa a) dissolve na forma de silicato. A lignina presente na fração sólida da etapa

a) é também solubilizada na etapa de extração. Uma fase líquida que compreende silica e lignina e uma fase sólida que compreende principalmente celulose são, então, obtidas.

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8/17 [039] A etapa de extração pode durar entre 30 e 60 min.

[040] A etapa de extração b) é realizada em um pH entre 10 e 13.

[041] De acordo com uma modalidade preferencial, a etapa de extração b) é realizada em um pH entre 10,5 e 12,5, de preferência, entre 10,5 e 11,5.

[042] Tal faixa de pH torna possível obter partículas de silica e lignina com um diâmetro de poucos micrômetros. O papel do pH durante a etapa de extração em relação ao tamanho das partículas de silica e lignina é particularmente surpreendente. Isso se deve até agora aos parâmetros da etapa de precipitação que parece ter uma influência sobre o diâmetro de partícula.

[043] A solução básica da etapa de extração b), também chamada de solução de extração, pode ser uma solução de hidróxido de potássio ou hidróxido de sódio.

[044] A solução básica da etapa de extração b) pode, por exemplo, compreender entre 2% e 5% em peso de NaOH. De preferência, a mesma compreende 1,5% em peso de NaOH.

[045] A terceira etapa do processo de acordo com a invenção compreende separar a fase líquida da fase sólida que são obtidas na etapa de extração b).

[046] Essa etapa de separação pode ser realizada por técnicas bem conhecidas para separação de sólido-líquido, por exemplo, por separação por decantação, por filtragem, por exemplo, por meio de uma prensa de filtro, ou por centrifugação.

[047] O processo de acordo com a invenção pode compreender uma etapa de concentrar a fase líquida após a etapa de separação c) e antes da etapa de coprecipitação d) a fim de aumentar o rendimento de coprecipitação.

[048] De preferência, a fase líquida é concentrada de modo a compreender 10% de material seco.

[049] A quarta etapa do processo de acordo com a invenção compreende coprecipitar juntas silica e lignina constituídas na fase líquida em um pH entre 5 e 6. A coprecipitação de silica e lignina constituída na fase líquida pode ser realizada diretamente após a etapa de separação c) sem uma etapa de concentração anterior ou após a etapa de concentração. De preferência, a etapa de coprecipitação é

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9/17 realizada após uma etapa de concentrar a fase líquida. Ao otimizar as condições da etapa de extração b), silica e lignina com uma pureza desejada e um diâmetro desejado são obtidas. Desse modo, de acordo com esse processo, não é mais necessário usar condições de coprecipitação específicas, por exemplo, a fim de reduzir o diâmetro das partículas de silica e lignina.

[050] A coprecipitação da silica e lignina em um pH entre 5 e 6 pode ser realizada pela adição de uma solução ácida, de preferência, com uma solução ácida obtida por reciclagem da fração líquida obtida subsequente à etapa de separação a2). A reciclagem da solução ácida torna possível limitar a contribuição de reagente e, desse modo, o custo do processo.

[051] Do mesmo modo, a fim de limitar a contribuição de reagente, a solução ácida usada durante a etapa de fracionamento pode também se originar da reciclagem da fração líquida.

[052] Uma vez que a lignina e silica foram coprecipitadas juntas, a mistura resultante pode ser lavada a fim de remover os sais residuais ou qualquer outra impureza.

[053] A silica e a lignina coprecipitada podem, de modo subsequente, ser filtradas, por exemplo, por filtragem em uma centrífuga.

[054] A mistura de lignina e silica é, então, recuperada.

[055] A razão de massa entre lignina/sílica na mistura resultante é entre 85/15 e 50/50.

[056] A silica extraída de acordo com o processo da invenção é de origem vegetal. No contexto da presente invenção, essa silica também pode ser designada como “biossílica”.

[057] As partículas de silica da mistura de lignina/sílica obtida de acordo com o processo da invenção podem exibir um diâmetro principal, também conhecidas como dso, de 3 pm a 200 pm. O diâmetro principal das partículas varia como uma função das condições de extração. Em um pH entre 10,5 e 11,5, um diâmetro principal evidente de 1 pm a 10 pm pode ser obtido. Desse modo, não é mais necessário usar

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10/17 etapas adicionais, como sonicação, a fim de reduzir o tamanho das partículas.

[058] A lignina na mistura de lignina/sílica é, de preferência, uma lignina quimicamente não modificada com grupos funcionais disponíveis como representado no documento WO 2014/012924. Mais preferencialmente, a lignina na mistura de lignina/sílica é Biolignin™. As diferentes características de Biolignin™ são descritas no documento WO 2014/012924.

[059] A lignina, de preferência, Biolignin™, presente nas misturas de lignina/sílica obtidas pelo processo da invenção tem um dso de 10 pm a 400 pm.

[060] A distribuição de tamanho de partícula dso, também conhecida como o diâmetro médio, é o valor do diâmetro de partícula a 50% na distribuição cumulativa. Por exemplo, se dso = 10 pm, então, 50% das partículas na amostra são maiores que 10 pm, e 50% menores que 10 pm.

[061] A invenção também se refere à mistura de lignina e silica obtida de acordo com o processo da invenção. A lignina é, de preferência, uma lignina quimicamente não modificada e, mais preferencialmente, Biolignin™.

[062] A presente invenção se refere ainda ao uso de uma mistura de lignina e silica obtida de acordo com o processo da invenção como um preenchimento de reforço para o reforço mecânico de polímeros de elastômero.

[063] A presente invenção ainda se refere a um elastômero que compreende uma mistura de lignina e silica obtida de acordo com o processo na invenção.

[064] Uma instalação para uma extração simultânea de silica e lignina de material de planta lignocelulósica, é representada na Figura 1. Tal instalação compreende:

• uma unidade de fracionamento:

- que compreende uma alimentação de solução ácida,

- adequada para separar uma fração sólida e uma fração líquida, e

- que compreende uma saída de fração líquida e uma saída de fração sólida, em que a saída de fração sólida é conectada a uma unidade de extração, • em que a unidade de extração:

- compreende uma alimentação de solução básica,

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- que é adequada para separar uma fase sólida e uma fase líquida, e

- que compreende uma saída de fração sólida e uma saída de fase líquida, em que a saída da fase líquida é conectada a uma unidade de precipitação, • em que a unidade de precipitação compreende uma alimentação de solução ácida.

[065] A saída de fração líquida da unidade de fracionamento é conectada a uma unidade de reciclagem adequada para reciclar uma solução ácida. A unidade de reciclagem compreende uma saída de solução ácida reciclada conectada à alimentação de solução ácida da unidade de precipitação.

[066] A invenção será ilustrada abaixo pela Figura 1 e pelos exemplos. No entanto, esses exemplos e figuras não devem ser interpretados de modo a limitar o escopo da presente invenção.

FIGURA [067] A Figura 1 representa uma vista esquemática e parcial do processo de acordo com a invenção e instalação para realizar a invenção.

[068] O material de planta lignocelulósica é introduzido por meio do cano 1 no reator 3, no qual o material de planta lignocelulósica é colocado em contato com uma solução ácida a fim de obter uma fração sólida que compreende celulose e uma fração líquida que compreende lignina e açúcar. A solução ácida é introduzida no reator 3 por meio do cano 2. A combinação que compreende as frações líquida e sólida é transferida para uma prensa 4 a fim de separar as duas frações. O reator 3 e a prensa 4 formam a unidade de fracionamento 3,4.

[069] A fração líquida é enviada para uma unidade de reciclagem 16 por meio da saída de fração líquida 5. A fração líquida é tratada na mesma por evaporação a fim de obter uma solução ácida reciclada. Essa solução é recuperada por meio do cano

17. Os outros constituintes da fração líquida também podem ser recuperados por meio da saída 18 e purificados.

[070] A fração sólida é enviada para um reator de extração por meio do cano 6. A fração sólida é colocada em contato na mesma com uma solução de extração básica

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12/17 introduzida por meio do cano 8. Essa etapa de extração é realizada em um pH de entre 10,5 e 11,5 em uma temperatura entre 70 °C e 90 °C. A silica e a lignina presentes na fração sólida, então, dissolvem na solução de extração, formando uma fase líquida que compreende silica e lignina e uma fase sólida que compreende celulose e depletada em silica e lignina.

[071] A combinação que consiste na fase sólida e na fase líquida é, de modo subsequente, introduzida em uma prensa 9 a fim de separar as mesmas. O reator de extração 7 e a prensa 9 formam a unidade de extração 7,9.

[072] A fase sólida separada desse modo é recuperada por meio do cano 10. Essa fase sólida pode ser submetida a diversos tratamentos a fim de recuperar o valor da celulose constituída na mesma.

[073] A fase líquida que compreende lignina e silica é concentrada na unidade 12 e, então, precipitada na unidade de precipitação 13 por ajuste do pH para um pH entre 5 e 6. O ajuste do pH é realizado pela solução ácida reciclada que se origina do cano 17.

[074] A mistura de lignina e silica coprecipitada é, de modo subsequente, filtrada na unidade de filtragem 14.

[075] A mistura de lignina e silica coprecipitada é recuperada por meio do cano

15.

EXEMPLOS

I. MISTURAS DE BIOLIGNIN™/SÍLICA [076] As misturas de Biolignin™/sílica da invenção são produzidas com Biolignin™ como descrito no documento WO 2014/012924 e uma silica (doravante biossílica ou silica CIMV) como definido doravante (Tabela 3).

[077] Por motivos de comparação com as misturas da invenção, misturas de Biolignin™ com silica comercialmente disponível (Aerosil™) foram preparadas misturando-se os dois pós e testadas (Tabelas 1 e 2).

1.1. BIOLK	GNIN™ 400 μΜ	/SILICA COMERCIAL (TABELA 1)
Propried	Referênci	Ensaio 0	Ensaio 1	Ensaio 2	Ensaio 3

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ades	a
Negro de carbono (N220) 100 PHR	Biolignin™ 400 pm 100 PHR	Biolignin™ 400 pm 50 PHR + Silica comercial 50 PHR	Biolignin™ 400 pm 75 PHR + Silica comercial 25 PHR	Biol Biol 400 pm 85 PHR + Silica comercial 15 PHR
Dureza (ShA)	88	-2%	5%	2%	1%
Resistência à ruptura (N)	138,76	-44%	-22%	-19%	-21%

[078] A dureza dos elastômeros reforçados com Biolignin™ é muito próxima à referência de negro de carbono reforçado. Essa dureza é aprimorada pela adição de silica na formulação.

[079] A resistência à tração do elastômero reforçado por Biolignin™ (ensaio 0) é reduzida em 44% em comparação com a referência (negro de carbono reforçado).

[080] Para formulações que contêm Biolignin™ que tem um dso de 400 pm (ensaios 1 a 3), os elastômeros obtidos têm uma resistência à tração reduzida de cerca de 20% em relação à referência, independentemente da quantidade de silica adicionada.

I.2. BIOLIGNINA 10 MM/ SÍLICA COMERCIAL (TABELA 2)

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Propried ades	Referência	Ensaio 4	Ensaio 5	Ensaio 6
negro de carbono N220100 PHR	Biolignin™ 10 pm 50 PHR + Silica comercial 50 PHR	Biolignin'™ 10 pm 75 PHR + Silica comercial 25 PHR	Biolignin™ 10 pm 85 PHR + Silica comercial 15 PHR
Dureza (ShA)	88	6%	0%	0%
Resistência à ruptura	138,76	-20%	-28%	-32%

[081] Para formulações que contêm Biolignin™ que tem um dso de 10 pm (Ensaios 4 a 6), a quantidade de silica adicionada parece ter um efeito discreto na resistência à tração do elastômero final. De fato, a resistência à tração parece aumentar com a quantidade de silica adicionada.

1.3. BIOLIGNIN™ 10 MM/ MISTURA DE BIOSSÍLICA DE ACORDO COM

A INVENÇÃO (TAB	ELA 3)
	Referência	Ensaio 7	Ensaio 8
Propriedades	negro de carbono N220 100 PHR	Biolignin”' 10 pm 50 PHR + Biossílica 50 PHR	Biolignin 10 pm 85 PHR + Biossílica 15 PHR
Dureza (ShA)	88	0%	1%
Resistência à ruptura (N)	138,76	-10%	-25%

[082] Como é evidente a partir da Tabela 3, a resistência à tração é aprimorada

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15/17 pela adição de Biossílica na formulação (ensaios 7 e 8). A biossílica é adicionada em um nível de 15 a 50 PHR.

[083] O uso de silica extraída pelo processo de CIMV (biossílica ou silica de CIMV) em vez da silica comercial nas formulações (ensaios 7 e 8) aprimora ainda a resistência à tração dos elastômeros finais.

[084] O ensaio 7” da formulação, que contêm 50 PHR de Biolignin™ e 50 PHR de silica de CIMV, torna possível obter um elastômero com uma dureza pelo menos equivalente àquela da referência (isto é, negro de carbono) e uma resistência à tração reduzida em apenas 10% em relação ao negro de carbono.

II. EXTRAÇÃO SIMULTÂNEA DE UMA MISTURA DE BIOLIGNIN™/BIOSSÍLICA PARA USO COMO UM REFORÇO DE ELASTÔMERO [085] Para otimizar o impacto do reforço da mistura de Biolignin™/biossílica, a extração da mistura de Biolignin^TM/Biossílica foi realizada pelo método de CIMV. Para reforço ideal, a razão em massa de Biolignin^TM/Biossílica na mistura é entre 85 PHR/15 PHR e 50 PHR/50 PHR.

EXTRAÇÃO E COPRECIPITAÇÃO DA MISTURA DE BIOLIGNIN™/BIOSSÍLICA:

[086] A fim de obter uma mistura de acordo com a invenção na razão em massa apropriada, isto é, 85 PHR/15 PHR e 50 PHR/50 PHR, extração foi realizada mediante as seguintes condições.

A) EXTRAÇÃO DE ÁCIDO ACÉTICO/ÁCIDO FÓRMICO/ÁGUA DE BIOMASSA LIGNOCELULÓSICA (ISTO É, PALHA DE TRIGO) [087] Uma etapa de fracionamento foi realizada com uma solução de ácido acético/ácido fórmico/água por um período de tempo de 3 horas, em uma temperatura de 105 °C e em pH de 3.

B) EXTRAÇÃO EM MEIO BÁSICO DE SÍLICA (BIOSSÍLICA) E BIOLIGNIN™ [088] A etapa de extração foi realizada com uma solução de 12% em peso de hidróxido de sódio, por um período de tempo de 60 minutos, em uma temperatura de

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16/17 °C e em um pH de 10,5 ou 12,5.

C) COPRECIPITAÇÃO DA MISTURA DE BIOLIGNIN™/BIOSSÍLICA EM UM MEIO ÁCIDO [089] A etapa de precipitação foi realizada com uma solução com 1% de ácido acético, por um período de tempo de 10 minutos, em uma temperatura de 25 °C e em um pH de 5,5.

[090] A Biolignin™ obtida pelo processo de coprecipitação e extração da invenção tem dso de 10 a 400 pm, uma área de superfície específica de entre 0,5 m²/g e 5 m²/g e, de preferência, entre 1 m²/g e 2,5 m²/g.

[091] Algumas outras características de Biolignin™ são como a seguir:

- a dita lignina tem um baixo peso molecular e a Mw da mesma está entre 700 g/mol e 2.000 g/mol;

- a dita lignina tem um índice de polidispersibilidade igual a aproximadamente 1,3;

- a dita lignina compreende grupos funcionais disponíveis escolhidos a partir do grupo constituído por hidroxilas alifáticas, hidroxilas fenólicas e ácidos carboxílicos;

- a hidroxilas alifáticas estão presentes em de 1,5 mmol/g a 3,0 mmol/g, de preferência, em 2,3 mmol/g;

- as hidroxilas fenólicas estão presentes em de 1,1 mmol/g a 2,0 mmol/g, de preferência, em um teor não menor que 1,1 mmol/g;

- os ácidos carboxílicos estão presentes em de 0,5 mmol/g a 1,5 mmol/g, de preferência, em um teor igual a aproximadamente 1,0 mmol/g.

[092] A biossílica obtida pelo processo de coprecipitação de extração da invenção tem as características a seguir:

Partículas de biossílica	Extração em pH = 10,5	Extração em pH = 12,5
Diâmetro médio por dimensionamento de partícula a laser	4,8 pm	176 pm

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17/17

Partículas de biossílica	Extração em pH = 10,5	Extração em pH = 12,5
Superfície específica pelo método BET	155,93 m²/g	413,46 m²/g
Volume de poro cumulativo pelo método de adsorção BJH	0,28 cm³/g	1,21 cm³/g
Diâmetro de poro médio pelo método de adsorção BJH	8,23 nm	11,07 nm
Diâmetro de poro médio	0,94 nm	0,93 nm

[093] Esses resultados mostram que o tamanho das partículas de silica reduze amplamente com o pH da solução de extração.

USO DE MISTURA DE BIOLIGNIN™/BIOSSÍLICA DE ACORDO COM A INVENÇÃO PARA REFORÇO DE ELASTÔMERO [094] A mistura de Biolignin^TM/biossílica resultante tem uma razão em massa de 50 PHR/50 PHR a 85 PHR/15 PHR, e é usada para reforço de elastômero.

[095] O elastômero reforçado com uma mistura de Biolignin^TM/Biossílica tem

- uma dureza equivalente a ou maior que um elastômero reforçado com a referência (negro de carbono) apenas; e

- valores de resistência à ruptura pelo menos iguais aos valores da mistura de Biolignin^TM/Biossílica mostrados na Tabela 3.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para a extração simultânea de lignina e silica de material de planta lignocelulósica caracterizado por o mesmo compreender as etapas de:

a) fracionar o material de planta lignocelulósica na presença de uma solução ácida, de modo a obter uma fração sólida que compreende celulose, lignina residual e silica;

b) extrair simultaneamente lignina e silica da fração sólida obtida na etapa a) com uma solução básica, em um pH entre 10 e 13 e em uma temperatura entre 70 °C e 90 °C, de modo a obter uma fase líquida que compreende lignina e silica e uma fase sólida;

c) separar a fase líquida da fase sólida obtida na etapa b),

d) coprecipitar uma mistura de lignina e silica constituída na fase líquida, em um pH entre 5 e 6.
2. Processo para a extração simultânea de lignina e silica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a etapa de extração b) ser realizada em um pH entre 10,5 e 11,5.
3. Processo para a extração simultânea de uma mistura de lignina e silica, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a etapa de fracionamento a) compreender as etapas de:

a1) colocar o material de planta lignocelulósica em contato com uma solução ácida, de modo a obter uma fração sólida que compreende celulose e uma fração líquida, a2) separar a fração sólida e a fração líquida obtida na etapa a1).
4. Processo para a extração simultânea de lignina e silica, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a etapa de coprecipitação d) ser realizada com uma solução ácida obtida por reciclagem da fração líquida obtida subsequente à etapa de separação a2).
5. Processo para a extração simultânea de lignina e silica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por a solução ácida da etapa

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2/3 de fracionamento a) ser uma solução de ácido orgânico (ou ácidos orgânicos).
6. Processo para a extração simultânea de lignina e silica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por a solução ácida da etapa de fracionamento a) ser uma solução de ácido fórmico e/ou de ácido acético.
7. Processo para a extração simultânea de lignina e silica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a solução básica da etapa de extração b) compreender 1,5% em peso de NaOH.
8. Processo para a extração simultânea de lignina e silica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por o material de planta lignocelulósica ser joio e/ou palha de cereal.
9. Processo para a extração simultânea de lignina e silica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por compreender uma etapa de concentrar a fase líquida após a etapa de separação c) e antes da etapa de coprecipitação d).
10. Processo para a extração simultânea de lignina e silica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por compreender uma etapa de filtragem da silica e lignina coprecipitadas na etapa d).
11. Mistura de lignina e silica caracterizada por ser obtida de acordo com o processo, de acordo com as reivindicações 1 a 10.
12. Mistura de lignina e silica, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada por a lignina ser uma lignina quimicamente não modificada.
13. Mistura de lignina e silica, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizada por a razão de massa entre lignina/sílica estar entre 85/15 e 50/50.
14. Uso de uma mistura de lignina e silica obtida de acordo com o processo, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10 e como definida em qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado por ser como um preenchimento de reforço para o reforço mecânico de polímeros de elastômero.
15. Elastômero caracterizado por compreender uma mistura de lignina e silica obtida de acordo com o processo como definido em qualquer uma das

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3/3 reivindicações 1 a 10 e como definida em qualquer uma das reivindicações 11 a 13.