BR112019022440A2 - Processo de tratamento para materiais à base de têxteis - Google Patents
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Abstract
refere-se a presente invenção a um processo para o tratamento de materiais à base de têxteis, tipicamente materiais têxteis residuais, a fim de os preparar para uso posterior. o tratamento inclui duas ou mais etapas de tratamento químico e/ou, que incluem pelo menos uma etapa de tratamento alcalino, todos destinados a causar pelo menos uma dissolução parcial do material à base de têxteis. com particularidade, o processo é usado para o tratamento de materiais residuais à base de algodão.
Description
PROCESSO DE TRATAMENTO PARA MATERIAIS À BASE DE TÊXTEIS
Antecedentes da Invenção Campo da Invenção
[001] A presente invenção refere-se a um processo para o tratamento de materiais à base de celulose, tipicamente resíduos à base de têxteis, a fim de preparálos para uso posterior. 0 tratamento inclui um tratamento químico para causar pelo menos uma dissolução parcial.
[002] Particularmente, o processo é usado para o tratamento de materiais residuais de algodão.
Descrição da Técnica Relacionada
[003] Atualmente, quase todos os resíduos têxteis pós-consumo são enviados para incineração ou deposição em aterro, apesar de até 95% dos têxteis serem recicláveis. Apenas parte do lixo pré-consumo é mecanicamente reciclado. Não obstante, desde o início de 2016, a deposição em aterro dos têxteis usados é proibido na UE. Assim, os têxteis e suas matérias-primas que não podem ser reutilizados como tal devem ser queimados na produção de energia.
[004] Naturalmente, a reciclagem seria preferida. 0 processamento de materiais têxteis para se obterem fibras reutilizáveis é conhecido, por exemplo, a partir do documento W02013/124265A1, que descreve a regeneração de um material que contém celulose por dispersão e precipitação.
[005] Outra técnica conhecida utilizada na reciclagem é a hidrólise das fibras. Normalmente, é precedida por uma remoção mecânica de metais e peças de polímero duro, tais como botões e zíperes. Por exemplo, o
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2/18 documento WO2010/124944A1 expõe um processo para a hidrólise de celulose.
[006] 0 Lyocell, por exemplo, Ioncell-F, é um processo de regeneração semelhante, que inclui uma dissolução do material de partida usando-se um liquido iônico tal como solvente (documento W02014/162062A1). 0 processo BioCelSol, por sua vez, utiliza um tratamento enzimático do material de partida. Não obstante, estes dois processos, concentram-se na preparação de têxteis a partir de madeira.
[007] As fibras regeneradas podem ser utilizadas subsequentemente para vários fins, incluindo fiação ou carbamação.
[008] É conhecido a partir da patente US 7.662.953 como a celulose de carbamato é manufaturada a partir de soluções de celulose de alta qualidade. Uma técnica de dissolução multifásica para celulose de carbamato é introduzida na patente US 8.066.903, onde é ensinado como uma baixa temperatura é aplicada na dissolução e como a solução é preparada umedecendo-se primeiro a massa em álcalis pouco diluída e depois em álcalis altamente concentrados e fortemente refrigerados.
[009] Na carbamação, é prática comum o uso de celulose dissolvida. Normalmente, o conteúdo celulósico da
| polpa é | > 90% e o conteúdo | de | lignina é | <1%. Um | possível | ||
| material | de partida | para | se | dissolver | a celulose | é o | |
| algodão | (ou linter). | ||||||
| [0010] | 0 | uso de | algodão | puro | ou | ||
| mistura | de algodão | não é | muito razoável, uma | vez | que |
existem muitos outros usos para esses materiais puros. Além
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3/18 disso, o algodão também causa algumas dificuldades. Anteriormente, a carbamação para o algodão foi realizada em um ambiente super-critico de dióxido de carbono devido à dificuldade de abrir a estrutura de fibra rígida do algodão (Yin C et al.).
[0011] Não obstante, esses novos usos de algodão e misturas de algodão se tornarão mais razoáveis se os processos existentes forem alterados para permitir o uso de materiais residuais de algodão.
Sumário da Invenção
[0012] A invenção é definida pelas características das reivindicações independentes. Algumas modalidades especificas são definidas nas reivindicações dependentes.
[0013] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, é proporcionado um processo para o tratamento de um resíduo têxtil à base de algodão para causar a regeneração do material de algodão.
[0014] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, é proporcionado um processo para o tratamento químico de um resíduo têxtil à base de algodão para causar a dissolução do material de algodão.
[0015] 0 foco agora é regenerar especialmente os resíduos têxteis à base de algodão, que não são adequados para reciclagem, usando-se métodos químicos. A regeneração de resíduos têxteis à base de algodão inclui duas etapas principais, que são a dissolução de celulose e a preparação de fibras têxteis.
[0016] A dissolução da celulose requer diferentes pré-tratamentos dos resíduos têxteis para
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4/18 melhorar e/ou refinar a qualidade e as propriedades da celulose regenerada e das fibras têxteis. 0 objetivo é melhorar a reatividade do algodão por meio do aumento da área superficial, ajustar o grau de polimerização e ativação das fibras e remover as impurezas para melhorar a solubilidade / dissolução da celulose. 0 pré-tratamento do material residual é crucial para a qualidade do material regenerado e, portanto, está sob constante pesquisa.
[0017] Os usos do produto da dissolução são versáteis. No caso de resíduos têxteis à base de algodão, o objetivo é geralmente produzir celulose de carbamato, que pode ser convertida em fibras celulósicas. Outras áreas de aplicação principais são compreendidas por diferentes aplicações de revestimento, películas celuloses regeneradas, esponjas celulósicas, espumas, glóbulos e partículas celulósicas coaguladas.
[0018] Deste modo, a invenção proporciona um método de baixo custo para a utilização de resíduos têxteis em processos, onde foi usada tipicamente a polpa de madeira. 0 processo utiliza uma matéria-prima não-madeira para a produção de fibras celulósicas. 0 processo também resulta em uma menor pegada de CO2 em comparação com os processos convencionais.
Concretizações da Invenção
[0019] Definições
No presente contexto, o termo fibroso descreve materiais que contêm uma quantidade suficiente de fibras, dando-lhe um caráter fibroso. Os materiais celulósicos são um exemplo típico desses materiais fibrosos.
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5/18 termo material à base de algodão ou o termo mistura de algodão inclui todos os materiais que contêm mais de 40% de algodão. No entanto, é preferível usar materiais que contenham pelo menos 70% de algodão. Muito embora algumas fontes sejam rotuladas como algodão puro ou 100% algodão, elas geralmente contêm até 10% de outros materiais. Deste modo, também no presente contexto, supõese que todos os têxteis de algodão incluam até 10% de outros materiais.
[0020] A presente invenção refere-se a um processo para o tratamento de materiais à base de têxteis, tipicamente resíduos, para preparar os mesmos para uso posterior. O tratamento inclui duas ou mais etapas do tratamento químico para causar pelo menos uma dissolução parcial do material têxtil.
[0021] Pelo menos uma das etapas de tratamento químico é realizada usando-se álcalis. A referida etapa é realizada tipicamente como uma extração alcalina, e resulta em uma área de superfície aumentada, descoloração da matéria-prima e remoção de impurezas, tais como silica. Quando realizada sob uma temperatura elevada (extração alcalina quente), as fibras de poliéster (PES) também podem ser removidas. O uso de agentes umectantes aumenta o efeito.
[0022] A remoção de impurezas também pode ser realizada usando-se uma etapa de tratamento mecânico. No entanto, a extração alcalina tem uma maior versatilidade e é mais benéfica para o processo geral.
[0023] 0 tratamento alcalino também se destina a causar inchaço e alguma desintegração ou separação de
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6/18 frações. A referida separação de frações pode incluir, por exemplo, a remoção de corantes ou separação de agentes de dimensionamento de tecidos. Deste modo, um produto desse tratamento alcalino é compreendido por uma pasta fluida de fibras..
[0024] Opcionalmente, o tratamento alcalino pode ser combinado com um ou mais outros tratamentos químicos, por exemplo, usando-se enzimas, ácidos e/ou produtos químicos para branqueamento.
[0025] 0 referido tratamento com ácido ajusta o grau de polimerização (DP) da matéria-prima e diminui seu conteúdo de íons metálicos.
[0026] Os íons metálicos não são desejados, entre outros, uma vez que prejudicam a cor, alteram o ajuste de DP no estágio de carbamação, prejudicam a capacidade de filtração e a condição de fiação, bloqueiam os filtros, diminuem a resistência das fibras, causam entupimento das fiandeiras, diminuem a uniformidade do título da fibra, agem como retardadores durante o envelhecimento e causam amarelecimento induzido pela luz, bem como reações prejudiciais na presença de peróxido de hidrogênio.
[0027] 0 branqueamento pode incluir estágios oxidantes e alcalinos. As enzimas são usadas particularmente para branquear, (por exemplo, amilases, xilanases), ou para ajustar o grau de polimerização (DP) do material têxtil, ou sua reatividade das fibras na etapa de dissolução (por exemplo, endoglucanases). Os estágios oxidantes do branqueamento são realizados tipicamente com peróxido de hidrogênio, ácido peracético ou ozônio. Esses
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7/18 agentes funcionam ajustando o grau de polimerização do material tratado e branqueando-o.
[0028] 0 refino é mais uma opção para o uso como tratamento químico e resulta em uma maior área de superfície disponível.
[0029] De acordo com uma concretização particularmente preferida, a combinação de etapas de tratamento químico é selecionada entre as seguintes alternativas, em qualquer ordem considerada adequada:
A. Extração alcalina quente, com agente de umedecimento
B. Extração alcalina e refino
C. Extração alcalina, tratamento com ozônio e tratamento com peróxido
D. Extração alcalina, tratamento com ozônio, refino e tratamento com peróxido
E. Extração alcalina e tratamento com peróxido
F. Extração alcalina, tratamento com enzimas e tratamento com peróxido
[0030] Normalmente, o refino, se realizado, é realizado antes ou após uma extração alcalina, podendo ser antes ou depois de um tratamento com ozônio, opcionalmente combinado com um ou mais tratamentos adicionais.
[0031] Não obstante, de acordo com uma opção preferida a extração alcalina das alternativas B.-F. é realizada como o primeiro tratamento químico.
[0032] Nas alternativas B.-F., a extração alcalina pode ser realizada como uma extração alcalina a quente ou sob a temperatura ambiente.
[0033] Todas as referidas alternativas podem ser
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8/18 complementadas com um tratamento com ácido ou lavagem com ácido para causar, entre outras, uma diminuição adicional no teor de metal do material tratado. Por exemplo, o conteúdo de ions de cálcio (Ca), terroso (Fe (II)), cobre (Cu) e manganês (Mn) pode ser reduzido por meio de um tratamento ácido.
[0034] Tipicamente, as etapas de tratamento químico descritas anteriormente neste contexto também são seguidas por, pelo menos, uma etapa de secagem. A remoção completa da umidade, no entanto, não é necessária.
[0035] De acordo com uma concretização da invenção, o material residual têxtil é submetido a uma ou mais etapas de pré-tratamento mecânico antes dos tratamentos químicos, entre outros para remover itens essenciais da roupa, tais como botões e ziperes ou outros acessórios de metal ou plástico. De preferência, a massa obtida é subsequentemente moida grosseiramente.
[0036] Um tratamento mecânico e enzimático combinado opcional causará um ajuste aperfeiçoado do grau de polimerização e proporcionará uma pré-versão das fibras BioCelSol.
[0037] O material BioCelSol é produzido por meio de um tratamento enzimático, seguido de dissolução em uma solução alcalina. Para se obterem as fibras BioCelSol, as referidas etapas de tratamento são seguidas naturalmente por uma precipitação.
[0038] De acordo com outra concretização da invenção, o material tratado de acordo com uma ou mais das concretizações descritas anteriormente no presente caso, é usado em um processo de carbamato para produzir carbamato de celulose.
[0039] Tipicamente, a carbamação é realizada usando-se ureia e peróxido de hidrogênio, o último causando uma diminuição do grau de polimerização (DP) do material e
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9/18 permitindo que ocorra uma reação, enquanto se submete a mistura de reação a processamento mecânico, por exemplo, compressão, fricção e/ou estiramento.
[0040] Preferencialmente, o carbamato sólido obtido é subsequentemente submetido a uma etapa de dissolução, tipicamente utilizando-se uma solução alcalina, a qual contém opcionalmente zinco (por exemplo, zincato de sódio). Essa dissolução pode ser realizada em uma solução fria de zinco ou adicionando-se o carbamato à solução de zinco sob a temperatura ambiente e, em seguida, congelando-se (a -40°C) e descongelando a mistura. A solução obtida pode ser então filtrada e utilizada, por exemplo, para fiação.
[0041] De acordo com uma concretização adicional, o material tratado de acordo com o descrito anteriormente no presente caso é usado na fiação de fibras ou em outras aplicações para substituir a viscose, tal como em envoltórios de embutidos.
[0042] De uma forma alternativa, o material tratado de acordo com a presente invenção pode ser usado como material de partida para a produção de viscose, Nmetil-morfolina-N-óxido (NMMO) ou líquidos iônicos ou Biocelsol.
[0043] Deve ser entendido que as concretizações da invenção exposta neste contexto não se limitam às estruturas, etapas do processo ou materiais particulares expostos neste documento, mas são estendidas aos seus equivalentes, como seria reconhecido pelas pessoas versadas na técnica. Também deve ser compreendido que a terminologia empregada no presente caso é usada com a finalidade de descrever somente concretizações particulares e não tem finalidade limitativa.
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[0044] A referência ao longo deste relatório a uma modalidade ou modalidade significa que um recurso, estrutura ou característica específica descrita em conexão com a modalidade está incluída em pelo menos uma modalidade da presente invenção. Assim, as aparências das frases em uma modalidade ou em uma concretização em vários lugares ao longo deste relatório não são necessariamente todas referentes à mesma concretização. Quando se faz referência a um valor numérico usando-se um termo tal como, por exemplo, aproximadamente ou substancialmente, o valor numérico exato também fica exposto.
[0045] Da forma que é usado no presente caso, uma pluralidade de itens, elementos estruturais, elementos de composição e/ou materiais podem ser apresentados em uma lista comum por conveniência. No entanto, essas listas devem ser interpretadas como se cada membro da lista fosse identificado individualmente como um membro separado e exclusivo. Portanto, nenhum membro individual dessa lista deve ser interpretado como um equivalente de fato de qualquer outro membro da mesma lista apenas com base em sua apresentação em um grupo comum, sem indicações em contrário. Além disso, várias modalidades e exemplos da presente invenção podem ser referidos aqui juntamente com alternativas para os vários componentes da mesma. Entendese que tais concretizações, exemplos e alternativas não devem ser interpretados como equivalentes de fato um do outro, mas devem ser considerados como representações separadas e autônomas da presente invenção.
[0046] Além disso, os aspectos, estruturas, ou características descritos podem ser combinados de
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11/18 qualquer maneira adequada em uma ou mais concretizações. Nesta descrição são proporcionados numerosos detalhes específicos, tais como exemplos de comprimentos, larguras, formas e assim sucessivamente, para proporcionar uma compreensão plena das concretizações da invenção. A pessoa versada na técnica relevante reconhecerá, não obstante, que a invenção pode ser posta em prática sem um ou mais dos detalhes específicos, ou com outros métodos, componentes, materiais e assim sucessivamente.
[0047] Muito embora os exemplos anteriores sejam ilustrativos dos princípios da presente invenção em uma ou mais aplicações particulares, será evidente para os versados na técnica que inúmeras modificações na forma, uso e detalhes de implementação podem ser feitas sem o exercício de faculdade inventiva e sem se afastar dos princípios e conceitos da invenção. Por conseguinte, não se pretende que a invenção seja limitada, exceto no que concerne às reivindicações que se encontram expostas em anexo.
[0048] Os exemplos não limitativos expostos em seguida destinam-se apenas a ilustrar as vantagens obtidas com as concretizações da presente invenção.
EXEMPLOS
Exemplo 1 - Tratamento químico de material à base de algodão
[0049] Uma mistura comercial de algodão foi submetida a vários tratamentos químicos, tais como expostos na Tabela 1, e a viscosidade, reatividade e claridade do material tratado resultante foram medidas (também com os resultados estando expostos na Tabela 1) . Para fins de
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12/18 comparação, pode-se dizer que a reatividade Fock da polpa de dissolução de viscose comercial é >60% e sua viscosidade é de 450-500 ml/g.
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Tabela 1. Propriedades de misturas de algodão tratadas quimicamente.
| Tratamento | Carga química, kg/t | Viscosidade, ml/g | Reatividade (Fock ), % | Claridade, % |
| Algodão inicial | 880 | 12, 6 | n.d. | |
| Z-P | 35 kg O3 + 15 kg H2O2 /t | 320 | 34, 6 | 75.6 |
| Z-P-refino | 35 kg O3 + 15 kg H2O2 /t | 320 | 68, 1 | 76.2 |
| E-Z-P | 200 kg NaOH + 6 kg O3 + 10 kg H2O2 /t | 310 | 30,4 | 82.2 |
| E-Z-refino-P | 200 kg NaOH + 6 kg O3 + 4 kg H2O2 /t | 350 | 51,8 | 82.0 |
n.d. = não determinado
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Z = ozônio (03)
P = peróxido de hidrogênio (H2O2)
E = extração alcalina
[0050]
Também foi medido o conteúdo de metal de várias misturas de algodão não tratadas e tratadas quimicamente (vide Tabela 2).
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Tabela 2. Gerenciamento de conteúdo metálico em resíduos têxteis.
| Tratamento | Al, mg/kg | Ca, mg/kg | Co, mg/kg | Cu, mg/kg | Fe, mg/kg | Mg, mg/kg | Mn, mg/kg | Si, mg/kg as SiO2 |
| Algodão não tratado | 230 | 890 | <0,5 | 12 | 42 | 54 | 0, 95 | 400 |
| A | 41 | 50 | <0,5 | 9, 9 | 20 | 12 | <0,3 | 220 |
| E-P-A | 32 | 53 | <0,5 | 6, 0 | 21 | 13 | <0,3 | 120 |
| HCE-A | 39 | 51 | <0,5 | 5, 1 | 15 | 11 | <0,3 | 66 |
| Agente A de umedecimento de HCE- | 22 | 15 | <0,5 | 5, 1 | 16 | 13 | <0,3 | 80 |
| Polpa de classe dissolução | 40-100 | 0, 1 | 2 | 2-8 | 220 | 0,2-1,5 | 50 |
A = Ácido
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E = Extração alcalina
P = peróxido de hidrogênio (H2O2)
HCE = extração alcalina realizada sob temperatura elevada
[0051]
As propriedades dos materiais tratados com uma extração alcalina quente (com agente umectante) seguidas por tratamento ácido são mostrados na Tabela 3.
Tabela 3. Propriedades das fibras de comprimento básico.
| Pre-tratamento | Algodão pós-consumo, tratado com extração alcalina (com umectante) e tratamento ácido | Algodão pós-consumo tratado com ácido (lençóis) | ||||
| Parâmetro | ||||||
| Velocidade de fiação, m/min. | 10,5 | 20 | 27 | 29 | 16,5 | 29 |
| Capacidade da bomba de engrenagens, ml/min. | 5, 8 | 11,2 | 15, 1 | 17, 0 | 0,3 | 0,3 |
| Número/diâmetro (pm) de orifícios da fiandeira | 2000/50 | 2000/50 | 2000/50 | 2000/50 | 100/51 | 100/51 |
| Estiramento entre goudês % | 54 | 53 | 53 | 46 | 60 | 47 |
| Relação de empuxo da fiandeira | 0,76 | 0,77 | 0,72 | 0,49 | 0,45 | 0,45 |
| Titulação das | 1,52±0,06 | 1,50±0,02 | 1,6010,05 | 2,45±0,04 | 2,1610,41 | 2,1510,47 |
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| fibras, dtex | ||||||
| Alojamento das fibras, % | 18,0±3,2 | 16,8±2,7 | 17,6±2,6 | 21,8±3,0 | 16±1,37 | 19,5±3,0 |
| Tenacidade das fibras, cN/tex | 16,4±1,5 | 15,8±1,6 | 13,8±0,9 | 13,3±0,9 | 17,4±0,9 | 16,4±1,1 |
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[0052] Como esses resultados mostram, ο tratamento alcalino proporciona a dissolução mais eficaz, principalmente quando realizada como uma extração alcalina a quente (com agente umectante), seguida de um tratamento ácido. Este tratamento alcalino é preferencialmente combinado com um tratamento com ozônio ou com peróxido de hidrogênio ou com os dois.
Aplicabilidade Industrial
[0053] O presente material pode ser usado como matéria-prima para a regeneração da celulose, bem como em diferentes aplicações de revestimento, películas celulósicas regeneradas, esponjas celulósicas, esferas e partículas celulósicas coaguladas e, de um modo geral, para substituição da celulose pré-tratada convencional.
[0054] Em particular, o presente material é útil na reciclagem de têxteis pré e pós-consumo, permitindo a regeneração de fibras celulósicas de qualidade a partir de resíduos de têxteis.
Lista de Citações
Literatura de Patentes
US 7,662,953
US 8, 066, 903
WO2010/124944A1
WO2013/124265A1
WO2014/162062A1
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Literatura de não patentes
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Claims (6)
- REIVINDICAÇÕES1. Processo para o refino de materiais têxteis residuais baseados em algodão, onde o material têxtil é submetido a duas ou mais etapas de tratamento selecionadas a partir de etapas de tratamento químico e opcionalmente enzimático, caracterizado por uma etapa de tratamento que é uma extração alcalina, e pela realização de uma etapa de carbamação no material têxtil tratado quimicamente, com o material sob um teor de sólidos de cerca de 70%, em peso.
- 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela utilização de um ácido em uma etapa de tratamento químico, de preferência pelo tratamento do material tratado alcalino com um ácido.
- 3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou2, caracterizado pela seleção das etapas de tratamento químico a partir de extração alcalina sob a temperatura ambiente, extração alcalina a quente, tratamento por ácido, tratamento por ozônio, tratamento por peróxido e tratamento enzimático.
- 4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pela realização de uma extração alcalina, seguida por um tratamento por ozônio, um tratamento por peróxido ou pelos dois.
- 5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pela provisão do material têxtil em um teor de sólidos de >40%, em peso, de preferência entre 41 e 70%, em peso, antes das ditas etapas de tratamento.
- 6. Uso do material tratado utilizando-se o processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 aPetição 870190108581, de 25/10/2019, pág. 10/382/25 na produção de carbamato de celulose, na fiação de fibras, ou na substituição de viscose, ou na forma de material de partida para a produção de viscose, N-metilmorfolina-N-óxido (NMMO), ou líquidos iônicos, ou Biocelsol.
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