BR112019027082B1 - NANOLIGNOCELLULOSE COMPOSITIONS AND PROCESSES FOR PRODUCING THESE COMPOSITIONS - Google Patents

NANOLIGNOCELLULOSE COMPOSITIONS AND PROCESSES FOR PRODUCING THESE COMPOSITIONS Download PDF

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BR112019027082B1
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Abstract

Algumas variações fornecem uma nova composição de nanolignocelulose compreendendo, em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila, de 35% em peso a 80% em peso de nanofibrilas de celulose, microfibrilas de celulose ou uma combinação das mesmas, de 15% em peso a 45% em peso de lignina e de 5% em peso a 20% em peso de hemiceluloses. As hemiceluloses podem conter xilano ou manano como componente principal. Novas propriedades surgem do conteúdo de hemicelulose que é intermediário entre o alto teor de hemicelulose da biomassa bruta e o baixo teor de hemicelulose da nanocelulose convencional. A composição de nanolignocelulose é hidrofóbica devido à presença de lignina. Os processos para preparar e usar as composições de nanolignocelulose também são descritos.Some variations provide a new nanolignocellulose composition comprising, on a dry weight, ash-free and acetyl-free basis, from 35 wt% to 80 wt% cellulose nanofibrils, cellulose microfibrils or a combination thereof, of 15% by weight to 45% by weight of lignin and from 5% by weight to 20% by weight of hemicelluloses. Hemicelluloses may contain xylan or mannan as the main component. New properties arise from the hemicellulose content that is intermediate between the high hemicellulose content of raw biomass and the low hemicellulose content of conventional nanocellulose. The nanolignocellulose composition is hydrophobic due to the presence of lignin. Processes for preparing and using the nanolignocellulose compositions are also described.

Description

DADOS DA PRIORIDADEPRIORITY DATA

[001] Este pedido de patente internacional reivindica prioridade ao Pedido Provisório de Patente US 62/523.293, depositado em 22 de junho de 2017 e ao pedido de patente US 16/014.589, depositado em 21 de junho de 2018, cada um dos quais é incorporado por referência na presente invenção.[001] This international patent application claims priority to US Provisional Patent Application 62/523,293, filed on June 22, 2017, and US Patent Application 16/014,589, filed on June 21, 2018, each of which is incorporated by reference in the present invention.

CAMPOFIELD

[002] A presente invenção refere-se, em geral, a nanocelulose e materiais relacionados produzidos por fracionamento de biomassa lignocelulósica e processamento adicional da fração de celulose.[002] The present invention relates, in general, to nanocellulose and related materials produced by fractionation of lignocellulosic biomass and further processing of the cellulose fraction.

ANTECEDENTESBACKGROUND

[003] O refino de biomassa (ou biorrefino) tornou-se mais prevalente na indústria. Fibras e açúcares de celulose, açúcares de hemicelulose, lignina, singás, e derivados desses intermediários estão sendo utilizados para a produção de produtos químicos e combustíveis. De fato, agora observa- se a comercialização de biorrefinarias integradas que são capazes de processar a biomassa recebida da mesma forma que as refinarias de petróleo agora processam óleo bruto. As matérias-primas de biomassa lignocelulósica subutilizadas têm o potencial de serem muito mais baratas que o petróleo, em base de carbono, e também muito melhores do ponto de vista do ciclo de vida ambiental.[003] Biomass refining (or biorefining) has become more prevalent in industry. Cellulose fibers and sugars, hemicellulose sugars, lignin, singás, and derivatives of these intermediates are being used for the production of chemicals and fuels. In fact, we are now seeing the commercialization of integrated biorefineries that are capable of processing incoming biomass in the same way that petroleum refineries now process crude oil. Underutilized lignocellulosic biomass feedstocks have the potential to be much cheaper than oil on a carbon basis and also much better from an environmental life cycle perspective.

[004] A biomassa lignocelulósica é o material renovável mais abundante no planeta e há muito é reconhecida como uma matéria-prima em potencial para a produção de produtos químicos, combustíveis e materiais. A biomassa lignocelulósica normalmente compreende principalmente celulose, hemicelulose e lignina. Celulose e hemicelulose são polímeros naturais de açúcares, e a lignina é um polímero de hidrocarboneto aromático/alifático que reforça toda a rede de biomassa. Algumas formas de biomassa (por exemplo, materiais reciclados) não contêm hemicelulose.[004] Lignocellulosic biomass is the most abundant renewable material on the planet and has long been recognized as a potential feedstock for the production of chemicals, fuels and materials. Lignocellulosic biomass typically comprises mainly cellulose, hemicellulose and lignin. Cellulose and hemicellulose are natural sugar polymers, and lignin is an aromatic/aliphatic hydrocarbon polymer that reinforces the entire biomass network. Some forms of biomass (e.g. recycled materials) do not contain hemicellulose.

[005] Apesar de ser o polímero natural mais disponível na Terra, é apenas recentemente que a celulose ganhou destaque como material nanoestruturado, na forma de celulose nanocristalina (NCC), celulose nanofibrilar (NFC), e celulose bacteriana (BC). A nanocelulose está sendo desenvolvida para uso em uma ampla variedade de aplicações, tais como, reforço de polímeros, películas antimicrobianas, acondicionamento de alimentos biodegradáveis, papéis para impressão, pigmentos e tintas, acondicionamento de papel e cartão, películas de barreira, adesivos, biocompósitos, cicatrização de feridas, dispensação de produtos farmacêuticos e fármacos, têxteis, polímeros solúveis em água, materiais de construção, componentes interiores e estruturais recicláveis para a indústria de transportes, modificadores de reologia, aditivos alimentares de baixa caloria, espessantes para cosméticos, aglutinantes para comprimidos farmacêuticos, papel bioativo, estabilizadores Pickering para emulsão e espumas estabilizadas por partículas, formulações de tinta, películas para comutação óptica e detergentes.[005] Despite being the most available natural polymer on Earth, it is only recently that cellulose has gained prominence as a nanostructured material, in the form of nanocrystalline cellulose (NCC), nanofibrillar cellulose (NFC), and bacterial cellulose (BC). Nanocellulose is being developed for use in a wide variety of applications, such as polymer reinforcement, antimicrobial films, biodegradable food packaging, printing papers, pigments and inks, paper and board packaging, barrier films, adhesives, biocomposites , wound healing, pharmaceutical and drug dispensing, textiles, water-soluble polymers, construction materials, recyclable interior and structural components for the transport industry, rheology modifiers, low-calorie food additives, thickeners for cosmetics, binders for pharmaceutical tablets, bioactive paper, Pickering stabilizers for emulsion and particle-stabilized foams, ink formulations, optical switching films, and detergents.

[006] A polpa de celulose derivada de biomassa pode ser convertida em nanocelulose por processamento mecânico. Embora o processo possa ser simples, as desvantagens incluem alto consumo de energia, danos às fibras e partículas devido ao intenso tratamento mecânico, e uma ampla distribuição no diâmetro e no comprimento das fibrilas.[006] Cellulose pulp derived from biomass can be converted into nanocellulose by mechanical processing. Although the process may be simple, disadvantages include high energy consumption, damage to fibers and particles due to intense mechanical treatment, and a wide distribution in diameter and length of fibrils.

[007] Processos melhorados para a produção de nanocelulose a partir de biomassa a custos de energia reduzidos são necessários na técnica. Além disso, são necessários na técnica, materiais de partida melhorados (isto é, polpas de celulose derivadas de biomassa) para a produção de nanocelulose. Para algumas aplicações, é desejável produzir nanocelulose com alta hidrofobicidade.[007] Improved processes for producing nanocellulose from biomass at reduced energy costs are needed in the art. Furthermore, improved starting materials (i.e., cellulose pulps derived from biomass) are required in the art for the production of nanocellulose. For some applications, it is desirable to produce nanocellulose with high hydrophobicity.

[008] Existe também uma necessidade na técnica de aumentar a resistência das fibras de celulose fracas, e melhorar certas propriedades do papel, polpa de meio e produtos de polpa de celulose.[008] There is also a need in the art to increase the strength of weak cellulose fibers, and improve certain properties of paper, media pulp and cellulose pulp products.

SUMÁRIOSUMMARY

[009] Algumas variações fornecem uma composição de nanolignocelulose compreendendo, em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila, de cerca de 35% em peso a cerca de 80% em peso de nanofibrilas de celulose, microfibrilas de celulose ou uma combinação das mesmas, de cerca de 15% em peso a cerca de 45% em peso de lignina, e de cerca de 5% em peso a cerca de 20% em peso de hemiceluloses. As hemiceluloses podem conter xilano ou manano como componente principal.[009] Some variations provide a nanolignocellulose composition comprising, on a dry weight, ash-free and acetyl-free basis, from about 35% by weight to about 80% by weight cellulose nanofibrils, cellulose microfibrils or a combination thereof, from about 15% by weight to about 45% by weight lignin, and from about 5% by weight to about 20% by weight hemicelluloses. Hemicelluloses may contain xylan or mannan as the main component.

[010] Em certas formas de realização, a composição compreende de cerca de 40% em peso a cerca de 70% em peso de nanofibrilas de celulose, microfibrilas de celulose, ou uma combinação das mesmas em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila.[010] In certain embodiments, the composition comprises from about 40% by weight to about 70% by weight cellulose nanofibrils, cellulose microfibrils, or a combination thereof on an ash-free, dry weight basis. and acetyl free.

[011] Em certas formas de realização, a composição compreende de cerca de 45% em peso a cerca de 60% em peso de nanofibrilas de celulose, microfibrilas de celulose, ou uma combinação das mesmas em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila.[011] In certain embodiments, the composition comprises from about 45% by weight to about 60% by weight cellulose nanofibrils, cellulose microfibrils, or a combination thereof on an ash-free, dry weight basis. and acetyl free.

[012] Em certas formas de realização, a composição compreende de cerca de 20% em peso a cerca de 40% em peso de lignina em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila.[012] In certain embodiments, the composition comprises from about 20% by weight to about 40% by weight lignin on a dry weight, ash-free and acetyl-free basis.

[013] Em certas formas de realização, a composição compreende de cerca de 25% em peso a cerca de 35% em peso de lignina em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila.[013] In certain embodiments, the composition comprises from about 25% by weight to about 35% by weight lignin on a dry weight, ash-free and acetyl-free basis.

[014] Em certas formas de realização, a composição compreende de cerca de 7% em peso a cerca de 15% em peso de hemiceluloses em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila.[014] In certain embodiments, the composition comprises from about 7% by weight to about 15% by weight hemicelluloses on a dry weight, ash-free and acetyl-free basis.

[015] Em certas formas de realização, a composição compreende de cerca de 8% em peso a cerca de 14% em peso de hemiceluloses em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila.[015] In certain embodiments, the composition comprises from about 8% by weight to about 14% by weight hemicelluloses on a dry weight, ash-free and acetyl-free basis.

[016] Em algumas formas de realização, a referida composição de nanolignocelulose é caracterizada por pelo menos 99% de finalização da filtração (tal como 100% de finalização) em menos de 100 minutos.[016] In some embodiments, said nanolignocellulose composition is characterized by at least 99% completion of filtration (such as 100% completion) in less than 100 minutes.

[017] A presente invenção também provê um produto de polpa de celulose ou um produto de papel contendo a composição de nanolignocelulose divulgada.[017] The present invention also provides a cellulose pulp product or a paper product containing the disclosed nanolignocellulose composition.

[018] Algumas variações fornecem um processo para a produção de uma composição de nanolignocelulose, o processo compreendendo: (a) prover uma matéria-prima de biomassa lignocelulósica; (b) digerir a matéria-prima com uma solução reacional incluindo vapor e/ou água quente em um digestor sob condições de reação eficazes para produzir uma corrente digerida contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose, e lignina; (c) lavar opcionalmente os sólidos ricos em celulose para remover pelo menos uma porção dos oligômeros de hemicelulose e/ou pelo menos uma porção da lignina dos sólidos ricos em celulose; (d) tratar mecanicamente os sólidos ricos em celulose para formar uma composição de nanolignocelulose contendo nanofibrilas de celulose e/ou nanocristais de celulose, hemiceluloses e lignina; e (e) recuperar a composição de nanolignocelulose.[018] Some variations provide a process for producing a nanolignocellulose composition, the process comprising: (a) providing a lignocellulosic biomass feedstock; (b) digesting the feedstock with a reaction solution including steam and/or hot water in a digester under effective reaction conditions to produce a digestate stream containing solids rich in cellulose, hemicellulose oligomers, and lignin; (c) optionally washing the cellulose-rich solids to remove at least a portion of the hemicellulose oligomers and/or at least a portion of the lignin from the cellulose-rich solids; (d) mechanically treating the cellulose-rich solids to form a nanolignocellulose composition containing cellulose nanofibrils and/or cellulose nanocrystals, hemicelluloses and lignin; and (e) recovering the nanolignocellulose composition.

[019] Em alguns processos, a composição de nanolignocelulose compreende, em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila, de cerca de 35% em peso a cerca de 80% em peso de nanofibrilas de celulose, microfibrilas de celulose, ou uma combinação das mesmas, de cerca de 15% em peso a cerca de 45% em peso de lignina, e de cerca de 5% em peso a cerca de 20% em peso de hemiceluloses.[019] In some processes, the nanolignocellulose composition comprises, on a dry weight, ash-free and acetyl-free basis, from about 35% by weight to about 80% by weight cellulose nanofibrils, cellulose microfibrils , or a combination thereof, from about 15% by weight to about 45% by weight lignin, and from about 5% by weight to about 20% by weight hemicelluloses.

[020] Em alguns processos, a composição de nanolignocelulose é caracterizada por pelo menos 99% de finalização da filtração em menos de 100 minutos.[020] In some processes, the nanolignocellulose composition is characterized by at least 99% completion of filtration in less than 100 minutes.

[021] O processo pode incluir adicionalmente um produto de polpa de celulose ou um produto de papel contendo a composição de nanolignocelulose. Por exemplo, a composição de nanolignocelulose pode ser alimentada a uma máquina de papel para produzir um produto de papel.[021] The process may additionally include a cellulose pulp product or a paper product containing the nanolignocellulose composition. For example, the nanolignocellulose composition can be fed to a paper machine to produce a paper product.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF FIGURES

[022] A FIG. 1A é uma imagem de SEM de nanocelulose de exemplo produzida experimentalmente, por refino e homogeneização de material produzido a partir da extração de biomassa em água quente.[022] FIG. 1A is an SEM image of an example nanocellulose produced experimentally by refining and homogenizing material produced from the extraction of biomass in hot water.

[023] A FIG. 1B é uma imagem de SEM de nanocelulose de exemplo produzida experimentalmente, por refino e homogeneização de material produzido a partir da extração de biomassa em água quente.[023] FIG. 1B is an SEM image of an example nanocellulose produced experimentally by refining and homogenizing material produced from the extraction of biomass in hot water.

[024] A FIG. 1C é uma imagem de SEM de nanocelulose de exemplo produzida experimentalmente, por refino e homogeneização de material produzido a partir da extração de biomassa em água quente.[024] FIG. 1C is an SEM image of an example nanocellulose produced experimentally, by refining and homogenizing material produced from the extraction of biomass in hot water.

[025] A FIG. 2 é uma micrografia óptica com ampliação de 40x de nanolignocelulose lavada produzida no Exemplo 1.[025] FIG. 2 is an optical micrograph at 40x magnification of washed nanolignocellulose produced in Example 1.

[026] A FIG. 3 é uma micrografia óptica com ampliação de 40x de nanolignocelulose lavada produzida no Exemplo 2.[026] FIG. 3 is an optical micrograph at 40x magnification of washed nanolignocellulose produced in Example 2.

[027] A FIG. 4 é um gráfico da taxa de filtração da nanolignocelulose do Exemplo 2 em comparação com a polpa de celulose Kraft da técnica anterior.[027] FIG. 4 is a graph of the filtration rate of the nanolignocellulose of Example 2 compared to the prior art Kraft cellulose pulp.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE ALGUMAS FORMAS DE REALIZAÇÃODETAILED DESCRIPTION OF SOME FORMS OF IMPLEMENTATION

[028] Esta descrição permitirá que um habilitado na técnica faça e use a invenção, e descreve várias formas de realização, adaptações, variações, alternativas e usos da invenção. Estas e outras formas de realização, características e vantagens da presente invenção se tornarão mais aparentes para os habilitados na técnica quando tomadas com referência à seguinte descrição detalhada da invenção em conjunto com quaisquer desenhos anexos.[028] This description will allow one skilled in the art to make and use the invention, and describes various embodiments, adaptations, variations, alternatives and uses of the invention. These and other embodiments, features and advantages of the present invention will become more apparent to those skilled in the art when taken with reference to the following detailed description of the invention in conjunction with any accompanying drawings.

[029] Como usado neste relatório descritivo e nas reivindicações anexas, as formas singulares “um”, “uma” e “a” e “o” incluem referentes plurais, a menos que o contexto indique claramente o contrário. A menos que definido de outra forma, todos os termos técnicos e científicos usados na presente invenção têm o mesmo significado que é comumente entendido por um habilitado comum na técnica ao qual esta invenção pertence. Todos os números e as faixas de composição baseado(a)s em porcentagens são porcentagens em peso, a menos que indicado de outra forma. Todos as faixas de números ou condições devem abranger qualquer valor específico contido no intervalo, arredondado para qualquer ponto decimal adequado.[029] As used in this specification and the attached claims, the singular forms “a”, “an” and “a” and “the” include plural referents, unless the context clearly indicates otherwise. Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used in the present invention have the same meaning as is commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. All percentage-based numbers and composition ranges are percentages by weight unless otherwise noted. All ranges of numbers or conditions must encompass any specific value contained in the range, rounded to any appropriate decimal point.

[030] A menos que indicado de outra forma, todos os números que expressam parâmetros, condições de reação, concentrações de componentes, e assim por diante usados no relatório descritivo e nas reivindicações devem ser entendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo “cerca de”. Adequadamente, a menos que indicado ao contrário, os parâmetros numéricos estabelecidos no relatório descritivo a seguir e nas reivindicações anexas são aproximações que podem variar dependendo pelo menos de uma técnica analítica específica.[030] Unless otherwise indicated, all numbers expressing parameters, reaction conditions, component concentrations, and so on used in the specification and claims should be understood as being modified in all cases by the term “ about". Suitably, unless otherwise indicated, the numerical parameters set forth in the following specification and in the attached claims are approximations that may vary depending on at least one specific analytical technique.

[031] O termo “compreendendo”, que é sinônimo de “incluindo”, “contendo” ou “caracterizado por” é inclusivo ou aberto e não exclui elementos adicionais não especificados ou etapas do método. “Compreendendo” é um termo técnico usado na linguagem de reivindicação, que significa que os elementos da reivindicação denominados são essenciais, mas outros elementos da reivindicação podem ser adicionados e ainda formar uma construção dentro do escopo da reivindicação.[031] The term “comprising”, which is synonymous with “including”, “containing” or “characterized by” is inclusive or open and does not exclude additional unspecified elements or steps of the method. “Comprising” is a technical term used in claim language that means the named claim elements are essential, but other claim elements can be added and still form a construct within the scope of the claim.

[032] Como usado na presente invenção, a expressão “consistindo em” exclui qualquer elemento, etapa ou ingrediente não especificado(a) na reivindicação. Quando a expressão “consiste em” (ou variações da mesma) aparece em uma cláusula do corpo de uma reivindicação, em vez de seguir imediatamente o preâmbulo, limita apenas o elemento estabelecido nessa cláusula; outros elementos não são excluídos da reivindicação como um todo. Como usado na presente invenção, a expressão “consistindo essencialmente em” limita o escopo de uma reivindicação aos elementos ou às etapas do método especificados, além daqueles que não afetam materialmente a base e a(s) nova(s) característica(s) do objeto reivindicado.[032] As used in the present invention, the expression “consisting of” excludes any element, step or ingredient not specified in the claim. When the expression “consists of” (or variations thereof) appears in a body clause of a claim, rather than immediately following the preamble, it limits only the element set forth in that clause; other elements are not excluded from the claim as a whole. As used herein, the expression “consisting essentially of” limits the scope of a claim to the specified elements or method steps other than those that do not materially affect the basis and novel feature(s) of the claimed object.

[033] Com relação aos termos “compreendendo”, “consistindo em” e “consistindo essencialmente em”, onde um desses três termos é usado na presente invenção, o objeto atualmente divulgado e reivindicado pode incluir o uso de qualquer um dos outros dois termos. Assim, em algumas formas de realização não citadas explicitamente, qualquer caso de “compreender” pode ser substituída por “consistindo em” ou, alternativamente, “consistindo essencialmente em”.[033] With respect to the terms “comprising”, “consisting of” and “consisting essentially of”, where one of these three terms is used in the present invention, the subject matter currently disclosed and claimed may include the use of any of the other two terms . Thus, in some embodiments not explicitly cited, any case of “comprising” may be replaced by “consisting of” or, alternatively, “consisting essentially of”.

[034] Algumas variações são baseadas na descoberta de um processo surpreendentemente simples para converter biomassa lignocelulósica em nanocelulose ou nanolignocelulose. A biomassa pode ser submetida a vapor ou imersão em água quente a hemiceluloses dissolvidas. Esta etapa é seguida pelo refino mecânico dos sólidos ricos em celulose (e ricos em lignina).[034] Some variations are based on the discovery of a surprisingly simple process for converting lignocellulosic biomass into nanocellulose or nanolignocellulose. Biomass can be steamed or immersed in hot water to dissolve hemicelluloses. This step is followed by mechanical refining of the cellulose-rich (and lignin-rich) solids.

[035] Algumas variações fornecem uma composição de nanolignocelulose compreendendo, em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila, de cerca de 35% em peso a cerca de 80% em peso de nanofibrilas de celulose, microfibrilas de celulose ou uma combinação das mesmas, de aproximadamente 15% em peso a cerca de 45% em peso de lignina, e de cerca de 5% em peso a cerca de 20% em peso de hemiceluloses.[035] Some variations provide a nanolignocellulose composition comprising, on a dry weight, ash-free and acetyl-free basis, from about 35% by weight to about 80% by weight cellulose nanofibrils, cellulose microfibrils or a combination thereof, from about 15% by weight to about 45% by weight lignin, and from about 5% by weight to about 20% by weight hemicelluloses.

[036] Em várias formas de realização, a composição de nanolignocelulose pode incluir cerca de (ou pelo menos cerca de, ou no máximo cerca de) 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 75, 75, 80, 85 ou 90% em peso de nanofibrilas de celulose, microfibrilas de celulose, ou uma combinação dos mesmos, com base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila.[036] In various embodiments, the nanolignocellulose composition may include about (or at least about, or at most about) 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 75, 75, 80, 85 or 90% by weight cellulose nanofibrils, cellulose microfibrils, or a combination thereof, based on dry weight, ash-free and acetyl-free.

[037] Em várias formas de realização, a composição de nanolignocelulose pode incluir cerca de (ou pelo menos cerca de, ou no máximo cerca de) 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 ou 50% em peso de lignina, com base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila.[037] In various embodiments, the nanolignocellulose composition may include about (or at least about, or at most about) 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 or 50% by weight of lignin, on a dry weight basis, ash-free and acetyl-free.

[038] Em várias formas de realização, a composição de nanolignocelulose pode incluir cerca de (ou pelo menos aproximadamente ou no máximo aproximadamente) 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 ou 20% em peso de hemiceluloses, uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila. As hemiceluloses podem conter xilano ou manano como componente principal.[038] In various embodiments, the nanolignocellulose composition may include about (or at least approximately or at most approximately) 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 , 14, 15, 16, 17, 18, 19 or 20% by weight of hemicelluloses, a dry weight basis, ash-free and acetyl-free. Hemicelluloses may contain xylan or mannan as the main component.

[039] Uma “base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila” significa que as concentrações citadas são (i) absolutamente livres de qualquer água, não incluindo grupos H-OH quimicamente contidos, por exemplo, em polímeros de açúcar; (ii) livre de qualquer cinza, incluindo cinzas soltas (por exemplo, areia ou sujeira) e cinzas ligadas (por exemplo, óxidos de metal que não extraem facilmente dos sólidos); e (iii) grupos acetila ligados a componentes de hemicelulose, ou ácido acético livre derivado dos grupos acetila.[039] A “dry weight basis, ash-free and acetyl-free” means that the concentrations cited are (i) absolutely free of any water, not including H-OH groups chemically contained, for example, in sugar polymers; (ii) free of any ash, including loose ash (e.g., sand or dirt) and bound ash (e.g., metal oxides that do not readily extract from solids); and (iii) acetyl groups attached to hemicellulose components, or free acetic acid derived from the acetyl groups.

[040] Em certas formas de realização, a composição compreende de cerca de 40% em peso a cerca de 70% em peso de nanofibrilas de celulose, microfibrilas de celulose, ou uma combinação das mesmas em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila.[040] In certain embodiments, the composition comprises from about 40% by weight to about 70% by weight cellulose nanofibrils, cellulose microfibrils, or a combination thereof on an ash-free, dry weight basis. and acetyl free.

[041] Em certas formas de realização, a composição compreende de cerca de 45% em peso a cerca de 60% em peso de nanofibrilas de celulose, microfibrilas de celulose ou uma combinação das mesmas em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila.[041] In certain embodiments, the composition comprises from about 45% by weight to about 60% by weight cellulose nanofibrils, cellulose microfibrils or a combination thereof on a dry weight, ash-free and acetyl free.

[042] Em certas formas de realização, a composição compreende de cerca de 20% em peso a cerca de 40% em peso de lignina em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila.[042] In certain embodiments, the composition comprises from about 20% by weight to about 40% by weight lignin on a dry weight, ash-free and acetyl-free basis.

[043] Em certas formas de realização, a composição compreende de cerca de 25% em peso a cerca de 35% em peso de lignina em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila.[043] In certain embodiments, the composition comprises from about 25% by weight to about 35% by weight lignin on a dry weight, ash-free and acetyl-free basis.

[044] Em certas formas de realização, a composição compreende de cerca de 7% em peso a cerca de 15% em peso de hemiceluloses em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila.[044] In certain embodiments, the composition comprises from about 7% by weight to about 15% by weight of hemicelluloses on a dry weight, ash-free and acetyl-free basis.

[045] Em certas formas de realização, a composição compreende de cerca de 8% em peso a cerca de 14% em peso de hemiceluloses em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila.[045] In certain embodiments, the composition comprises from about 8% by weight to about 14% by weight hemicelluloses on a dry weight, ash-free and acetyl-free basis.

[046] A composição de nanolignocelulose pode conter água como umidade ou em uma pasta fluida de sólidos, por exemplo. A composição de nanolignocelulose, em uma base livre de cinzas e livre de acetila (mas com base úmida), pode conter pelo menos cerca de (ou pelo menos cerca de, ou no máximo cerca de) 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90% em peso de água ou mais.[046] The nanolignocellulose composition may contain water as moisture or in a slurry of solids, for example. The nanolignocellulose composition, on an ash-free and acetyl-free (but wet basis) basis, may contain at least about (or at least about, or at most about) 5, 10, 15, 20, 25 , 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90% by weight of water or more.

[047] A composição de nanolignocelulose pode conter cinzas. A composição de nanolignocelulose, em uma base em peso seco e sem acetila, pode conter pelo menos cerca de (ou pelo menos cerca ou no máximo cerca de) 0,1; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5% em peso de cinza ou mais.[047] The nanolignocellulose composition may contain ash. The nanolignocellulose composition, on a dry weight basis and without acetyl, may contain at least about (or at least about or at most about) 0.1; 0.5; 1; two; 3; 4; 5% by weight of ash or more.

[048] A composição de nanolignocelulose pode conter grupos acetila. A composição de nanolignocelulose, em uma base em peso seco e sem cinzas, pode conter pelo menos cerca de (ou pelo menos cerca, ou no máximo cerca de) 0,1; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0% em peso de teor de acetila ou mais.[048] The nanolignocellulose composition may contain acetyl groups. The nanolignocellulose composition, on an ash-free, dry weight basis, may contain at least about (or at least about, or at most about) 0.1; 0.5; 1.0; 1.5; 2.0; 2.5; 3.0% by weight acetyl content or more.

[049] Em algumas formas de realização, a referida composição de nanolignocelulose é caracterizada por pelo menos 99% de finalização da filtração (tal como 100% de finalização) em menos de 100 minutos.[049] In some embodiments, said nanolignocellulose composition is characterized by at least 99% completion of filtration (such as 100% completion) in less than 100 minutes.

[050] A presente invenção também provê um produto de polpa de celulose ou um produto de papel contendo uma composição de nanolignocelulose divulgada.[050] The present invention also provides a cellulose pulp product or a paper product containing a disclosed nanolignocellulose composition.

[051] Em algumas variações, uma fábrica de papel coproduz nanolignocelulose e adiciona esse material de volta à sua própria carga de alimentação, como forma de preparar uma folha mais forte, ou uma folha mais lisa, ou para fornecer uma carga de alimentação mais barata para o produto final de papel. Em algumas formas de realização, a nanolignocelulose é produzida usando um refinador de baixa consistência existente, como uma operação lateral na fábrica ou em uma fábrica próxima. Pelo menos parte da nanolignocelulose resultante é adicionada novamente à mistura.[051] In some variations, a paper mill co-produces nanolignocellulose and adds this material back to its own feedstock as a way to prepare a stronger sheet, or a smoother sheet, or to provide a cheaper feedstock. for the final paper product. In some embodiments, nanolignocellulose is produced using an existing low-consistency refiner, as a side operation in the factory or in a nearby factory. At least part of the resulting nanolignocellulose is added back to the mixture.

[052] Este conceito pode resultar na capacidade de usar madeira de menor custo como matéria-prima principal para produzir a polpa de celulose. Muitas fábricas de papel usam uma mistura de madeiras duras e madeiras moles para obter uma combinação desejada de resistência e formação/suavidade de folhas. Além de substituir as matérias-primas de maior custo, a nanolignocelulose pode atuar como um auxiliar de retenção para as máquinas de papel. Assim, uma máquina de papel pode utilizar a função de um auxiliar de retenção, e também a resistência da folha do mesmo material (nanolignocelulose).[052] This concept may result in the ability to use lower-cost wood as the main raw material to produce cellulose pulp. Many paper mills use a mixture of hardwoods and softwoods to achieve a desired combination of strength and sheet formation/smoothness. In addition to replacing higher-cost raw materials, nanolignocellulose can act as a retention aid for paper machines. Thus, a paper machine can use the function of a retention aid, and also the strength of the sheet of the same material (nanolignocellulose).

[053] Os princípios da invenção podem ser aplicados a qualquer tipo de celulose ou fábrica, incluindo produtos químicos (por exemplo, AVAP®, kraft ou sulfito), mecânicos, termomecânicos, quimiotermecânicos, hidrotérmicos-mecânicos (por exemplo, GreenBox+® ou GP3+™) ou outros tipos de polpação. A polpação química geralmente degrada a lignina e a hemicelulose em pequenas moléculas solúveis em água que podem ser lavadas das fibras de celulose sem despolimerizar as fibras de celulose. A polpação AVAP® remove a lignina e as hemiceluloses sem degradação significativa do açúcar, permitindo a recuperação de todos os principais componentes (celulose, hemicelulose e lignina). Os vários métodos de polpação mecânica, tal como polpação mecânica de madeira moída e refinadora, rasgam fisicamente as fibras de celulose umas das outras. Grande parte da lignina continua aderindo às fibras. A resistência é prejudicada porque as fibras podem ser cortadas. Os métodos de polpação híbrida relacionados usam uma combinação de tratamento químico e térmico para iniciar um processo de polpação química abreviado, seguido de um tratamento mecânico para separar as fibras. Esses métodos híbridos incluem polpação termomecânica e polimetromecânica. Os tratamentos químicos e térmicos reduzem a quantidade de energia subsequentemente requerida pelo tratamento mecânico, e também reduzem a quantidade de perda de força sofrida pelas fibras.[053] The principles of the invention can be applied to any type of cellulose or mill, including chemical (e.g., AVAP®, kraft or sulfite), mechanical, thermomechanical, chemothermal, hydrothermal-mechanical (e.g., GreenBox+® or GP3+) ™) or other types of pulp. Chemical pulping generally degrades lignin and hemicellulose into small water-soluble molecules that can be washed from cellulose fibers without depolymerizing the cellulose fibers. AVAP® pulping removes lignin and hemicelluloses without significant sugar degradation, allowing the recovery of all main components (cellulose, hemicellulose and lignin). The various mechanical pulping methods, such as mechanical mill pulping and refining, physically tear the cellulose fibers from each other. Much of the lignin continues to adhere to the fibers. Strength is compromised because the fibers can be cut. Related hybrid pulping methods use a combination of chemical and heat treatment to initiate an abbreviated chemical pulping process, followed by a mechanical treatment to separate the fibers. These hybrid methods include thermomechanical and polymetromechanical pulping. Chemical and thermal treatments reduce the amount of energy subsequently required by mechanical treatment, and also reduce the amount of strength loss experienced by the fibers.

[054] Em algumas formas de realização preferidas, a invenção é aplicada a uma fábrica de polpa de celulose termomecânica ou a uma fábrica de polpa de celulose hidrotérmico-mecânica.[054] In some preferred embodiments, the invention is applied to a thermomechanical cellulose pulp mill or a hydrothermal-mechanical cellulose pulp mill.

[055] Em algumas formas de realização, algumas das polpas de celulose termomecânicas ou hidrotérmico-mecânicas que são produzidas a partir da operação de polpação normal são enviadas para uma operação de produção de nanocelulose lateral, envolvendo o refino mecânico da polpa de celulose termomecânico ou hidrotérmico-mecânico para gerar partículas de nanocelulose (por exemplo, nanofibrilas de celulose). Pedido de patente US de propriedade comum N° 15/278.800 depositado em 28 de setembro de 2016, intitulado “PROCESSES FOR PRODUCING NANOCELLULOSE, AND NANOCELLULOSE COMPOSITIONS PRODUCED THEREFROM”, é incorporado por referência na presente invenção para seus ensinamentos de conversão de polpa termomecânica ou hidrotérmico-mecânica em nanocelulose, em algumas formas de realização.[055] In some embodiments, some of the thermomechanical or hydrothermal-mechanical cellulose pulps that are produced from the normal pulping operation are sent to a side nanocellulose production operation, involving mechanical refining of the thermomechanical or hydrothermal-mechanical cellulose pulp. hydrothermal-mechanical to generate nanocellulose particles (e.g. cellulose nanofibrils). Commonly owned US Patent Application No. 15/278,800 filed on September 28, 2016, entitled “PROCESSES FOR PRODUCING NANOCELLULOSE, AND NANOCELLULOSE COMPOSITIONS PRODUCED THEREFROM”, is incorporated by reference in the present invention for its teachings of thermomechanical pulp conversion or hydrothermal-mechanical in nanocellulose, in some embodiments.

[056] Em algumas variações, a nanocelulose pode ser adicionada à polpa de celulose de meio corrugado tendo propriedades de resistência inadequadas, de modo que o compósito resultante atenda às, ou exceda as, propriedades de resistência necessárias para a aplicação pretendida. Embora os princípios dessas formas de realização não estejam limitados a qualquer fonte específica de meio corrugado ou de nanocelulose, as formas de realização preferidas combinam meio corrugado produzido por extração a vapor ou em água quente (conhecida como tecnologia GreenBox+®) com nanocelulose produzida por refino de polpa de celulose obtida por fracionamento da biomassa em solvente ácido (conhecido como tecnologia AVAP®).[056] In some variations, nanocellulose can be added to corrugated medium cellulose pulp having inadequate strength properties, so that the resulting composite meets, or exceeds, the strength properties required for the intended application. Although the principles of these embodiments are not limited to any specific source of corrugated media or nanocellulose, preferred embodiments combine corrugated media produced by steam or hot water extraction (known as GreenBox+® technology) with nanocellulose produced by refining. of cellulose pulp obtained by fractionating biomass in acid solvent (known as AVAP® technology).

[057] Em algumas formas de realização preferidas, a extração a vapor ou em água quente da biomassa inicial é empregada para produzir polpa de celulose, que é então refinada e opcionalmente lavada para produzir polpa de celulose de meio corrugado. Refere-se ao Pedido de Patente US de propriedade comum N° 14/044.784 depositado em 2 de outubro de 2013 (publicado como US 20140096922A1 em 10 de abril de 2014), que é aqui incorporado por referência na presente invenção, para condições de processo de exemplo para produzir polpa de celulose de meio corrugado, em várias formas de realização.[057] In some preferred embodiments, steam or hot water extraction of the initial biomass is employed to produce cellulose pulp, which is then refined and optionally washed to produce corrugated medium cellulose pulp. Refers to commonly held US Patent Application No. 14/044,784 filed on October 2, 2013 (published as US 20140096922A1 on April 10, 2014), which is incorporated herein by reference in the present invention, for process conditions example for producing corrugated medium cellulose pulp, in various embodiments.

[058] Em algumas formas de realização, a extração em água quente da biomassa inicial é empregada para produzir polpa de celulose, que é então refinada para produzir nanolignocelulose. Como pretendido na presente invenção, “nanolignocelulose” é um material que contém partículas de celulose intimamente associadas (isto é, quimicamente e/ou fisicamente) a quantidades substanciais de lignina e hemicelulose. A celulose (dentro das partículas de nanolignocelulose) pode incluir nanofibrilas e/ou microfibrilas. A porcentagem de lignina (dentro das partículas de nanolignocelulose) é geralmente de pelo menos cerca de 20% em peso, e a porcentagem de hemicelulose (dentro das partículas de nanolignocelulose) é geralmente de pelo menos cerca de 5% em peso. Certas formas de realização empregam digestão em água quente e/ou refino, como descrito no pedido de patente US de propriedade comum N° 15/047.608, publicado como US 20160244788 em 25 de agosto de 2016, que é aqui incorporado por referência na presente invenção.[058] In some embodiments, hot water extraction of the initial biomass is employed to produce cellulose pulp, which is then refined to produce nanolignocellulose. As intended in the present invention, "nanolignocellulose" is a material that contains cellulose particles closely associated (i.e., chemically and/or physically) with substantial amounts of lignin and hemicellulose. The cellulose (within the nanolignocellulose particles) may include nanofibrils and/or microfibrils. The percentage of lignin (within the nanolignocellulose particles) is generally at least about 20% by weight, and the percentage of hemicellulose (within the nanolignocellulose particles) is generally at least about 5% by weight. Certain embodiments employ hot water digestion and/or refining, as described in US Patent Application No. 15/047,608, published as US 20160244788 on August 25, 2016, which is incorporated herein by reference into the present invention. .

[059] As condições eficazes de extração em água quente podem incluir o contato da biomassa lignocelulósica com vapor (a várias pressões na forma saturada, superaquecida ou supersaturada) e/ou água quente. Em algumas formas de realização, a etapa de HWE é realizada usando água quente líquida a uma temperatura de cerca de 140-220°C, como cerca de 150°C, 160°C, 170°C, 175°C, 175°C, 180°C, 185°C, 190°C, 200°C ou 210°C. Em algumas formas de realização, a etapa de HWE é realizada usando água quente líquida com um tempo de residência de cerca de 1 minuto a cerca de 60 minutos, tal como cerca de 2, 2,5; 3; 3,5; 4; 5; 7,5; 10; 12,5; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50 ou 55 minutos.[059] Effective hot water extraction conditions may include contact of lignocellulosic biomass with steam (at various pressures in saturated, superheated or supersaturated form) and/or hot water. In some embodiments, the HWE step is performed using liquid hot water at a temperature of about 140-220°C, such as about 150°C, 160°C, 170°C, 175°C, 175°C , 180°C, 185°C, 190°C, 200°C or 210°C. In some embodiments, the HWE step is performed using liquid hot water with a residence time of about 1 minute to about 60 minutes, such as about 2, 2.5; 3; 3.5; 4; 5; 7.5; 10; 12.5; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50 or 55 minutes.

[060] Em certas formas de realização, a nanocelulose revestida com lignina (de preferência nanofibrilas de celulose revestidas com lignina) é adicionada à polpa de celulose de meio corrugado. Sem ser limitada pela teoria, a lignina nas nanofibrilas pode reforçar a resistência à umidade do papel de meio corrugado. A produção de nanocelulose revestida com lignina é descrita em detalhes abaixo. Em algumas formas de realização, a lignina preenche os espaços vazios entre as fibras durante a prensagem.[060] In certain embodiments, lignin-coated nanocellulose (preferably lignin-coated cellulose nanofibrils) is added to the corrugated medium cellulose pulp. Without being limited by theory, lignin in nanofibrils can strengthen the moisture resistance of corrugated media paper. The production of lignin-coated nanocellulose is described in detail below. In some embodiments, lignin fills the voids between the fibers during pressing.

[061] Usando técnicas bem conhecidas, o produto de meio corrugado pode ser produzido a partir da polpa de celulose do meio corrugado modificado (com nanocelulose). Ver, por exemplo, Twede e Selke, “Cartons, crates and corrugated board: handbook of paper and wood packaging technology,”, Publicações DEStech, páginas 41-56, 2005; e Foster, “Boxes, Corrugated", na The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology, 1997, eds. Brody A e Marsh K, 2a ed.[061] Using well-known techniques, the corrugated medium product can be produced from the cellulose pulp of the modified corrugated medium (with nanocellulose). See, for example, Twede and Selke, “Cartons, crates and corrugated board: handbook of paper and wood packaging technology,” DEStech Publications, pages 41-56, 2005; and Foster, “Boxes, Corrugated,” in The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology, 1997, eds. Brody A and Marsh K, 2nd ed.

[062] Como pretendido na presente invenção, “nanocelulose” é amplamente definida para incluir uma faixa de materiais celulósicos, incluindo, mas não limitados a, celulose microfibrilada (ou microfibrilas de celulose), celulose nanofibrilada (ou nanofibrilas de celulose), celulose microcristalina, celulose nanocristalina, e polpa de celulose dissolvente particulada ou fibrilada. Tipicamente, a nanocelulose, como provido na presente invenção, incluirá partículas tendo pelo menos uma dimensão de comprimento (por exemplo, diâmetro) na escala nanométrica.[062] As intended in the present invention, "nanocellulose" is broadly defined to include a range of cellulosic materials, including, but not limited to, microfibrillated cellulose (or cellulose microfibrils), nanofibrillated cellulose (or cellulose nanofibrils), microcrystalline cellulose , nanocrystalline cellulose, and particulate or fibrillated dissolving cellulose pulp. Typically, nanocellulose, as provided in the present invention, will include particles having at least one length dimension (e.g., diameter) on the nanometer scale.

[063] “Celulose nanofibrilada” ou equivalentemente “nanofibrilas de celulose” significa fibras ou regiões de celulose que contêm partículas ou fibras do tamanho de nanômetros, ou partículas ou fibras do tamanho de mícron e do tamanho de nanômetro. “Celulose nanocristalina” ou equivalentemente “nanocristais de celulose” significa partículas, regiões ou cristais de celulose que contêm domínios dimensionados em nanômetros, ou domínios dimensionados em mícrons e nanômetros. O “tamanho de mícron” inclui de 1 μm a 100 μm e o tamanho de “nanômetro” inclui de 0,01 nm a 1000 nm (1 μm). Domínios maiores (incluindo fibras longas) também podem estar presentes nesses materiais.[063] “Nanofibrillated cellulose” or equivalently “cellulose nanofibrils” means fibers or regions of cellulose that contain nanometer-sized particles or fibers, or micron-sized and nanometer-sized particles or fibers. “Nanocrystalline cellulose” or equivalently “cellulose nanocrystals” means particles, regions or crystals of cellulose that contain domains sized in nanometers, or domains sized in microns and nanometers. “Micron size” includes 1 μm to 100 μm and “nanometer” size includes 0.01 nm to 1000 nm (1 μm). Larger domains (including long fibers) may also be present in these materials.

[064] Certas formas de realização de exemplo da invenção serão agora descritas. Estas formas de realização não se destinam a limitar o escopo da invenção como reivindicado. A ordem das etapas pode variar, algumas etapas podem ser omitidas e/ou outras etapas podem ser adicionadas. A referência feita na presente invenção à primeira etapa, à segunda etapa, etc. é apenas para fins de ilustração de algumas formas de realização.[064] Certain exemplary embodiments of the invention will now be described. These embodiments are not intended to limit the scope of the invention as claimed. The order of steps may vary, some steps may be omitted and/or other steps may be added. Reference made in the present invention to the first stage, the second stage, etc. It is only for the purpose of illustrating some embodiments.

[065] Algumas variações fornecem um produto de polpa de celulose compreendendo celulose e nanolignocelulose, em que a nanocelulose inclui nanofibrilas de celulose e/ou nanocristais de celulose, e em que a nanolignocelulose é derivada da celulose em uma etapa separada do processo de polpação para produzir a celulose.[065] Some variations provide a cellulose pulp product comprising cellulose and nanolignocellulose, wherein the nanocellulose includes cellulose nanofibrils and/or cellulose nanocrystals, and wherein the nanolignocellulose is derived from cellulose in a separate step of the pulping process to produce cellulose.

[066] Em algumas formas de realização, o processo de polpação é polpação termomecânica ou polpação hidrotérmico- mecânica. O produto de polpa de celulose pode ser papel ou um objeto estrutural (por exemplo, caixa, painel, derivados de madeira, etc.) diferente de papel.[066] In some embodiments, the pulping process is thermomechanical pulping or hydrothermal-mechanical pulping. The cellulose pulp product may be paper or a structural object (e.g. box, panel, wood derivatives, etc.) other than paper.

[067] Em formas de realização preferidas, o produto de polpa de celulose é mais forte do que um produto de polpa de celulose idêntico sem a nanolignocelulose. Em algumas formas de realização, o produto de polpa de celulose é mais suave do que um produto de polpa de celulose idêntico sem a nanolignocelulose.[067] In preferred embodiments, the cellulose pulp product is stronger than an identical cellulose pulp product without nanolignocellulose. In some embodiments, the cellulose pulp product is softer than an identical cellulose pulp product without the nanolignocellulose.

[068] O processo de polpação é a polpação termomecânica, em certas formas de realização, e a nanolignocelulose consiste essencialmente em nanofibrilas que contêm celulose, lignina e hemicelulose. As nanofibrilas podem ser produzidas refinando mecanicamente o precursor de celulose (com quantidades significativas de lignina e hemiceluloses) a partir de polpação termomecânica.[068] The pulping process is thermomechanical pulping, in certain embodiments, and the nanolignocellulose essentially consists of nanofibrils containing cellulose, lignin and hemicellulose. Nanofibrils can be produced by mechanically refining the cellulose precursor (with significant amounts of lignin and hemicelluloses) from thermomechanical pulping.

[069] Outras variações fornecem uma composição de polpa de celulose de meio corrugado compreendendo polpa de celulose e nanolignocelulose, em que a nanolignocelulose inclui nanofibrilas hidrofóbicas. Em algumas formas de realização, a nanolignocelulose está presente em uma concentração de pelo menos cerca de 0,1% em peso, 0,5% em peso, 1% em peso, 2% em peso, 5% em peso ou 10% em peso da composição em base seca. Em certas formas de realização, a nanolignocelulose é uma porção significativa da carga de alimentação de celulose, isto é, cerca de 5% em peso, 10% em peso, 15% em peso, 20% em peso, 25% em peso ou mais.[069] Other variations provide a corrugated medium cellulose pulp composition comprising cellulose pulp and nanolignocellulose, wherein the nanolignocellulose includes hydrophobic nanofibrils. In some embodiments, the nanolignocellulose is present in a concentration of at least about 0.1 wt%, 0.5 wt%, 1 wt%, 2 wt%, 5 wt%, or 10 wt%. weight of the composition on a dry basis. In certain embodiments, the nanolignocellulose is a significant portion of the cellulose feedstock, i.e., about 5 wt%, 10 wt%, 15 wt%, 20 wt%, 25 wt% or more. .

[070] Em algumas formas de realização da composição de celulose de meio corrugado, a polpa de celulose é uma polpa de celulose mecânica ou polpa de celulose termomecânica (por exemplo, celulose GreenBox+®). Em algumas formas de realização, a polpa de celulose é uma polpa de celulose química (por exemplo, AVAP®, kraft, sulfito ou polpa de celulose de soda).[070] In some embodiments of the corrugated medium cellulose composition, the cellulose pulp is a mechanical cellulose pulp or thermomechanical cellulose pulp (for example, GreenBox+® cellulose). In some embodiments, the cellulose pulp is a chemical cellulose pulp (e.g., AVAP®, kraft, sulfite or soda cellulose pulp).

[071] Em algumas formas de realização, o processo compreende adicionalmente a produção de um produto de meio corrugado a partir da composição de polpa de celulose de meio corrugado. A primeira quantidade de biomassa lignocelulósica e a segunda quantidade de biomassa lignocelulósica podem ser da mesma fonte de biomassa ou de diferentes fontes de biomassa.[071] In some embodiments, the process further comprises producing a corrugated medium product from the corrugated medium cellulose pulp composition. The first amount of lignocellulosic biomass and the second amount of lignocellulosic biomass may be from the same biomass source or different biomass sources.

[072] Em algumas formas de realização, a nanolignocelulose é celulose hidrofóbica contendo lignina. Nestas ou outras formas de realização, a nanolignocelulose está predominantemente na forma de nanofibrilas, microfibrilas ou uma mistura das mesmas.[072] In some embodiments, nanolignocellulose is hydrophobic cellulose containing lignin. In these or other embodiments, the nanolignocellulose is predominantly in the form of nanofibrils, microfibrils or a mixture thereof.

[073] Em algumas formas de realização, um sistema é provido para executar o processo, como divulgado. O sistema pode incluir um primeiro subsistema para produzir a primeira polpa de celulose em um primeiro local e um segundo subsistema para produzir a nanolignocelulose em um segundo local diferente do primeiro local. A produção do produto final pode ser feita em um dos primeiro ou segundo subsistemas ou em outro local.[073] In some embodiments, a system is provided to perform the process, as disclosed. The system may include a first subsystem for producing the first cellulose pulp at a first location and a second subsystem for producing the nanolignocellulose at a second location other than the first location. Production of the final product can be done in one of the first or second subsystems or in another location.

[074] Em algumas formas de realização, a nanolignocelulose é derivada de uma fonte de biomassa selecionada do grupo que consiste em madeiras duras, madeiras moles, resíduos agrícolas e combinações dos mesmos.[074] In some embodiments, nanolignocellulose is derived from a biomass source selected from the group consisting of hardwoods, softwoods, agricultural residues and combinations thereof.

[075] Em algumas formas de realização, a nanolignocelulose é obtida a partir do fracionamento da biomassa na presença de um ácido, um solvente para lignina, e água, para gerar sólidos ricos em celulose e uma fase líquida; e depois refinar mecanicamente os sólidos ricos em celulose para gerar a nanolignocelulose. Em certas formas de realização, o ácido é dióxido de enxofre e o solvente é etanol. Em certas formas de realização, um processo AVAP® é usado para produzir nanolignocelulose para reforçar as fibras de celulose.[075] In some embodiments, nanolignocellulose is obtained from the fractionation of biomass in the presence of an acid, a solvent for lignin, and water, to generate cellulose-rich solids and a liquid phase; and then mechanically refine the cellulose-rich solids to generate nanolignocellulose. In certain embodiments, the acid is sulfur dioxide and the solvent is ethanol. In certain embodiments, an AVAP® process is used to produce nanolignocellulose to reinforce cellulose fibers.

[076] “Reforçar” pode ser realizado por simples mistura, trituração, moagem, agitação, deposição/secagem ou outros tratamentos, em várias formas de realização.[076] “Strengthening” can be carried out by simple mixing, crushing, grinding, stirring, deposition/drying or other treatments, in various embodiments.

[077] Em algumas formas de realização, o método compreende adicionalmente a produção de um produto de fibra única a partir das fibras de celulose. Nestas ou outras formas de realização, o método compreende adicionalmente a produção de um compósito a partir das fibras de celulose. O reforço de fibras fracas com nanolignocelulose pode aumentar a resistência em produtos compósitos e de fibras simples e em outros produtos.[077] In some embodiments, the method further comprises producing a single fiber product from cellulose fibers. In these or other embodiments, the method additionally comprises producing a composite from cellulose fibers. Reinforcing weak fibers with nanolignocellulose can increase strength in composite and single fiber products and other products.

[078] Em algumas formas de realização, um produto é feito primeiro de fibras de celulose e, em seguida, o produto (não a polpa de celulose) é reforçado com nanolignocelulose. Nestas formas de realização, se desejado, o reforço pode ser feito para o produto a granel ou para superfícies ou regiões selecionadas, por exemplo.[078] In some embodiments, a product is first made from cellulose fibers and then the product (not cellulose pulp) is reinforced with nanolignocellulose. In these embodiments, if desired, reinforcement can be made to the bulk product or to selected surfaces or regions, for example.

[079] A matéria-prima de biomassa pode ser selecionada de madeiras duras, madeiras moles, resíduos florestais, eucalipto, resíduos industriais, resíduos de polpa de celulose e papel, resíduos de consumo ou combinações dos mesmos. Algumas formas de realização utilizam resíduos agrícolas, que incluem biomassa lignocelulósica associada a cultivos alimentares, gramíneas anuais, cultivos energéticos ou outras matérias-primas renováveis anualmente. Resíduos agrícolas de exemplo incluem, mas não limitados a, palha de milho, fibra de milho, palha de trigo, bagaço de cana de açúcar, palha de cana de açúcar, palha de arroz, palha de aveia, palha de cevada, miscanthus, palha/resíduo de cana energética, ou combinações dos mesmos. O processo divulgado na presente invenção se beneficia da flexibilidade da matéria-prima; é eficaz para uma ampla variedade de matérias- primas que contêm celulose.[079] The biomass feedstock can be selected from hardwoods, softwoods, forestry residues, eucalyptus, industrial wastes, cellulose and paper pulp wastes, consumer wastes or combinations thereof. Some embodiments use agricultural residues, which include lignocellulosic biomass associated with food crops, annual grasses, energy crops or other annually renewable raw materials. Example agricultural residues include, but not limited to, corn stover, corn fiber, wheat straw, sugar cane bagasse, sugar cane straw, rice straw, oat straw, barley straw, miscanthus, straw /energy sugarcane residue, or combinations thereof. The process disclosed in the present invention benefits from the flexibility of the raw material; It is effective for a wide variety of cellulose-containing raw materials.

[080] Como usado na presente invenção, “biomassa lignocelulósica” significa qualquer material que contenha celulose, lignina e hemicelulose. Podem ser usadas misturas de um ou mais tipos de biomassa. Em algumas formas de realização, a matéria-prima de biomassa compreende um componente lignocelulósico (tal como o descrito acima), além de um componente contendo sacarose (por exemplo, cana de açúcar ou cana-energia) e/ou um componente de amido (por exemplo, milho, trigo, arroz etc.). Vários níveis de umidade podem estar associados à biomassa inicial. A matéria-prima de biomassa não precisa ser, mas pode ser, relativamente seca. Em geral, a biomassa está na forma de partículas ou lascas, mas o tamanho das partículas não é crítico nesta invenção.[080] As used in the present invention, “lignocellulosic biomass” means any material that contains cellulose, lignin and hemicellulose. Mixtures of one or more types of biomass can be used. In some embodiments, the biomass feedstock comprises a lignocellulosic component (such as that described above), in addition to a sucrose-containing component (e.g., sugar cane or energy cane) and/or a starch component ( e.g. corn, wheat, rice, etc.). Various moisture levels can be associated with the initial biomass. The biomass feedstock need not be, but can be, relatively dry. In general, biomass is in the form of particles or chips, but particle size is not critical in this invention.

[081] Em algumas formas de realização, os sólidos ricos em celulose são tratados com uma energia mecânica total menor que cerca de 5.000 quilowatt-hora por tonelada (1 ton = 907,18 Kg) dos sólidos ricos em celulose, tal como menos de cerca de 4000, 3000, 2000 ou 1000 quilowatts-horas por tonelada (1 ton = 907,18 Kg) dos sólidos ricos em celulose. O consumo de energia pode ser medido em qualquer outra unidade adequada. Um amperímetro que mede a corrente consumida por um motor que aciona o dispositivo de tratamento mecânico é uma maneira de obter uma estimativa da energia mecânica total.[081] In some embodiments, the cellulose-rich solids are treated with a total mechanical energy of less than about 5,000 kilowatt-hours per ton (1 ton = 907.18 kg) of the cellulose-rich solids, such as less than around 4000, 3000, 2000 or 1000 kilowatt-hours per ton (1 ton = 907.18 kg) of cellulose-rich solids. Power consumption may be measured in any other suitable unit. An ammeter that measures the current drawn by a motor that drives the mechanical treatment device is one way to obtain an estimate of total mechanical energy.

[082] O tratamento mecânico pode empregar uma ou mais técnica(s) conhecida(s), tais como, mas de forma alguma limitadas a, moagem, trituração, batimento, sonicação ou qualquer outro meio para formar ou liberar nanofibrilas e/ou nanocristais na celulose. Essencialmente, qualquer tipo de fábrica ou dispositivo que separa fisicamente fibras em fibrilas pode ser utilizado. Essas fábricas são bem conhecidas na indústria e incluem, sem limitação, batedores Valley, refinadores de disco único, refinadores de disco duplo, refinadores cônicos, incluindo ângulo largo e ângulo estreito, refinadores cilíndricos, homogeneizadores, microfluidizadores e outros tipos de aparelhos de moagem ou trituração. Ver, por exemplo, Smook, Handbook for Pulp & Paper Technologists, Tappi Press, 1992; e Hubbe et al., “Cellulose Nanocomposites: A Review,” BioResources 3(3), 929-980 (2008).[082] Mechanical treatment may employ one or more known technique(s), such as, but in no way limited to, grinding, crushing, beating, sonication or any other means to form or release nanofibrils and/or nanocrystals in cellulose. Essentially, any type of factory or device that physically separates fibers into fibrils can be used. These plants are well known in the industry and include, without limitation, Valley beaters, single disc refiners, double disc refiners, conical refiners including wide angle and narrow angle, cylindrical refiners, homogenizers, microfluidizers and other types of grinding apparatus or crushing. See, for example, Smook, Handbook for Pulp & Paper Technologists, Tappi Press, 1992; and Hubbe et al., “Cellulose Nanocomposites: A Review,” BioResources 3(3), 929-980 (2008).

[083] A extensão do tratamento mecânico pode ser monitorada durante o processo por qualquer um dos vários meios. Certos instrumentos ópticos podem prover dados contínuos relacionados às distribuições de comprimento da fibra e % de finos, um dos quais pode ser usado para definir pontos finais para a etapa de tratamento mecânico. O tempo, a temperatura e a pressão podem variar durante o tratamento mecânico. Por exemplo, em algumas formas de realização, sonicação por um tempo de cerca de 5 minutos a 2 horas, à temperatura e pressão ambiente, pode ser utilizada.[083] The extent of mechanical treatment can be monitored during the process by any of several means. Certain optical instruments can provide continuous data relating to fiber length distributions and % fines, one of which can be used to define end points for the mechanical treatment step. Time, temperature and pressure may vary during mechanical treatment. For example, in some embodiments, sonication for a time of about 5 minutes to 2 hours, at room temperature and pressure, can be used.

[084] Em algumas formas de realização, uma porção dos sólidos ricos em celulose é convertida em nanofibrilas, enquanto o restante dos sólidos ricos em celulose não é fibrilado. Em várias formas de realização, cerca de 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99% ou substancialmente todos os sólidos ricos em celulose são fibrilados em nanofibrilas. Em algumas formas de realização, uma porção das nanofibrilas é convertida em nanocristais, enquanto o restante das nanofibrilas não é convertido em nanocristais. Durante a secagem, é possível que alguns nanocristais se juntem novamente e formem nanofibrilas.[084] In some embodiments, a portion of the cellulose-rich solids is converted into nanofibrils, while the remainder of the cellulose-rich solids is not fibrillated. In various embodiments, about 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99% or substantially all of the cellulose-rich solids are fibrillated. in nanofibrils. In some embodiments, a portion of the nanofibrils are converted into nanocrystals, while the remainder of the nanofibrils are not converted into nanocrystals. During drying, it is possible that some nanocrystals come together again and form nanofibrils.

[085] Após tratamento mecânico, o material de nanocelulose pode ser classificado por tamanho de partícula. Uma porção do material pode ser submetida a um processo separado, tal como hidrólise enzimática para produzir glicose. Esse material pode ter boa cristalinidade, por exemplo, mas pode não ter tamanho de partícula desejável ou grau de polimerização.[085] After mechanical treatment, the nanocellulose material can be classified by particle size. A portion of the material may be subjected to a separate process, such as enzymatic hydrolysis to produce glucose. This material may have good crystallinity, for example, but may not have a desirable particle size or degree of polymerization.

[086] O processo pode compreender adicionalmente o tratamento de sólidos ricos em celulose com uma ou mais enzima(s) ou com um ou mais ácido(s). Quando ácidos são empregados, eles podem ser selecionados do grupo que consiste em dióxido de enxofre, ácido sulfuroso, ácido lignossulfônico, ácido acético, ácido fórmico e combinações dos mesmos. Os ácidos associados à hemicelulose, tal como o ácido acético ou os ácidos urônicos, podem ser empregados, isoladamente ou em conjunto com outros ácidos. Além disso, o processo pode incluir o tratamento de sólidos ricos em celulose com calor. Em algumas formas de realização, o processo não emprega enzimas ou ácidos.[086] The process may additionally comprise treating cellulose-rich solids with one or more enzyme(s) or with one or more acid(s). When acids are employed, they may be selected from the group consisting of sulfur dioxide, sulfurous acid, lignosulfonic acid, acetic acid, formic acid and combinations thereof. Acids associated with hemicellulose, such as acetic acid or uronic acids, can be used, alone or together with other acids. Additionally, the process may include treating cellulose-rich solids with heat. In some embodiments, the process does not employ enzymes or acids.

[087] Quando um ácido é empregado, o ácido pode ser um ácido forte, tal como ácido sulfúrico, ácido nítrico ou ácido fosfórico, por exemplo. Ácidos mais fracos podem ser empregados, sob temperatura e/ou tempo mais severos. Enzimas que hidrolisam a celulose (isto é, celulases) e possivelmente hemicelulose (isto é, com atividade hemicelulase) podem ser empregadas, em vez de ácidos, ou potencialmente em uma configuração sequencial antes ou após a hidrólise ácida.[087] When an acid is used, the acid can be a strong acid, such as sulfuric acid, nitric acid or phosphoric acid, for example. Weaker acids can be used under more severe temperatures and/or time. Enzymes that hydrolyze cellulose (i.e., cellulases) and possibly hemicellulose (i.e., with hemicellulase activity) can be employed, instead of acids, or potentially in a sequential configuration before or after acid hydrolysis.

[088] Em algumas formas de realização, o processo compreende tratar enzimaticamente os sólidos ricos em celulose para hidrolisar a celulose amorfa. Em outras formas de realização, ou sequencialmente antes ou após o tratamento enzimático, o processo pode compreender o tratamento com ácido dos sólidos ricos em celulose para hidrolisar a celulose amorfa.[088] In some embodiments, the process comprises enzymatically treating cellulose-rich solids to hydrolyze amorphous cellulose. In other embodiments, either sequentially before or after the enzymatic treatment, the process may comprise acid treating the cellulose-rich solids to hydrolyze the amorphous cellulose.

[089] Em algumas formas de realização, o processo compreende adicionalmente o tratamento enzimático da celulose cristalina. Em outras formas de realização, ou sequencialmente antes ou após o tratamento enzimático, o processo compreende adicionalmente tratamento de celulose cristalina por tratamento com ácido.[089] In some embodiments, the process additionally comprises enzymatic treatment of crystalline cellulose. In other embodiments, either sequentially before or after enzymatic treatment, the process further comprises treating crystalline cellulose by acid treatment.

[090] Se desejado, um tratamento enzimático pode ser empregado antes do, ou possivelmente simultaneamente com o, tratamento mecânico. Contudo, em formas de realização preferidas, não é necessário tratamento enzimático para hidrolisar a celulose amorfa ou enfraquecer a estrutura das paredes das fibras antes do isolamento das nanofibras.[090] If desired, an enzymatic treatment can be used before, or possibly simultaneously with, the mechanical treatment. However, in preferred embodiments, enzymatic treatment is not required to hydrolyze the amorphous cellulose or weaken the fiber wall structure prior to isolating the nanofibers.

[091] Após tratamento mecânico, a nanolignocelulose pode ser recuperada. A separação de nanofibrilas de celulose e/ou nanocristais pode ser realizada usando um aparelho capaz de desintegrar a ultraestrutura da parede celular enquanto preserva a integridade das nanofibrilas. Por exemplo, um homogeneizador pode ser empregado. Em algumas formas de realização, as fibrilas agregadas de celulose são recuperadas, tendo fibrilas componentes na faixa de 1-100 nm de largura, em que as fibrilas não foram completamente separadas uma da outra.[091] After mechanical treatment, nanolignocellulose can be recovered. The separation of cellulose nanofibrils and/or nanocrystals can be performed using a device capable of disintegrating the ultrastructure of the cell wall while preserving the integrity of the nanofibrils. For example, a homogenizer may be employed. In some embodiments, aggregated cellulose fibrils are recovered, having component fibrils in the range of 1-100 nm in width, wherein the fibrils have not been completely separated from each other.

[092] Em algumas formas de realização, o material de nanolignocelulose é caracterizado por uma razão de aspecto média de comprimento e largura de partículas de cerca de 10 a cerca de 1000, tal como cerca de 15, 20, 25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 400 ou 500. As nanofibrilas são geralmente associadas a razões de aspecto maiores que os nanocristais. Os nanocristais, por exemplo, podem ter uma faixa de comprimento de cerca de 100 nm a 500 nm e um diâmetro de cerca de 1 a 10 nm. As nanofibrilas podem ter um comprimento de cerca de 2000 nm e faixa de diâmetro de 5 a 50 nm, traduzindo-se em uma razão de 40 a 400. Em algumas formas de realização, a razão de aspecto é menor que 50, menor que 45, menor que 40, menor que 35, menor que 30, menor que 25, menor que 20, menor que 15 ou menor que 10.[092] In some embodiments, the nanolignocellulose material is characterized by an average particle length and width aspect ratio of about 10 to about 1000, such as about 15, 20, 25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 400 or 500. Nanofibrils are generally associated with larger aspect ratios than nanocrystals. Nanocrystals, for example, can have a length range of about 100 nm to 500 nm and a diameter of about 1 to 10 nm. Nanofibrils can have a length of about 2000 nm and diameter range of 5 to 50 nm, translating to an aspect ratio of 40 to 400. In some embodiments, the aspect ratio is less than 50, less than 45 , less than 40, less than 35, less than 30, less than 25, less than 20, less than 15 or less than 10.

[093] Opcionalmente, o processo compreende adicionalmente hidrolisar celulose amorfa em glicose, recuperar a glicose, e fermentar a glicose em um produto de fermentação. Opcionalmente, o processo compreende adicionalmente a recuperação, fermentação ou tratamento adicional de açúcares hemicelulósicos derivados de parte da hemicelulose. Opcionalmente, o processo compreende adicionalmente a recuperação, combustão ou tratamento adicional da lignina.[093] Optionally, the process further comprises hydrolyzing amorphous cellulose into glucose, recovering the glucose, and fermenting the glucose into a fermentation product. Optionally, the process further comprises recovering, fermenting or further treating hemicellulosic sugars derived from part of the hemicellulose. Optionally, the process further comprises the recovery, combustion or further treatment of the lignin.

[094] A glicose que é gerada da hidrólise da celulose amorfa pode ser integrada em um processo geral para produzir etanol ou outro coproduto de fermentação. Assim, em algumas formas de realização, o processo compreende adicionalmente hidrolisar celulose amorfa em glicose, e recuperar a glicose. A glicose pode ser purificada e vendida. Ou a glicose pode ser fermentada para um produto de fermentação, tal como, mas não limitado a, etanol. A glicose ou um produto de fermentação pode ser reciclada(o) para a entrada, tal como para processamento de açúcar de hemicelulose, se desejado.[094] The glucose that is generated from the hydrolysis of amorphous cellulose can be integrated into a general process to produce ethanol or another fermentation co-product. Thus, in some embodiments, the process further comprises hydrolyzing amorphous cellulose to glucose, and recovering the glucose. Glucose can be purified and sold. Or the glucose may be fermented to a fermentation product, such as, but not limited to, ethanol. Glucose or a fermentation product can be recycled to the input, such as for hemicellulose sugar processing, if desired.

[095] Quando os açúcares hemicelulósicos são recuperados e fermentados, eles podem ser fermentados para produzir um monômero ou precursor do mesmo. O monômero pode ser polimerizado para produzir um polímero, que pode então ser combinado com o material de nanocelulose para formar um compósito polímero-nanocelulose.[095] When hemicellulosic sugars are recovered and fermented, they can be fermented to produce a monomer or precursor thereof. The monomer can be polymerized to produce a polymer, which can then be combined with nanocellulose material to form a polymer-nanocellulose composite.

[096] Em algumas formas de realização, o processo compreende adicionalmente converter quimicamente o material de nanolignocelulose em um ou mais derivado(s) de nanolignocelulose. Por exemplo, os derivados de nanolignocelulose podem ser selecionados do grupo que consiste em ésteres de nanolignocelulose, éteres de nanolignocelulose, éter ésteres de nanolignocelulose, compostos de nanolignocelulose alquilados, compostos de nanolignocelulose reticulados, compostos de nanolignocelulose funcionalizados em ácido, compostos de nanolignocelulose funcionalizados em base, e combinações dos mesmos.[096] In some embodiments, the process further comprises chemically converting the nanolignocellulose material into one or more nanolignocellulose derivative(s). For example, nanolignocellulose derivatives may be selected from the group consisting of nanolignocellulose esters, nanolignocellulose ethers, nanolignocellulose ether esters, alkylated nanolignocellulose compounds, cross-linked nanolignocellulose compounds, acid-functionalized nanolignocellulose compounds, acid-functionalized nanolignocellulose compounds. base, and combinations thereof.

[097] Vários tipos de funcionalização ou derivação de nanolignocelulose podem ser empregados, tais como, funcionalização usando polímeros, modificação química da superfície, funcionalização usando nanopartículas (isto é, outras nanopartículas além da nanolignocelulose), modificação com inorgânicos ou tensoativos ou modificação bioquímica.[097] Various types of nanolignocellulose functionalization or derivation can be employed, such as functionalization using polymers, chemical surface modification, functionalization using nanoparticles (i.e., nanoparticles other than nanolignocellulose), modification with inorganics or surfactants or biochemical modification.

[098] Altas taxas de carga de lignina foram alcançadas em termoplásticos. Níveis de carga ainda mais altos são obtidos com modificações bem conhecidas da lignina. A preparação de materiais poliméricos úteis contendo uma quantidade substancial de lignina tem sido objeto de investigações há mais de trinta anos. Tipicamente, a lignina pode ser misturada em poliolefinas ou poliésteres por extrusão até 25-40% em peso, enquanto satisfaz as características mecânicas. De modo a aumentar a compatibilidade entre a lignina e outros polímeros hidrofóbicos, diferentes abordagens foram usadas. Por exemplo, a modificação química da lignina pode ser realizada através da esterificação com ácidos graxos de cadeia longa.[098] High lignin loading rates have been achieved in thermoplastics. Even higher loading levels are obtained with well-known lignin modifications. The preparation of useful polymeric materials containing a substantial amount of lignin has been the subject of investigations for more than thirty years. Typically, lignin can be blended into polyolefins or polyesters by extrusion up to 25-40% by weight while satisfying the mechanical characteristics. In order to increase the compatibility between lignin and other hydrophobic polymers, different approaches have been used. For example, chemical modification of lignin can be carried out through esterification with long-chain fatty acids.

[099] Um fator significativo que limita a aplicação de nanocelulose leve e de que intensifica a resistência em compósitos é a hidrofilicidade inerente à celulose. A modificação da superfície da nanocelulose para conferir hidrofobicidade para permitir a dispersão uniforme em uma matriz polimérica hidrofóbica é uma área ativa de estudo. Verificou-se que a nanolignocelulose, como provido na presente invenção, é hidrofóbica.[099] A significant factor limiting the application of lightweight nanocellulose and enhancing strength in composites is the inherent hydrophilicity of cellulose. Modifying the surface of nanocellulose to impart hydrophobicity to enable uniform dispersion in a hydrophobic polymer matrix is an active area of study. It has been found that nanolignocellulose, as provided in the present invention, is hydrophobic.

[100] Opcionalmente, o processo para produzir um material de nanolignocelulose hidrofóbico pode incluir adicionalmente modificar quimicamente a lignina para aumentar a hidrofobicidade do material de nanolignocelulose. Quaisquer modificações químicas conhecidas podem ser realizadas na lignina, para aumentar adicionalmente a natureza hidrofóbica do material de nanolignocelulose provido pelas formas de realização desta invenção.[100] Optionally, the process for producing a hydrophobic nanolignocellulose material may further include chemically modifying the lignin to increase the hydrophobicity of the nanolignocellulose material. Any known chemical modifications can be performed on the lignin, to further increase the hydrophobic nature of the nanolignocellulose material provided by the embodiments of this invention.

[101] Algumas variações da presente invenção são baseadas em processos relativamente simples para gerar compostos de alta viscosidade preparados a partir de biomassa celulósica. Os compostos de alta viscosidade atuam como modificadores reológicos quando misturados em pequenas proporções com fluidos diferentes, tais como fluidos de perfuração, tintas etc.[101] Some variations of the present invention are based on relatively simple processes for generating high viscosity compounds prepared from cellulosic biomass. High viscosity compounds act as rheological modifiers when mixed in small proportions with different fluids, such as drilling fluids, paints, etc.

[102] Nas formulações de fluido de fraturamento hidráulico, particularmente formulações à base de água, mas também para formulações à base de óleo, essas composições podem funcionar como agentes geleificantes. As fáceis mistura e manipulação permitem a personalização de cada característica do reservatório. Várias propriedades desses modificadores de reologia apresentam fortes vantagens quando comparadas aos produtos atualmente disponíveis no mercado. Algumas dessas propriedades são: estabilidade térmica mais alta, pesudoplasticidade forte, qualidades tixotrópicas e solubilidade em água. Outra propriedade importante desses novos compostos é que eles são biodegradáveis, e sua produção não envolve outros produtos químicos além da biomassa e da água.[102] In hydraulic fracturing fluid formulations, particularly water-based formulations, but also for oil-based formulations, these compositions can function as gelling agents. Easy mixing and handling allow customization of each reservoir characteristic. Several properties of these rheology modifiers present strong advantages when compared to products currently available on the market. Some of these properties are: higher thermal stability, strong pesudoplasticity, thixotropic qualities and water solubility. Another important property of these new compounds is that they are biodegradable, and their production does not involve chemicals other than biomass and water.

[103] Algumas variações fornecem um processo para produzir um material de nanocelulose, o processo compreendendo: (a) prover uma matéria-prima de biomassa lignocelulósica; (b) digerir a matéria-prima com uma solução reacional incluindo vapor e/ou água quente em um digestor sob condições de reação eficazes para produzir uma corrente digerida contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose e lignina; (c) lavar opcionalmente os sólidos ricos em celulose para remover pelo menos uma porção dos oligômeros de hemicelulose e/ou pelo menos uma porção da lignina dos sólidos ricos em celulose; (d) tratar mecanicamente os sólidos ricos em celulose para formar um material de nanocelulose contendo nanofibrilas de celulose e/ou nanocristais de celulose; e (e) recuperar o material de nanocelulose.[103] Some variations provide a process for producing a nanocellulose material, the process comprising: (a) providing a lignocellulosic biomass feedstock; (b) digesting the feedstock with a reaction solution including steam and/or hot water in a digester under effective reaction conditions to produce a digestate stream containing solids rich in cellulose, hemicellulose oligomers and lignin; (c) optionally washing the cellulose-rich solids to remove at least a portion of the hemicellulose oligomers and/or at least a portion of the lignin from the cellulose-rich solids; (d) mechanically treating the cellulose-rich solids to form a nanocellulose material containing cellulose nanofibrils and/or cellulose nanocrystals; and (e) recovering the nanocellulose material.

[104] O processo pode incluir adicionalmente o tratamento de sólidos ricos em celulose com uma ou mais enzima(s) (por exemplo, celulases) ou com um ou mais ácido(s), tais como, dióxido de enxofre, ácido sulfuroso, ácido lignossulfônico, ácido acético, ácido fórmico ou combinações dos mesmos. O processo pode incluir adicionalmente tratamento dos sólidos ricos em celulose com calor. Em algumas formas de realização, as etapas (b)-(d) não empregam quaisquer enzimas ou ácidos adicionados externamente.[104] The process may additionally include treating cellulose-rich solids with one or more enzyme(s) (e.g., cellulases) or with one or more acid(s), such as sulfur dioxide, sulfurous acid, acid lignosulfonic acid, acetic acid, formic acid or combinations thereof. The process may additionally include treating the cellulose-rich solids with heat. In some embodiments, steps (b)-(d) do not employ any externally added enzymes or acids.

[105] O material de nanocelulose pode incluir nanofibrilas de celulose ou uma mistura de nanofibrilas de celulose e nanocristais de celulose. As Figs. 1A-1C mostram imagens de SEM de nanocelulose de exemplo produzida experimentalmente, por refino e homogeneização de material produzido a partir da extração de biomassa em água quente. O material de nanocelulose também pode incluir lignina, incluindo partículas de lignina com menos de 1 mícron de diâmetro. O processo pode incluir alvejar os sólidos ricos em celulose e/ou alvejar o material de nanocelulose depois que é produzido.[105] The nanocellulose material may include cellulose nanofibrils or a mixture of cellulose nanofibrils and cellulose nanocrystals. Figs. 1A-1C show SEM images of example experimentally produced nanocellulose by refining and homogenizing material produced from hot water extraction of biomass. The nanocellulose material may also include lignin, including lignin particles less than 1 micron in diameter. The process may include bleaching the cellulose-rich solids and/or bleaching the nanocellulose material after it is produced.

[106] Em algumas formas de realização, o processo compreende adicionalmente a recuperação, a fermentação ou o tratamento adicional de açúcares hemicelulósicos derivados dos oligômeros de hemicelulose. Por exemplo, os açúcares hemicelulósicos podem ser fermentados para um produto de fermentação, tal como (mas não limitado a) etanol.[106] In some embodiments, the process further comprises the recovery, fermentation or further treatment of hemicellulosic sugars derived from hemicellulose oligomers. For example, hemicellulosic sugars can be fermented to a fermentation product such as (but not limited to) ethanol.

[107] Em algumas formas de realização, o processo compreende adicionalmente a hidrólise de uma porção dos sólidos ricos em celulose em glicose, a recuperação da glicose, e a fermentação opcional da glicose em um produto de fermentação, tal como n-butanol ou 1,4-butanodiol.[107] In some embodiments, the process further comprises hydrolyzing a portion of the cellulose-rich solids to glucose, recovering the glucose, and optionally fermenting the glucose into a fermentation product, such as n-butanol or 1 ,4-butanediol.

[108] O processo pode incluir adicionalmente recuperar, levar à combustão ou tratar adicionalmente a lignina que é lavada dos sólidos ricos em celulose. Parte ou toda a lignina inicial (na matéria-prima inicial) pode se tornar parte do material de nanocelulose, que será pelo menos parcialmente hidrofóbico devido à presença da lignina.[108] The process may further include recovering, combusting or further treating the lignin that is washed from the cellulose-rich solids. Some or all of the initial lignin (in the initial feedstock) may become part of the nanocellulose material, which will be at least partially hydrophobic due to the presence of the lignin.

[109] Em algumas formas de realização, o processo compreende adicionalmente converter quimicamente o material de nanocelulose em um ou mais derivado(s) de nanocelulose. Por exemplo, derivados de nanocelulose podem ser selecionados do grupo que consiste em ésteres de nanocelulose, éteres de nanocelulose, éter ésteres de nanocelulose, compostos de nanocelulose alquilados, compostos de nanocelulose reticulados, compostos de nanocelulose funcionalizados em ácido, compostos de nanocelulose funcionalizados em base, e combinações dos mesmos.[109] In some embodiments, the process further comprises chemically converting the nanocellulose material into one or more nanocellulose derivative(s). For example, nanocellulose derivatives may be selected from the group consisting of nanocellulose esters, nanocellulose ethers, nanocellulose ether esters, alkylated nanocellulose compounds, cross-linked nanocellulose compounds, acid-functionalized nanocellulose compounds, base-functionalized nanocellulose compounds. , and combinations thereof.

[110] Em certas formas de realização, a etapa (d) inclui refino em disco seguida pela homogeneização dos sólidos ricos em celulose. A etapa (d), ou uma porção da mesma, pode ser conduzida com uma consistência sólida de pelo menos 10% em peso, tal como pelo menos 20% em peso.[110] In certain embodiments, step (d) includes disc refining followed by homogenization of the cellulose-rich solids. Step (d), or a portion thereof, may be conducted with a solid consistency of at least 10% by weight, such as at least 20% by weight.

[111] O processo inclui, em algumas formas de realização, a explosão de fibras de celulose contidas nos sólidos ricos em celulose. A explosão de fibras pode ser alcançada usando explosão de vapor e/ou redução rápida de pressão, por exemplo. Em certas formas de realização, a etapa (d) utiliza um refinador de linha de insuflação, opcionalmente com redução de pressão.[111] The process includes, in some embodiments, exploding cellulose fibers contained in cellulose-rich solids. Fiber explosion can be achieved using steam explosion and/or rapid pressure reduction, for example. In certain embodiments, step (d) uses a blower line refiner, optionally with pressure reduction.

[112] Algumas variações da invenção fornecem um processo para a produção de um modificador de reologia derivado de biomassa a partir de biomassa celulósica, o processo compreendendo: (a) prover uma matéria-prima compreendendo biomassa celulósica; (b) digerir a matéria-prima com uma solução reacional incluindo vapor e/ou água quente em um digestor sob condições de reação eficazes para produzir uma corrente digerida contendo sólidos ricos em celulose, oligômeros de hemicelulose e lignina; (c) refinar os sólidos ricos em celulose em uma primeira unidade de refino de alta intensidade, gerando desse modo sólidos de celulose refinados; (d) lavar os sólidos de celulose refinados após a etapa (c) e/ou lavar a corrente digerida antes da etapa (c) seguida do refino, gerando assim sólidos de celulose refinados lavados; (e) geleificar os sólidos de celulose refinados lavados em uma segunda unidade de refino de alta intensidade, gerando assim, sólidos de celulose geleificados; e (f) homogeneizar os sólidos de celulose geleificados em um homogeneizador de alto cisalhamento, gerando assim um modificador de reologia derivado de biomassa contendo nanofibrilas de celulose, nanocristais de celulose, ou uma mistura de nanofibrilas de celulose e nanocristais de celulose.[112] Some variations of the invention provide a process for producing a biomass-derived rheology modifier from cellulosic biomass, the process comprising: (a) providing a feedstock comprising cellulosic biomass; (b) digesting the feedstock with a reaction solution including steam and/or hot water in a digester under effective reaction conditions to produce a digestate stream containing solids rich in cellulose, hemicellulose oligomers and lignin; (c) refining the cellulose-rich solids in a first high-intensity refining unit, thereby generating refined cellulose solids; (d) washing the refined cellulose solids after step (c) and/or washing the digested stream before step (c) followed by refining, thereby generating washed refined cellulose solids; (e) gelling the washed refined cellulose solids in a second high-intensity refining unit, thereby generating gelled cellulose solids; and (f) homogenizing the gelled cellulose solids in a high shear homogenizer, thereby generating a biomass-derived rheology modifier containing cellulose nanofibrils, cellulose nanocrystals, or a mixture of cellulose nanofibrils and cellulose nanocrystals.

[113] Opcionalmente, o processo compreende ainda a limpeza a úmido ou a seco da matéria-prima antes da etapa (b). Opcionalmente, independentemente de a matéria-prima ser limpa ou não, o processo compreende adicionalmente a redução do tamanho da matéria-prima antes da etapa (b).[113] Optionally, the process further comprises wet or dry cleaning of the raw material before step (b). Optionally, regardless of whether the raw material is cleaned or not, the process further comprises reducing the size of the raw material before step (b).

[114] A etapa (b) pode ser conduzida a uma temperatura de digestão de cerca de 140°C a cerca de 210°C. A etapa (b) pode ser conduzida durante um tempo de digestão de cerca de 5 minutos a cerca de 45 minutos. A etapa (b) pode ser conduzida a uma razão de peso líquido/sólido de cerca de 2 a cerca de 6.[114] Step (b) can be conducted at a digestion temperature of about 140°C to about 210°C. Step (b) can be conducted for a digestion time of about 5 minutes to about 45 minutes. Step (b) can be conducted at a liquid/solid weight ratio of about 2 to about 6.

[115] O processo pode incluir uma redução de pressão por insuflação a quente ou frio da corrente digerida, após a etapa (b).[115] The process may include a pressure reduction by hot or cold insufflation of the digested stream, after step (b).

[116] A primeira unidade de refino de alta intensidade pode utilizar discos ou uma placa cônica, por exemplo. Em várias formas de realização, a primeira unidade de refino de alta intensidade transfere energia para os sólidos ricos em celulose em uma quantidade de cerca de 20 kW/tonelada a cerca de 200 kW/tonelada (base em peso seco).[116] The first high-intensity refining unit may use discs or a conical plate, for example. In various embodiments, the first high-intensity refining unit transfers energy to the cellulose-rich solids in an amount of about 20 kW/ton to about 200 kW/ton (dry weight basis).

[117] A lavagem na etapa (d) pode ser conduzida a uma temperatura de cerca de 18°C a cerca de 95°C. Em algumas formas de realização, a lavagem na etapa (d) utiliza uma prensa de parafuso pressurizada.[117] Washing in step (d) can be conducted at a temperature of about 18°C to about 95°C. In some embodiments, washing in step (d) uses a pressurized screw press.

[118] A segunda unidade de refino de alta intensidade pode utilizar discos ou uma placa cônica, por exemplo. A primeira e a segunda unidades de refino de alta intensidade têm, de preferência, padrões diferentes com diferentes dimensões de ranhura e barragem. Em várias formas de realização, a segunda unidade de refino de alta intensidade transfere energia para os sólidos de celulose refinados lavados em uma quantidade de cerca de 20 kW/tonelada a cerca de 200 kW/tonelada (base em peso seco).[118] The second high-intensity refining unit may use discs or a conical plate, for example. The first and second high-intensity refining units preferably have different patterns with different groove and dam dimensions. In various embodiments, the second high-intensity refining unit transfers energy to the washed refined cellulose solids in an amount of about 20 kW/ton to about 200 kW/ton (dry weight basis).

[119] Em algumas formas de realização, o homogeneizador de alto cisalhamento transfere uma força de cisalhamento equivalente a uma força de cisalhamento produzida sob uma pressão de cerca de 10.000 psig (68,95 MPa man.) a cerca de 25.000 psig (172,37 MPa man.).[119] In some embodiments, the high shear homogenizer transfers a shear force equivalent to a shear force produced under a pressure of about 10,000 psig (68.95 MPa man.) to about 25,000 psig (172. 37 MPa man.).

[120] Em algumas formas de realização, os sólidos de celulose refinados lavados são armazenados por um período de tempo antes da etapa (e). A etapa (e) pode ser realizada em um local diferente das etapas (a)-(d). Além disso, a etapa (f) pode ser realizada em um local diferente das etapas (a)- (e).[120] In some embodiments, the washed refined cellulose solids are stored for a period of time before step (e). Step (e) may be performed in a different location than steps (a)-(d). Furthermore, step (f) may be performed in a different location than steps (a)-(e).

[121] Outras variações da invenção fornecem um processo para a produção de um modificador de reologia derivado de biomassa a partir de biomassa celulósica, o processo compreendendo: (a) prover uma matéria-prima pré-tratada compreendendo sólidos ricos em celulose; (b) refinar os sólidos ricos em celulose em uma primeira unidade de refino de alta intensidade, gerando desse modo sólidos de celulose refinados; (c) lavar opcionalmente os sólidos de celulose refinados após a etapa (b) e/ou lavar opcionalmente a corrente digerida antes da etapa (b) seguida de refino, gerando assim sólidos de celulose refinados lavados; (d) geleificar os sólidos de celulose refinados lavados em uma segunda unidade de refino de alta intensidade, gerando, assim, sólidos de celulose geleificados; e (e) homogeneizar os sólidos de celulose geleificados em um homogeneizador de alto cisalhamento, gerando assim um modificador de reologia derivado de biomassa contendo nanofibrilas de celulose.[121] Other variations of the invention provide a process for producing a biomass-derived rheology modifier from cellulosic biomass, the process comprising: (a) providing a pretreated feedstock comprising cellulose-rich solids; (b) refining the cellulose-rich solids in a first high-intensity refining unit, thereby generating refined cellulose solids; (c) optionally washing the refined cellulose solids after step (b) and/or optionally washing the digested stream before step (b) followed by refining, thereby generating washed refined cellulose solids; (d) gelling the washed refined cellulose solids in a second high-intensity refining unit, thereby generating gelled cellulose solids; and (e) homogenizing the gelled cellulose solids in a high shear homogenizer, thereby generating a biomass-derived rheology modifier containing cellulose nanofibrils.

[122] Em algumas formas de realização, a matéria-prima pré-tratada é polpa de celulose kraft derivada de madeira ou biomassa lignocelulósica. Em algumas formas de realização, a matéria-prima pré-tratada é polpa de celulose de sulfito derivada de madeira ou biomassa lignocelulósica. Em algumas formas de realização, a matéria-prima pré-tratada é polpa de celulose de soda derivada de madeira ou biomassa lignocelulósica. Em algumas formas de realização, a matéria- prima pré-tratada é polpa de celulose mecânica derivada da madeira ou biomassa lignocelulósica. Em algumas formas de realização, a matéria-prima pré-tratada é polpa termomecânica derivada de madeira ou biomassa lignocelulósica. Em algumas formas de realização, a matéria- prima pré-tratada é polpa de celulose quimiomecânica derivada de madeira ou biomassa lignocelulósica.[122] In some embodiments, the pretreated raw material is kraft cellulose pulp derived from wood or lignocellulosic biomass. In some embodiments, the pretreated feedstock is wood-derived sulfite cellulose pulp or lignocellulosic biomass. In some embodiments, the pretreated feedstock is wood-derived soda cellulose pulp or lignocellulosic biomass. In some embodiments, the pretreated raw material is mechanical cellulose pulp derived from wood or lignocellulosic biomass. In some embodiments, the pretreated raw material is thermomechanical pulp derived from wood or lignocellulosic biomass. In some embodiments, the pretreated raw material is chemomechanical cellulose pulp derived from wood or lignocellulosic biomass.

[123] As variações da invenção fornecem uma formulação ou um aditivo de fluido de fraturamento hidráulico à base de água que compreende (i) um material de nanocelulose produzido de acordo com um processo descrito ou (ii) um modificador de reologia derivado de biomassa produzido de acordo com um processo como descrito.[123] Variations of the invention provide a water-based hydraulic fracturing fluid formulation or additive comprising (i) a nanocellulose material produced in accordance with a described process or (ii) a biomass-derived rheology modifier produced according to a process as described.

[124] As variações da invenção fornecem uma formulação ou um aditivo de fluido de fraturamento hidráulico à base de óleo compreendendo (i) um material de nanocelulose produzido de acordo com o processo descrito ou (ii) um modificador de reologia derivado de biomassa produzido de acordo com o processo como descrito.[124] Variations of the invention provide an oil-based hydraulic fracturing fluid formulation or additive comprising (i) a nanocellulose material produced in accordance with the described process or (ii) a biomass-derived rheology modifier produced from according to the process as described.

[125] Variações da invenção fornecem uma formulação ou um aditivo de fluido de perfuração à base de água que compreende (i) um material de nanocelulose produzido de acordo com o processo descrito ou (ii) um modificador de reologia derivado de biomassa produzido de acordo com o processo descrito.[125] Variations of the invention provide a water-based drilling fluid formulation or additive comprising (i) a nanocellulose material produced in accordance with the described process or (ii) a biomass-derived rheology modifier produced in accordance with with the described process.

[126] Variações da invenção fornecem uma formulação ou um aditivo de fluido de perfuração à base de óleo compreendendo (i) um material de nanocelulose produzido de acordo com o processo descrito ou (ii) um modificador de reologia derivado de biomassa produzido de acordo com o processo descrito.[126] Variations of the invention provide an oil-based drilling fluid formulation or additive comprising (i) a nanocellulose material produced in accordance with the described process or (ii) a biomass-derived rheology modifier produced in accordance with the process described.

[127] Algumas variações fornecem um compósito polímero-nanocelulose compreendendo (i) um material de nanocelulose produzido de acordo com o processo descrito ou (ii) um modificador de reologia derivado de biomassa produzido de acordo com o processo descrito. Polímeros de exemplo incluem, mas não estão limitados a, polilactídeo, poli(álcool vinílico), polietileno, polipropileno, etc.[127] Some variations provide a polymer-nanocellulose composite comprising (i) a nanocellulose material produced in accordance with the described process or (ii) a biomass-derived rheology modifier produced in accordance with the described process. Example polymers include, but are not limited to, polylactide, poly(vinyl alcohol), polyethylene, polypropylene, etc.

[128] Em algumas formas de realização, este processo cria compostos de alta viscosidade com tamanho entre 1 mícron e 100 mícrons, tal como entre 15 mícrons e 50 mícrons. Esses novos compostos produzidos sem nenhum produto químico (exceto biomassa e água) podem ser usados como modificadores reológicos e, sendo baseados em celulose, são totalmente biodegradáveis.[128] In some embodiments, this process creates high viscosity compounds with sizes between 1 micron and 100 microns, such as between 15 microns and 50 microns. These new compounds produced without any chemicals (except biomass and water) can be used as rheological modifiers and, being based on cellulose, are completely biodegradable.

[129] O processo apresenta várias vantagens. O projeto permite que o processo seja totalmente integrado em uma linha desde o início da biomassa até a produção de compostos de alta viscosidade. Ou o processo pode ser separado em vários módulos que podem estar localizados em diferentes locais geográficos.[129] The process has several advantages. The design allows the process to be fully integrated into one line from the start of biomass to the production of high viscosity compounds. Or the process can be separated into several modules that can be located in different geographic locations.

[130] A matéria-prima de biomassa pode ser selecionada de madeiras duras, madeiras moles, resíduos florestais, resíduos agrícolas (tal como bagaço de cana), resíduos industriais, resíduos de consumo ou combinações dos mesmos. Em qualquer um desses processos, a matéria-prima pode incluir sacarose. Em algumas formas de realização com sacarose presente na matéria-prima, a maioria da sacarose é recuperada como parte dos açúcares fermentáveis.[130] The biomass feedstock can be selected from hardwoods, softwoods, forestry residues, agricultural residues (such as sugarcane bagasse), industrial residues, consumer residues or combinations thereof. In any of these processes, the raw material may include sucrose. In some embodiments with sucrose present in the raw material, the majority of the sucrose is recovered as part of the fermentable sugars.

[131] Algumas formas de realização da invenção permitem o processamento de “resíduos agrícolas”, que para os propósitos atuais se destina a incluir biomassa lignocelulósica associada a cultivos alimentares, gramíneas anuais, culturas energéticas ou outras matérias-primas renováveis anualmente. Resíduos agrícolas de exemplo incluem, entre outros, paleta de milho, fibra de milho, palha de trigo, bagaço de cana de açúcar, palha de arroz, palha de aveia, palha de cevada, miscanthus, cana-energia ou combinações dos mesmos. Em certas formas de realização, o resíduo agrícola é bagaço de cana de açúcar, bagaço de cana- energia, palha de cana de açúcar ou palha de cana-energia.[131] Some embodiments of the invention allow for the processing of “agricultural waste”, which for current purposes is intended to include lignocellulosic biomass associated with food crops, annual grasses, energy crops or other annually renewable feedstocks. Example agricultural residues include, but are not limited to, corn stover, corn fiber, wheat straw, sugar cane bagasse, rice straw, oat straw, barley straw, miscanthus, energy cane or combinations thereof. In certain embodiments, the agricultural residue is sugar cane bagasse, energy cane bagasse, sugar cane straw or energy cane straw.

[132] Em algumas formas de realização, o processo compreende adicionalmente a limpeza a úmido ou a seco da matéria-prima antes da etapa (b). Em algumas formas de realização, o processo compreende adicionalmente a redução do tamanho da matéria-prima antes da etapa (b). O processo pode incluir redução de tamanho, imersão em água quente, desidratação, tratamento com vapor ou outras operações, a montante do digestor.[132] In some embodiments, the process further comprises wet or dry cleaning of the raw material before step (b). In some embodiments, the process further comprises reducing the size of the raw material prior to step (b). The process may include size reduction, hot water immersion, dehydration, steam treatment or other operations, upstream of the digester.

[133] A etapa (b) pode ser conduzida a uma temperatura de digestão de cerca de 140°C a cerca de 210°C, tal como de cerca de 175°C a cerca de 195°C. A etapa (b) pode ser realizada durante um tempo de digestão de cerca de 5 minutos a cerca de 45 minutos, tal como de cerca de 15 minutos a cerca de 30 minutos. A etapa (b) pode ser conduzida a uma proporção em peso de líquido/sólido de cerca de 2 a cerca de 6, tal como cerca de 3; 3,5; 4; 4,5 ou 5.[133] Step (b) can be conducted at a digestion temperature of about 140°C to about 210°C, such as from about 175°C to about 195°C. Step (b) may be carried out for a digestion time of from about 5 minutes to about 45 minutes, such as from about 15 minutes to about 30 minutes. Step (b) may be conducted at a liquid/solid weight ratio of about 2 to about 6, such as about 3; 3.5; 4; 4.5 or 5.

[134] Em algumas formas de realização, a solução reacional compreende vapor na forma saturada, superaquecida ou supersaturada. Em algumas formas de realização, a solução reacional compreende água quente.[134] In some embodiments, the reaction solution comprises steam in saturated, superheated or supersaturated form. In some embodiments, the reaction solution comprises hot water.

[135] A pressão no recipiente pressurizado pode ser ajustada para manter o licor aquoso como um líquido, um vapor ou uma combinação dos mesmos. As pressões de exemplo são de cerca de 1 atm a cerca de 30 atm, como cerca de 3 atm, 5 atm, 10 atm ou 15 atm.[135] The pressure in the pressurized container can be adjusted to maintain the aqueous liquor as a liquid, a vapor, or a combination thereof. Example pressures are from about 1 atm to about 30 atm, such as about 3 atm, 5 atm, 10 atm, or 15 atm.

[136] O tempo de residência em fase sólida para o digestor (vaso de extração pressurizado) pode variar de cerca de 2 minutos a cerca de 4 horas, como cerca de 5 minutos a cerca de 1 hora. Em certas formas de realização, o tempo de residência do digestor é controlado em cerca de 5 a 15 minutos, tais como 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 ou 15 minutos. O tempo de residência na fase líquida para o digestor pode variar de cerca de 2 minutos a cerca de 4 horas, tal como cerca de 5 minutos a cerca de 1 hora. O tempo de residência na fase de vapor do digestor pode variar de cerca de 1 minuto a cerca de 2 horas, por exemplo, tal como cerca de 3 minutos a cerca de 30 minutos. Os tempos de residência na fase sólida, na fase líquida e na fase vapor podem ser praticamente os mesmos, ou podem ser controlados independentemente de acordo com os princípios de engenharia do reator (por exemplo, estratégias de reciclo e recirculação interna).[136] The solid phase residence time for the digester (pressurized extraction vessel) can vary from about 2 minutes to about 4 hours, such as about 5 minutes to about 1 hour. In certain embodiments, the residence time of the digester is controlled at about 5 to 15 minutes, such as 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 or 15 minutes. The liquid phase residence time for the digester can vary from about 2 minutes to about 4 hours, such as about 5 minutes to about 1 hour. The residence time in the vapor phase of the digester can vary from about 1 minute to about 2 hours, for example, such as about 3 minutes to about 30 minutes. Residence times in the solid phase, liquid phase, and vapor phase can be practically the same, or can be controlled independently according to reactor engineering principles (e.g., recycle and internal recirculation strategies).

[137] Em algumas formas de realização, o processo compreende adicionalmente uma redução da pressão por insuflação a quente da corrente digerida, após a etapa (b). Alternativamente, uma redução da pressão por insuflação a frio da corrente digerida, após a etapa (b), pode ser empregada.[137] In some embodiments, the process further comprises a reduction in pressure by hot blowing of the digested stream, after step (b). Alternatively, a pressure reduction by cold insufflation of the digested stream, after step (b), can be employed.

[138] Para reduzir a pressão, um tanque de insuflação pode estar situado entre o digestor e a unidade de refino. Em algumas formas de realização, o vapor é separado do tanque de insuflação e o calor é recuperado de pelo menos parte do vapor. Opcionalmente, pelo menos parte do vapor é comprimida e retornada ao digestor, e/ou pelo menos parte do vapor é purgada do processo. Observe que “tanque de insuflação” deve ser amplamente interpretado para incluir não apenas um tanque, mas qualquer outro aparelho ou equipamento capaz de permitir uma redução de pressão no fluxo do processo. Assim, um tanque de insuflação (ou meio de insuflação) pode ser um tanque, vaso, seção de tubo, válvula, dispositivo de separação ou outra unidade.[138] To reduce pressure, a blower tank can be situated between the digester and the refining unit. In some embodiments, the steam is separated from the inflation tank and heat is recovered from at least part of the steam. Optionally, at least part of the vapor is compressed and returned to the digester, and/or at least part of the vapor is purged from the process. Note that “blowback tank” should be broadly interpreted to include not just a tank, but any other appliance or equipment capable of permitting a pressure reduction in the process stream. Thus, an inflation tank (or inflation medium) may be a tank, vessel, section of pipe, valve, separation device or other unit.

[139] Cada refinador mecânico pode ser selecionado do grupo que consiste em um refinador de insuflação a quente, um refinador de carga a quente, um refinador de disco, um refinador cônico, um refinador cilíndrico, um desfibrador em linha, um homogeneizador e combinações dos mesmos. O tratamento (refino) mecanicamente pode empregar uma ou mais técnica(s) conhecida(s), tal(ais) como, mas de forma alguma limitada(s) à(ao), moagem, trituração, batimento, sonicação ou qualquer outro meio para reduzir o tamanho das partículas de celulose. Esses refinadores são bem conhecidos na indústria e incluem, sem limitação, batedores Valley, refinadores de disco único, refinadores de disco duplo, refinadores cônicos, incluindo ângulo amplo e ângulo estreito, refinadores cilíndricos, homogeneizadores, microfluidizadores e outros aparelhos de moagem e trituração semelhantes. Ver, por exemplo, Smook, Handbook for Pulp & Paper Technologists, Tappi Press, 1992.[139] Each mechanical refiner may be selected from the group consisting of a hot blow refiner, a hot charge refiner, a disc refiner, a conical refiner, a cylindrical refiner, an in-line defibrator, a homogenizer, and combinations of the same. Mechanical treatment (refining) may employ one or more known technique(s), such as, but in no way limited to, grinding, crushing, beating, sonication or any other means to reduce the size of cellulose particles. These refiners are well known in the industry and include, without limitation, Valley beaters, single disc refiners, double disc refiners, conical refiners including wide angle and narrow angle, cylindrical refiners, homogenizers, microfluidizers and other similar grinding and crushing apparatus. . See, for example, Smook, Handbook for Pulp & Paper Technologists, Tappi Press, 1992.

[140] O refino pode ser conduzido em uma ampla faixa de concentrações de sólidos (consistência), incluindo de cerca de 2% a cerca de 50% de consistência, tais como, cerca de 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8% , 9%, 10%, 11%, 12%, 15%, 20%, 30%, 35% ou 40% de consistência.[140] Refining can be conducted over a wide range of solids concentrations (consistency), including from about 2% to about 50% consistency, such as about 3%, 4%, 5%, 6% , 7%, 8%, 9%, 10%, 11%, 12%, 15%, 20%, 30%, 35% or 40% consistency.

[141] Cada refinador mecânico pode ser configurado para transferir de cerca de 20 a cerca de 200 kW/ton (isto é, potência de refino em kW por tonelada (1 ton = 907,18 Kg) de fibra, com base na fase sólida que é convertida no fluxo refinado). Em certas formas de realização, o refinador mecânico é configurado para transferir de cerca de 75 a cerca de 150 kW de potência de refino por tonelada de fibra. Por exemplo, um refinador mecânico com placas pode ser ajustado alterando o tipo de placa, folga, velocidade etc. para obter essas entradas de potência.[141] Each mechanical refiner can be configured to transfer from about 20 to about 200 kW/ton (i.e., refining power in kW per ton (1 ton = 907.18 kg) of fiber, based on the solid phase which is converted into the refined stream). In certain embodiments, the mechanical refiner is configured to transfer from about 75 to about 150 kW of refining power per ton of fiber. For example, a mechanical refiner with plates can be adjusted by changing the plate type, clearance, speed, etc. to obtain these power inputs.

[142] A extensão do tratamento mecânico pode ser monitorada durante o processo por qualquer um dos vários meios. Certos instrumentos ópticos podem prover dados contínuos relacionados às distribuições de comprimento da fibra e % de finos, um dos quais pode ser usado para definir pontos finais para a etapa de tratamento mecânico. O tempo, a temperatura e a pressão podem variar durante o tratamento mecânico. Por exemplo, em algumas formas de realização, sonicação por um tempo de cerca de 5 minutos a 2 horas, em temperatura e pressão ambientes, pode ser utilizada.[142] The extent of mechanical treatment can be monitored during the process by any of several means. Certain optical instruments can provide continuous data relating to fiber length distributions and % fines, one of which can be used to define end points for the mechanical treatment step. Time, temperature and pressure may vary during mechanical treatment. For example, in some embodiments, sonication for a time of about 5 minutes to 2 hours, at ambient temperature and pressure, can be used.

[143] Em algumas formas de realização, uma porção dos sólidos ricos em celulose é convertida em fibrilada e/ou geleificada, enquanto o restante dos sólidos ricos em celulose não é fibrilado e/ou geleificado. Em várias formas de realização, cerca de 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99% ou substancialmente todos os sólidos ricos em celulose são fibrilados e/ou geleificado.[143] In some embodiments, a portion of the cellulose-rich solids is converted to fibrillated and/or gelled, while the remainder of the cellulose-rich solids is not fibrillated and/or gelled. In various embodiments, about 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, 99% or substantially all of the cellulose-rich solids are fibrillated. and/or gelled.

[144] A primeira unidade de refino de alta intensidade pode utilizar discos ou uma placa cônica, por exemplo. Em algumas formas de realização, a primeira unidade de refino de alta intensidade transfere energia para os sólidos ricos em celulose em uma quantidade de cerca de 20 kW/ton (1 ton = 907,18 Kg) a cerca de 200 kW/ton (1 ton = 907,18 Kg) (base em peso seco), como de cerca de 75 kW/ton (1 ton = 907,18 Kg) para cerca de 150 kW/tonelada (base em peso seco).[144] The first high-intensity refining unit may use discs or a conical plate, for example. In some embodiments, the first high-intensity refining unit transfers energy to the cellulose-rich solids in an amount of about 20 kW/ton (1 ton = 907.18 kg) to about 200 kW/ton (1 ton = 907.18 Kg) (dry weight basis), such as from about 75 kW/ton (1 ton = 907.18 Kg) to about 150 kW/ton (dry weight basis).

[145] Em algumas formas de realização, a lavagem na etapa (d) é realizada a uma temperatura de cerca de 18°C a cerca de 95°C, tal como de cerca de 70°C a cerca de 80°C. A lavagem na etapa (d) pode utilizar uma prensa de parafuso pressurizada.[145] In some embodiments, washing in step (d) is carried out at a temperature of from about 18°C to about 95°C, such as from about 70°C to about 80°C. Washing in step (d) may utilize a pressurized screw press.

[146] Em algumas formas de realização, a segunda unidade de refino de alta intensidade utiliza discos ou uma placa cônica. A primeira e a segunda unidades de refino de alta intensidade têm, de preferência, padrões diferentes com diferentes dimensões de ranhura e barragem. Em algumas formas de realização, a segunda unidade de refino de alta intensidade transfere energia para os sólidos de celulose refinados lavados em uma quantidade de cerca de 20 kW/ton (1 ton = 907,18 Kg) a cerca de 200 kW/ton (1 ton = 907,18 Kg) (base em peso seco), como de cerca de 75 kW/ton (1 ton = 907,18 Kg) para cerca de 150 kW/tonelada (base em peso seco).[146] In some embodiments, the second high-intensity refining unit uses discs or a conical plate. The first and second high-intensity refining units preferably have different patterns with different groove and dam dimensions. In some embodiments, the second high-intensity refining unit transfers energy to the washed refined cellulose solids in an amount of from about 20 kW/ton (1 ton = 907.18 kg) to about 200 kW/ton ( 1 ton = 907.18 Kg) (dry weight basis), such as from about 75 kW/ton (1 ton = 907.18 Kg) to about 150 kW/ton (dry weight basis).

[147] Em algumas formas de realização, o homogeneizador de alto cisalhamento (ou outra operação de unidade capaz de conferir cisalhamento) transfere uma força de cisalhamento equivalente a uma força de cisalhamento produzida sob uma pressão de cerca de 1.000 psig (6,89 MPa man.) a cerca de 50.000 psig (344,74 MPa man.), tal como cerca de 10.000 psig (68,94757 MPa man.) para cerca de 25.000 psig (172,37 MPa man.).[147] In some embodiments, the high shear homogenizer (or other unit operation capable of imparting shear) transfers a shear force equivalent to a shear force produced under a pressure of about 1,000 psig (6.89 MPa man.) to about 50,000 psig (344.74 MPa man.), such as about 10,000 psig (68.94757 MPa man.) to about 25,000 psig (172.37 MPa man.).

[148] Os sólidos de celulose refinados lavados podem ser armazenados por um período de tempo antes da etapa (e), que pode ser conduzida em um local diferente das etapas (a)- (d). Em algumas formas de realização, a etapa (f) não é conduzida em um local diferente das etapas (a)-(e).[148] The washed refined cellulose solids can be stored for a period of time before step (e), which can be conducted in a location different from steps (a)-(d). In some embodiments, step (f) is not conducted at a location other than steps (a)-(e).

[149] Em algumas formas de realização, o modificador de reologia derivado da biomassa pode ser caracterizado por um tamanho de partícula (por exemplo, comprimento de fibra ou fibrila ou comprimento efetivo) de cerca de 1 mícron a cerca de 100 mícrons, como de cerca de 1 mícron a cerca de 50 mícrons. Em certas formas de realização, a maioria (tais como cerca de 50%, 60%, 70%, 80%, 90% ou 95%) das partículas está na faixa de tamanho de 10-15 mícrons. O modificador de reologia derivado da biomassa pode incluir partículas menores que 5 mícrons, tais como 4, 3, 2, 1 mícron(s) ou menos (isto é, nanopartículas). A largura das partículas pode ser menor que 1 mícron. Partículas maiores que 100 mícrons, tais como 150, 200, 250, 300, 400, 500 mícrons ou mais, podem estar presentes.[149] In some embodiments, the biomass-derived rheology modifier may be characterized by a particle size (e.g., fiber or fibril length or effective length) of about 1 micron to about 100 microns, such as about 1 micron to about 50 microns. In certain embodiments, the majority (such as about 50%, 60%, 70%, 80%, 90% or 95%) of the particles are in the 10-15 micron size range. The biomass-derived rheology modifier may include particles smaller than 5 microns, such as 4, 3, 2, 1 micron(s) or less (i.e., nanoparticles). The width of the particles can be less than 1 micron. Particles larger than 100 microns, such as 150, 200, 250, 300, 400, 500 microns or more, may be present.

[150] Em algumas formas de realização, o modificador de reologia derivado da biomassa pode ser caracterizado por um tamanho de partícula (por exemplo, comprimento ou comprimento eficaz) menor que cerca de 10 mícrons, tais como cerca de 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 mícron(s) ou menos. Em certas formas de realização, o comprimento de partícula de nanocelulose é de cerca de 900, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 200, 100 nm ou menos. Nestas ou outras formas de realização (incluindo comprimentos maiores que 1 mícron), o diâmetro das partículas de nanocelulose pode ser de cerca de 3 nm a cerca de 1000 nm, como de cerca de 5 nm a cerca de 500 nm, ou de cerca de 10 nm a cerca de 200 nm ou cerca de 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 ou 450 nm. Em algumas dessas formas de realização, as nanopartículas (ou uma porção das mesmas) podem ser caracterizadas como nanocristais.[150] In some embodiments, the biomass-derived rheology modifier may be characterized by a particle size (e.g., length or effective length) less than about 10 microns, such as about 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 micron(s) or less. In certain embodiments, the nanocellulose particle length is about 900, 800, 700, 600, 500, 400, 300, 200, 100 nm or less. In these or other embodiments (including lengths greater than 1 micron), the diameter of the nanocellulose particles may be from about 3 nm to about 1000 nm, from about 5 nm to about 500 nm, or from about 10 nm to about 200 nm or about 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 or 450 nm . In some of these embodiments, the nanoparticles (or a portion thereof) can be characterized as nanocrystals.

[151] Os compostos modificadores da reologia são principalmente polímeros à base de celulose, com alguma forma microcristalina como a nanocelulose, incluindo parte da lignina de biomassa inicial na estrutura. Em algumas formas de realização, as propriedades do composto são predominantemente hidrofílicas, permitindo uma forte estabilidade do fluido de perfuração à base de água e fluidos de fraturamento à base de água. Em algumas formas de realização com conteúdo de lignina e refino de alta intensidade adequados, os compostos são hidrofóbicos, moderadamente hidrofóbicos, ou uma combinação de hidrofílicos e hidrofóbicos.[151] Rheology-modifying compounds are mainly cellulose-based polymers, with some microcrystalline form such as nanocellulose, including part of the initial biomass lignin in the structure. In some embodiments, the properties of the compound are predominantly hydrophilic, allowing strong stability of water-based drilling fluid and water-based fracturing fluids. In some embodiments with suitable lignin content and high-intensity refining, the compounds are hydrophobic, moderately hydrophobic, or a combination of hydrophilic and hydrophobic.

[152] A presente divulgação provê uma formulação ou um aditivo de fluido de fraturamento hidráulico à base de água compreendendo um modificador de reologia derivado de biomassa produzido de acordo com os processos descritos na presente invenção.[152] The present disclosure provides a water-based hydraulic fracturing fluid formulation or additive comprising a biomass-derived rheology modifier produced in accordance with the processes described in the present invention.

[153] A presente divulgação provê uma formulação ou um aditivo de fluido de fraturamento hidráulico à base de óleo compreendendo um modificador de reologia derivado de biomassa produzido de acordo com os processos descritos na presente invenção.[153] The present disclosure provides an oil-based hydraulic fracturing fluid formulation or additive comprising a biomass-derived rheology modifier produced in accordance with the processes described in the present invention.

[154] A presente divulgação provê uma formulação ou um aditivo de fluido de perfuração à base de água compreendendo um modificador de reologia derivado de biomassa produzido de acordo com os processos descritos na presente invenção.[154] The present disclosure provides a water-based drilling fluid formulation or additive comprising a biomass-derived rheology modifier produced in accordance with the processes described in the present invention.

[155] A presente divulgação provê uma formulação ou um aditivo de fluido de perfuração à base de óleo compreendendo um modificador de reologia derivado de biomassa produzido de acordo com os processos descritos na presente invenção.[155] The present disclosure provides an oil-based drilling fluid formulation or additive comprising a biomass-derived rheology modifier produced in accordance with the processes described in the present invention.

[156] O processo pode incluir adicionalmente a remoção de um ou mais inibidor(es) de fermentação (tal como ácido acético ou furfural) por remoção. Esta remoção pode ser realizada tratando a corrente de celulose hidrolisada, antes da fermentação. Alternativamente, ou adicionalmente, a remoção pode ser conduzida em uma corrente após a digestão, tal como na linha de insuflação.[156] The process may additionally include removing one or more fermentation inhibitor(s) (such as acetic acid or furfural) by removal. This removal can be accomplished by treating the hydrolyzed cellulose stream prior to fermentation. Alternatively, or additionally, removal may be conducted in a stream after digestion, such as in the insufflation line.

[157] O processo em algumas formas de realização compreende adicionalmente uma etapa de fermentação dos açúcares fermentáveis, contidos na fase líquida derivada da digestão inicial, em um produto de fermentação diluído. O processo pode compreender adicionalmente concentração e purificação do produto de fermentação. O produto de fermentação pode ser selecionado de etanol, n-butanol, 1,4- butanodiol, ácido succínico, ácido lático ou combinações dos mesmos, por exemplo. Além disso, uma corrente sólida contendo lignina pode ser removida, antes da fermentação ou a jusante da fermentação.[157] The process in some embodiments additionally comprises a step of fermenting the fermentable sugars, contained in the liquid phase derived from the initial digestion, into a diluted fermentation product. The process may further comprise concentration and purification of the fermentation product. The fermentation product can be selected from ethanol, n-butanol, 1,4-butanediol, succinic acid, lactic acid or combinations thereof, for example. Additionally, a solid stream containing lignin can be removed, either before fermentation or downstream of fermentation.

[158] Uma etapa pode incluir o condicionamento de hidrolisado para remover parte ou a maioria dos ácidos voláteis e outros inibidores de fermentação. A evaporação pode incluir evaporação flash ou remoção para remover dióxido de enxofre, se presente, antes da remoção de ácidos voláteis. A etapa de evaporação é realizada, de preferência, abaixo do pH de dissociação do ácido acético de 4,8, e mais de preferência um pH selecionado de cerca de 1 a cerca de 2,5. Em algumas formas de realização, etapas adicionais de evaporação podem ser empregadas. Essas etapas de evaporação adicionais podem ser conduzidas em diferentes condições (por exemplo, temperatura, pressão e pH) em relação à primeira etapa de evaporação.[158] A step may include hydrolyzate conditioning to remove part or most of the volatile acids and other fermentation inhibitors. Evaporation may include flash evaporation or stripping to remove sulfur dioxide, if present, prior to removal of volatile acids. The evaporation step is preferably carried out below the acetic acid dissociation pH of 4.8, and more preferably a pH selected from about 1 to about 2.5. In some embodiments, additional evaporation steps may be employed. These additional evaporation steps can be conducted under different conditions (e.g., temperature, pressure, and pH) compared to the first evaporation step.

[159] Em algumas formas de realização, parte dos ou todos os ácidos orgânicos evaporados podem ser reciclados, como vapor ou condensado, para a primeira etapa (etapa de cozimento) para auxiliar na remoção de hemiceluloses ou minerais da biomassa. Esse reciclo de ácidos orgânicos, tal como ácido acético, pode ser otimizado juntamente com as condições do processo que podem variar dependendo da quantidade reciclada, para melhorar a eficácia do cozimento.[159] In some embodiments, part of or all of the evaporated organic acids may be recycled, as vapor or condensate, to the first step (cooking step) to assist in the removal of hemicelluloses or minerals from the biomass. This recycling of organic acids, such as acetic acid, can be optimized along with process conditions that can vary depending on the amount recycled, to improve cooking effectiveness.

[160] Uma etapa pode incluir a recuperação de açúcares fermentáveis, que podem ser armazenados, transportados ou processados. Uma etapa pode incluir a fermentação dos açúcares fermentáveis em um coproduto (o produto primário sendo modificador de reologia).[160] A step may include the recovery of fermentable sugars, which may be stored, transported or processed. A step may include fermentation of the fermentable sugars into a coproduct (the primary product being a rheology modifier).

[161] Uma etapa pode incluir a preparação de resíduos sólidos (contendo lignina) para combustão. Esta etapa pode incluir refino, moagem, fluidização, compactação e/ou peletização da biomassa extraída e seca. Os resíduos sólidos podem ser alimentados a uma refervedor na forma de pó fino, fibra solta, grânulos, briquetes, extrusados ou qualquer outra forma adequada. Usando equipamento conhecido, resíduos sólidos podem ser extrusados através de uma câmara pressurizada para formar grânulos ou briquetes de tamanho uniforme.[161] A step may include preparing solid waste (containing lignin) for combustion. This step may include refining, grinding, fluidization, compaction and/or pelletization of the extracted and dried biomass. Solid waste can be fed to a reboiler in the form of fine powder, loose fiber, granules, briquettes, extrudates or any other suitable form. Using known equipment, solid waste can be extruded through a pressurized chamber to form uniformly sized granules or briquettes.

[162] Após a fermentação, os sólidos residuais (tal como produto de fundo da destilação) podem ser recuperados, ou queimados na forma sólida ou em pasta fluida, ou reciclados para serem combinados nos grânulos de biomassa. O uso dos sólidos residuais da fermentação pode exigir adicionalmente remoção de minerais. Geralmente, quaisquer restos de sólidos podem ser usados para queima, após concentração dos produtos de fundo de destilação.[162] After fermentation, residual solids (such as distillation bottom product) can be recovered, either burned in solid or slurry form, or recycled to be combined into biomass granules. The use of residual fermentation solids may additionally require mineral removal. Generally, any remaining solids can be used for burning after concentration of the distillation bottoms.

[163] Alternativamente, ou adicionalmente, o processo pode incluir a recuperação de sólidos residuais como um coproduto de fermentação na forma sólida, líquida ou em pasta fluida. O coproduto de fermentação pode ser usado como um fertilizante ou componente fertilizante, uma vez que normalmente será rico em potássio, nitrogênio e/ou fósforo.[163] Alternatively, or additionally, the process may include recovery of residual solids as a co-product of fermentation in solid, liquid or slurry form. The fermentation co-product can be used as a fertilizer or fertilizer component, as it will typically be rich in potassium, nitrogen and/or phosphorus.

[164] O processo pode ser contínuo, semicontínuo ou em batelada. Quando contínua ou semicontínua, a coluna de remoção pode ser operada em contracorrente, concorrente ou uma combinação das mesmas.[164] The process can be continuous, semi-continuous or batch. When continuous or semi-continuous, the removal column can be operated in countercurrent, concurrent or a combination thereof.

[165] O processo pode compreender adicionalmente alvejar os sólidos ricos em celulose antes de uma etapa de refino e/ou como parte do refino. Alternativamente, ou adicionalmente, o processo pode compreender adicionalmente o alvejamento do material refinado, do material geleificado ou do material homogeneizado. Qualquer tecnologia ou sequência de alvejamento conhecida pode ser empregada, incluindo alvejamento enzimático.[165] The process may further comprise bleaching cellulose-rich solids prior to a refining step and/or as part of refining. Alternatively, or additionally, the process may further comprise bleaching the refined material, the gelled material or the homogenized material. Any known bleaching technology or sequence can be employed, including enzymatic bleaching.

[166] Modificadores de reologia, como providos na presente invenção, podem ser incorporados em fluidos de perfuração, aditivos de fluidos de perfuração, fluidos de fraturamento e aditivos de fluido de fraturamento. Os modificadores de reologia podem estar presentes em uma ampla variedade de concentrações, tais como de cerca de 0,001% em peso a cerca de 10% em peso ou mais, por exemplo, cerca de 0,01% em peso, 0,05% em peso, 0,1% em peso, 0,5% em peso, 1% em peso ou 2% em peso.[166] Rheology modifiers, as provided in the present invention, can be incorporated into drilling fluids, drilling fluid additives, fracturing fluids and fracturing fluid additives. Rheology modifiers may be present in a wide range of concentrations, such as from about 0.001% by weight to about 10% by weight or more, e.g., about 0.01% by weight, 0.05% by weight, weight, 0.1% by weight, 0.5% by weight, 1% by weight or 2% by weight.

[167] A invenção, em algumas variações, está relacionada a um grupo de compostos celulósicos que podem ser usados em diferentes aplicações. Uma das aplicações é usá-los como intensificadores de produtos de fluidos de perfuração. Os modificadores de reologia podem servir como uma ou mais funções nos fluidos de perfuração. Por exemplo, o modificador de reologia pode servir como um agente geleificante para aumentar a viscosidade, ou um viscosificante em geral. O modificador de reologia pode servir como um redutor de atrito. Além disso, modificadores de reologia podem ser um polímero de perfuração, deslocando outros polímeros ou adicionando aos mesmos.[167] The invention, in some variations, is related to a group of cellulosic compounds that can be used in different applications. One application is to use them as drilling fluid product enhancers. Rheology modifiers can serve one or more functions in drilling fluids. For example, the rheology modifier may serve as a gelling agent to increase viscosity, or a viscosifier in general. The rheology modifier can serve as a friction reducer. Furthermore, rheology modifiers can be a drilling polymer, displacing other polymers or adding to them.

[168] Fluidos de perfuração são fluidos usados na perfuração nas indústrias de gás natural e petróleo, bem como em outras indústrias que usam grandes equipamentos de perfuração. Os fluidos de perfuração são usados para lubrificar, prover pressão hidrostática, manter a broca fria, e manter o furo o mais limpo possível dos cortes de perfuração. Modificadores de reologia providos na presente invenção são adequados como aditivos para esses fluidos de perfuração.[168] Drilling fluids are fluids used in drilling in the natural gas and petroleum industries, as well as in other industries that use large drilling equipment. Drilling fluids are used to lubricate, provide hydrostatic pressure, keep the bit cool, and keep the hole as clean as possible from drill cuts. Rheology modifiers provided in the present invention are suitable as additives to such drilling fluids.

[169] Em algumas formas de realização, as enzimas podem ser usadas como um “redutor” com as composições para diminuir modificadores de reologia após algum período de tempo ou sob certas condições (por exemplo, temperatura ou pH).[169] In some embodiments, enzymes can be used as a “reducer” with the compositions to reduce rheology modifiers after some period of time or under certain conditions (e.g., temperature or pH).

[170] Em algumas formas de realização, os lignossulfonatos são incorporados para intensificar a lubrificação em aplicações de perfuração. Além disso, a capacidade dos lignossulfonatos de reduzir a viscosidade de pastas minerais pode ser benéfica nas lamas de perfuração de petróleo.[170] In some embodiments, lignosulfonates are incorporated to enhance lubrication in drilling applications. Furthermore, the ability of lignosulfonates to reduce the viscosity of mineral slurries may be beneficial in oil drilling muds.

[171] Em algumas formas de realização, lignina nativa ou lignina não sulfonada, ou derivados de lignina não sulfonada, são incorporados nas composições.[171] In some embodiments, native lignin or non-sulfonated lignin, or derivatives of non-sulfonated lignin, are incorporated into the compositions.

[172] As formas de realização fornecem um aditivo de fluido de perfuração compreendendo modificadores de reologia.[172] Embodiments provide a drilling fluid additive comprising rheology modifiers.

[173] Algumas formas de realização fornecem um aditivo de fluido de perfuração compreendendo modificadores de reologia, em que o aditivo compreende adicionalmente lignossulfonatos.[173] Some embodiments provide a drilling fluid additive comprising rheology modifiers, wherein the additive further comprises lignosulfonates.

[174] Algumas formas de realização fornecem um aditivo de fluido de perfuração compreendendo modificadores de reologia, em que o aditivo compreende adicionalmente lignina não sulfonada.[174] Some embodiments provide a drilling fluid additive comprising rheology modifiers, wherein the additive further comprises non-sulfonated lignin.

[175] Algumas formas de realização fornecem um aditivo de fluido de perfuração compreendendo modificadores de reologia, em que o aditivo compreende adicionalmente um agente de reticulação.[175] Some embodiments provide a drilling fluid additive comprising rheology modifiers, wherein the additive further comprises a crosslinking agent.

[176] Algumas formas de realização fornecem um aditivo de fluido de perfuração compreendendo modificadores de reologia reticulados e lignossulfonatos.[176] Some embodiments provide a drilling fluid additive comprising cross-linked rheology modifiers and lignosulfonates.

[177] Algumas formas de realização fornecem fluidos de perfuração compreendendo os aditivos de fluido de perfuração, como divulgado. O fluido de perfuração pode ser um fluido de perfuração à base de água, um fluido de perfuração à base de óleo, ou um fluido de perfuração híbrido à base de água/à base de óleo.[177] Some embodiments provide drilling fluids comprising drilling fluid additives, as disclosed. The drilling fluid may be a water-based drilling fluid, an oil-based drilling fluid, or a water-based/oil-based hybrid drilling fluid.

[178] Em várias formas de realização, o fluido de perfuração compreende adicionalmente um ou mais de um material de ponderação derivado de biomassa, um agente de controle de filtragem derivado de biomassa, um agente de controle de reologia derivado de biomassa, um agente de controle de pH derivado de biomassa, um material de circulação perdida derivado de biomassa, um modificador de atividade de superfície derivado de biomassa, um lubrificante derivado de biomassa, e um floculante derivado de biomassa e/ou um estabilizador derivado de biomassa.[178] In various embodiments, the drilling fluid further comprises one or more of a biomass-derived weighting material, a biomass-derived filtration control agent, a biomass-derived rheology control agent, a biomass-derived pH control, a biomass-derived lost circulation material, a biomass-derived surface activity modifier, a biomass-derived lubricant, and a biomass-derived flocculant and/or a biomass-derived stabilizer.

[179] Em algumas variações, a invenção provê um método de uso de um aditivo de fluido de perfuração, o método compreendendo a combinação de um aditivo de fluido de perfuração como divulgado em um fluido de base para gerar um fluido de perfuração. Em algumas variações, a invenção provê um método que compreende a introdução de um aditivo de fluido de perfuração divulgado diretamente ou indiretamente em uma formação geológica.[179] In some variations, the invention provides a method of using a drilling fluid additive, the method comprising combining a drilling fluid additive as disclosed in a base fluid to generate a drilling fluid. In some variations, the invention provides a method comprising introducing a disclosed drilling fluid additive directly or indirectly into a geological formation.

[180] Em algumas variações, um método de perfuração inclui a introdução de um aditivo de fluido de perfuração diretamente ou indiretamente em uma formação geológica, em que o aditivo de fluido de perfuração inclui uma enzima para a degeleificação em condições eficazes. Em variações relacionadas, um método de perfuração inclui a introdução de um aditivo de fluido de perfuração diretamente ou indiretamente em uma formação geológica e, posteriormente, a introdução de uma enzima para a degeleificação sob condições efetivas.[180] In some variations, a drilling method includes introducing a drilling fluid additive directly or indirectly into a geological formation, wherein the drilling fluid additive includes an enzyme for degelation under effective conditions. In related variations, a drilling method includes introducing a drilling fluid additive directly or indirectly into a geological formation and subsequently introducing an enzyme for de-icing under effective conditions.

[181] Algumas variações fornecem um processo para produzir um aditivo de fluido de perfuração, o processo compreendendo refino de biomassa sob condições eficazes de pré-tratamento e condições de refino para gerar um aditivo de fluido de perfuração, como divulgado. Em algumas formas de realização, as condições eficazes de pré-tratamento incluem a geração de ácidos lignossulfônicos. Opcionalmente, pelo menos uma porção dos ácidos lignossulfônicos não é removida e permanece presente no aditivo do fluido de perfuração. Em certas formas de realização, o aditivo de fluido de perfuração compreende uma pasta fluida líquida derivada do processo. Por exemplo, a pasta fluida pode conter modificadores reológicos derivados da biomassa, bem como água e produtos químicos de pré-tratamento (tais como ácidos, solventes, etc.).[181] Some variations provide a process for producing a drilling fluid additive, the process comprising refining biomass under effective pretreatment conditions and refining conditions to generate a drilling fluid additive, as disclosed. In some embodiments, effective pretreatment conditions include the generation of lignosulfonic acids. Optionally, at least a portion of the lignosulfonic acids is not removed and remains present in the drilling fluid additive. In certain embodiments, the drilling fluid additive comprises a liquid slurry derived from the process. For example, the slurry may contain biomass-derived rheological modifiers, as well as water and pretreatment chemicals (such as acids, solvents, etc.).

[182] Outra aplicação dessas composições é usá-las como intensificadores de produtos de fluidos de fraturamento hidráulico. A melhoria nessa finalidade deve-se principalmente ao impacto na redução de atrito, no bombeamento melhorado de agentes de sustentação a uma taxa mais alta, a pressão reduzida e viscosidade previsível em altas temperaturas. Adicionalmente, esses produtos são totalmente biodegradáveis; eles são produzidos a partir de biomassa, e são menos suscetíveis à bioincrustação, como poderiam ser outros produtos, como os derivados da galactomanana.[182] Another application of these compositions is to use them as product enhancers of hydraulic fracturing fluids. The improvement in this purpose is mainly due to the impact on reduced friction, improved pumping of lifting agents at a higher rate, reduced pressure and predictable viscosity at high temperatures. Additionally, these products are completely biodegradable; they are produced from biomass, and are less susceptible to biofouling, as other products, such as galactomannan derivatives, could be.

[183] Modificadores de reologia podem ser reticulados para geleificação robusta em fluidos de fraturamento. Em algumas formas de realização, a reticulação de modificadores de reologia resulta em um gel mais forte com mais hidratação.[183] Rheology modifiers can be cross-linked for robust gelation in fracturing fluids. In some embodiments, cross-linking rheology modifiers results in a stronger gel with more hydration.

[184] As cinzas derivadas da biomassa (da estrutura da biomassa) ou a areia (da lavagem) podem ser usadas como agente de sustentação para deslocar a sílica minada.[184] Biomass-derived ash (from the biomass structure) or sand (from washing) can be used as a lifting agent to displace the mined silica.

[185] A presente invenção, em outras variações, provê aditivos de fluido de fraturamento.[185] The present invention, in other variations, provides fracturing fluid additives.

[186] Algumas formas de realização fornecem um aditivo de fluido de fraturamento compreendendo modificadores de reologia.[186] Some embodiments provide a fracturing fluid additive comprising rheology modifiers.

[187] Algumas formas de realização fornecem um aditivo de fluido de fraturamento compreendendo modificadores de reologia, em que o aditivo compreende adicionalmente lignossulfonatos.[187] Some embodiments provide a fracturing fluid additive comprising rheology modifiers, wherein the additive further comprises lignosulfonates.

[188] Algumas formas de realização fornecem um aditivo de fluido de fraturamento compreendendo modificadores de reologia, em que o aditivo compreende adicionalmente lignina não sulfonada.[188] Some embodiments provide a fracturing fluid additive comprising rheology modifiers, wherein the additive further comprises non-sulfonated lignin.

[189] Algumas formas de realização fornecem um aditivo de fluido de fraturamento compreendendo modificadores de reologia, em que o aditivo compreende adicionalmente um agente de reticulação.[189] Some embodiments provide a fracturing fluid additive comprising rheology modifiers, wherein the additive further comprises a crosslinking agent.

[190] Algumas formas de realização fornecem um aditivo de fluido de fraturamento compreendendo modificadores de reologia reticulados e lignossulfonatos.[190] Some embodiments provide a fracturing fluid additive comprising cross-linked rheology modifiers and lignosulfonates.

[191] Algumas formas de realização fornecem um fluido de fraturamento compreendendo o aditivo de fluido de fraturamento, como divulgado. O fluido de fraturamento pode ser um fluido de fraturamento à base de água, um fluido de fraturamento à base de óleo ou um fluido de fraturamento híbrido à base de água/à base de óleo.[191] Some embodiments provide a fracturing fluid comprising the fracturing fluid additive, as disclosed. The fracturing fluid may be a water-based fracturing fluid, an oil-based fracturing fluid, or a hybrid water-based/oil-based fracturing fluid.

[192] O fluido de fraturamento pode incluir adicionalmente, além de um aditivo de fluido de fraturamento divulgado, um ou mais de um ácido derivado de biomassa (tais como ácido acético, ácido fórmico, ácido levulínico e/ou ácido lignossulfônico), um inibidor de corrosão derivado de biomassa (tal como lignina ou um derivado de lignina), um redutor de atrito derivado de biomassa (tal como lignossulfonato ou um derivado de lignossulfonato), um agente de controle de argila derivado de biomassa, um agente de reticulação derivado de biomassa, um inibidor de incrustação derivado de biomassa, um redutor derivado de biomassa, um agente de controle de ferro derivado de biomassa, um biocida derivado de biomassa (por exemplo, hidrolisado de biomassa) e/ou uma fonte derivada de biorrefinaria de água reciclada ou recuperada. Normalmente, o fluido de fraturamento carrega, inclui ou deve ser combinado com um agente de sustentação, que pode ser um agente de sustentação derivado de biomassa (tais como cinzas contidas na estrutura da biomassa e/ou areia, cinzas ou sujeira coletadas com biomassa).[192] The fracturing fluid may additionally include, in addition to a disclosed fracturing fluid additive, one or more of a biomass-derived acid (such as acetic acid, formic acid, levulinic acid and/or lignosulfonic acid), an inhibitor a biomass-derived corrosion inhibitor (such as lignin or a lignin derivative), a biomass-derived friction reducer (such as lignosulfonate or a lignosulfonate derivative), a biomass-derived clay control agent, a cross-linking agent derived from biomass, a biomass-derived scale inhibitor, a biomass-derived reducer, a biomass-derived iron control agent, a biomass-derived biocide (e.g., biomass hydrolyzate), and/or a biorefinery-derived source of recycled water or recovered. Typically, the fracturing fluid carries, includes, or must be combined with a lifting agent, which may be a biomass-derived lifting agent (such as ash contained in the biomass structure and/or sand, ash, or dirt collected with biomass). .

[193] Algumas variações da invenção fornecem um método de uso de um aditivo de fluido de fraturamento, o método compreendendo a combinação de um aditivo de fluido de fraturamento divulgado em um fluido de base para gerar um fluido de fraturamento. Alguns métodos incluem a introdução de um aditivo de fluido de fraturamento direta ou indiretamente em uma formação geológica.[193] Some variations of the invention provide a method of using a fracturing fluid additive, the method comprising combining a disclosed fracturing fluid additive into a base fluid to generate a fracturing fluid. Some methods include introducing a fracturing fluid additive directly or indirectly into a geological formation.

[194] Em algumas variações, um processo para produzir um aditivo de fluido de fraturamento compreende refinar a biomassa sob condições eficazes de pré-tratamento e condições de refino para gerar um aditivo de fluido de fraturamento, como divulgado. Em algumas formas de realização, as condições de pré-tratamento incluem a geração de ácidos lignossulfônicos, que opcionalmente não são totalmente removidos e estão presentes no aditivo de fluido de fraturamento. Em algumas formas de realização, o aditivo de fluido de fraturamento compreende uma pasta fluida líquida derivada do processo. Por exemplo, a pasta fluida pode conter modificadores reológicos derivados da biomassa, bem como água e produtos químicos de pré-tratamento (por exemplo, solventes, ácidos, bases e assim por diante).[194] In some variations, a process for producing a fracturing fluid additive comprises refining biomass under effective pretreatment conditions and refining conditions to generate a fracturing fluid additive, as disclosed. In some embodiments, pretreatment conditions include the generation of lignosulfonic acids, which are optionally not fully removed and are present in the fracturing fluid additive. In some embodiments, the fracturing fluid additive comprises a liquid slurry derived from the process. For example, the slurry may contain biomass-derived rheological modifiers, as well as water and pretreatment chemicals (e.g., solvents, acids, bases, and so on).

[195] Os modificadores de reologia de algumas formas de realização são caracterizados por um grau médio de polimerização de celulose de cerca de 100 a cerca de 2000, tal como de cerca de 400 a cerca de 1200 ou de cerca de 500 a cerca de 800. Em certas formas de realização, os modificadores de reologia são livres de enzimas.[195] The rheology modifiers of some embodiments are characterized by an average degree of cellulose polymerization of about 100 to about 2000, such as from about 400 to about 1200 or from about 500 to about 800 In certain embodiments, the rheology modifiers are enzyme-free.

[196] A presente divulgação não é de forma alguma limitada a modificadores de reologia. O material produzido pelas múltiplas etapas de refino (após o pré-tratamento da biomassa), como divulgado, pode ser usado em uma ampla variedade de aplicações. Por exemplo, o modificador de reologia pode ser incorporado ao produto selecionado do grupo que consiste em um objeto estrutural, uma espuma, um aerogel, um composto de polímero, um composto de carbono, uma película, um revestimento, um precursor de revestimento, uma corrente ou transportador de tensão, um filtro, uma membrana, um catalisador, um substrato catalisador, um aditivo de revestimento, um aditivo de tinta, um aditivo adesivo, um aditivo de cimento, um revestimento de papel, um agente espessante, um modificador reológico, um aditivo para um fluido de perfuração e combinações ou derivados dos mesmos.[196] The present disclosure is in no way limited to rheology modifiers. The material produced by the multiple refining steps (after biomass pretreatment), as disclosed, can be used in a wide variety of applications. For example, the rheology modifier may be incorporated into the product selected from the group consisting of a structural object, a foam, an airgel, a polymer compound, a carbon compound, a film, a coating, a coating precursor, a current or voltage carrier, a filter, a membrane, a catalyst, a catalyst substrate, a coating additive, a paint additive, an adhesive additive, a cement additive, a paper coating, a thickening agent, a rheological modifier , an additive to a drilling fluid and combinations or derivatives thereof.

[197] Algumas formas de realização fornecem produtos com aplicações para sensores, catalisadores, materiais antimicrobianos, capacidades atuais de transporte e armazenamento de energia. Os cristais de celulose têm a capacidade de auxiliar na síntese de cadeias metálicas e semicondutoras.[197] Some embodiments provide products with applications for sensors, catalysts, antimicrobial materials, current energy transport and storage capabilities. Cellulose crystals have the ability to assist in the synthesis of metallic and semiconductor chains.

[198] Algumas formas de realização fornecem compósitos contendo celulose refinada e um material contendo carbono, tais como (mas não limitado a) lignina, grafite, grafeno ou aerogéis de carbono.[198] Some embodiments provide composites containing refined cellulose and a carbon-containing material, such as (but not limited to) lignin, graphite, graphene or carbon aerogels.

[199] Os cristais de celulose podem ser acoplados às propriedades estabilizantes dos tensoativos e explorados para a fabricação de arquiteturas de vários materiais semicondutores.[199] Cellulose crystals can be coupled with the stabilizing properties of surfactants and exploited to manufacture architectures of various semiconductor materials.

[200] A superfície reativa dos grupos laterais -OH na celulose refinada facilita o enxerto de espécies químicas para obter diferentes propriedades de superfície. A funcionalização da superfície permite a adaptação da química da superfície das partículas para facilitar a automontagem, dispersão controlada dentro de uma ampla faixa de polímeros da matriz, e controle da resistência da ligação partícula- partícula e matriz-partícula. Os compósitos podem ser transparentes, ter resistência à tração maior que o ferro fundido, e ter coeficiente de expansão térmica muito baixo. As aplicações potenciais incluem, mas não limitadas a, películas de barreira, películas antimicrobianas, películas transparentes, mostradores flexíveis, cargas de reforço para polímeros, implantes biomédicos, dispensadores de produtos farmacêuticos, fármacos, fibras e têxteis, moldes para componentes eletrônicos, membranas de separação, baterias, supercapacitores, polímeros eletroativos e muitos outros.[200] The reactive surface of -OH side groups in refined cellulose facilitates the grafting of chemical species to obtain different surface properties. Surface functionalization allows tailoring of particle surface chemistry to facilitate self-assembly, controlled dispersion within a wide range of matrix polymers, and control of particle-particle and matrix-particle bond strength. Composites can be transparent, have greater tensile strength than cast iron, and have a very low coefficient of thermal expansion. Potential applications include, but are not limited to, barrier films, antimicrobial films, transparent films, flexible displays, reinforcing fillers for polymers, biomedical implants, dispensers for pharmaceuticals, pharmaceuticals, fibers and textiles, molds for electronic components, membranes. separation, batteries, supercapacitors, electroactive polymers and many others.

[201] Outras aplicações adequadas à presente invenção incluem polímeros reforçados, adesivos, fibras e têxteis fiada(o)s de alta resistência, materiais compósitos avançados, películas para barreira e outras propriedades, aditivos para revestimentos, tintas, vernizes, adesivos, dispositivos ópticos comutáveis, produtos farmacêuticos e sistemas de dispensação de fármacos, substituição óssea e reparo de dentes, papel melhorado, produtos de acondicionamento e construção, aditivos para alimentos e cosméticos, catalisadores e hidrogéis.[201] Other suitable applications of the present invention include reinforced polymers, adhesives, high strength spunbond fibers and textiles, advanced composite materials, films for barrier and other properties, additives for coatings, paints, varnishes, adhesives, optical devices switchable materials, pharmaceuticals and drug dispensing systems, bone replacement and tooth repair, improved paper, packaging and construction products, food and cosmetic additives, catalysts and hydrogels.

[202] Os compósitos aeroespaciais e de transporte podem se beneficiar desses modificadores de reologia. As aplicações automotivas incluem compósitos de celulose com polipropileno, poliamida (por exemplo, Náilons) ou poliésteres (por exemplo, PBT).[202] Aerospace and transportation composites can benefit from these rheology modifiers. Automotive applications include composites of cellulose with polypropylene, polyamide (e.g. Nylons) or polyesters (e.g. PBT).

[203] Modificadores de reologia fornecidos na presente invenção podem ser adequados como aditivos para intensificar a resistência de compósitos renováveis e biodegradáveis. As estruturas fibrilares celulósicas podem funcionar como um aglutinante entre duas fases orgânicas para melhorar a tenacidade à fratura e impedir a formação de trincas para aplicação em acondicionamento, materiais de construção, utensílios, e fibras renováveis.[203] Rheology modifiers provided in the present invention can be suitable as additives to enhance the strength of renewable and biodegradable composites. Cellulosic fibrillar structures can function as a binder between two organic phases to improve fracture toughness and prevent crack formation for applications in packaging, construction materials, utensils, and renewable fibers.

[204] Os modificadores de reologia providos na presente invenção podem ser os aditivos e substratos que intensificam a resistência estável dimensional e transparente para aplicação em mostradores flexíveis, circuitos flexíveis, componentes eletrônicos imprimíveis e painéis solares flexíveis. A celulose é incorporada ao substrato - as folhas são formadas por filtração a vácuo, secas sob pressão e calandradas, por exemplo. Em uma estrutura de placa, a celulose atua como uma cola entre os agregados de carga. As folhas calandradas formadas são suaves e flexíveis.[204] The rheology modifiers provided in the present invention can be additives and substrates that enhance dimensional stable and transparent resistance for application in flexible displays, flexible circuits, printable electronic components and flexible solar panels. Cellulose is incorporated into the substrate - sheets are formed by vacuum filtration, dried under pressure and calendered, for example. In a plate structure, cellulose acts as a glue between the filler aggregates. The calendered sheets formed are smooth and flexible.

[205] Modificadores de reologia providos na presente invenção podem ser adequados para aditivos de compósitos e cimento, permitindo a redução de trincas e maior tenacidade e resistência. Os materiais híbridos de celulose-concreto celulares e espumados permitem estruturas leves com redução de fissuras e resistência aumentadas.[205] Rheology modifiers provided in the present invention can be suitable for composite and cement additives, allowing the reduction of cracks and greater toughness and resistance. Cellulose-concrete hybrid cellular and foamed materials enable lightweight structures with reduced cracking and increased strength.

[206] A intensificação da resistência com celulose aumenta a área de ligação e a resistência de ligação para aplicação em papel e cartão de alta resistência, alto volume e alto conteúdo de carga, com propriedades intensificadas de barreira à umidade e ao oxigênio. A indústria de polpa de celulose e papel, em particular, pode se beneficiar dos modificadores de reologia providos na presente invenção.[206] Strength enhancement with cellulose increases bond area and bond strength for high strength, high volume, high filler content paper and board applications with enhanced moisture and oxygen barrier properties. The cellulose pulp and paper industry, in particular, can benefit from the rheology modifiers provided in the present invention.

[207] A celulose porosa pode ser usada para bioplásticos celulares, isolamento e plásticos e membranas e filtros bioativos. Materiais de celulose altamente porosos são geralmente de alto interesse na fabricação de meios de filtração, bem como para aplicações biomédicas, por exemplo, em membranas de diálise.[207] Porous cellulose can be used for cellular bioplastics, insulation and plastics, and bioactive membranes and filters. Highly porous cellulose materials are generally of high interest in the manufacture of filtration media as well as for biomedical applications, for example in dialysis membranes.

[208] Modificadores de reologia providos na presente invenção podem ser adequados como aditivos para melhorar a durabilidade da tinta, protegendo tintas e vernizes do atrito causado pela radiação UV.[208] Rheology modifiers provided in the present invention can be suitable as additives to improve paint durability, protecting paints and varnishes from friction caused by UV radiation.

[209] Modificadores de reologia providos na presente invenção são adequados como agentes espessantes em produtos alimentícios e cosméticos. Modificadores de reologia podem ser usados como espessante tixotrópico, biodegradável e dimensionalmente estável (estável contra a temperatura e adição de sal). Os materiais modificadores de reologia providos na presente invenção podem ser adequados como um estabilizador Pickering para emulsões e espuma estabilizada de partículas.[209] Rheology modifiers provided in the present invention are suitable as thickening agents in food and cosmetic products. Rheology modifiers can be used as a thixotropic, biodegradable and dimensionally stable thickener (stable against temperature and salt addition). The rheology modifying materials provided in the present invention can be suitable as a Pickering stabilizer for emulsions and particle stabilized foam.

[210] A grande área superficial desses modificadores de reologia em combinação com sua biodegradabilidade os torna materiais atraentes para aerogéis altamente porosos e mecanicamente estáveis.[210] The large surface area of these rheology modifiers in combination with their biodegradability makes them attractive materials for highly porous and mechanically stable aerogels.

[211] Em algumas formas de realização, o processo compreende formar um objeto estrutural que inclui o material de nanolignocelulose, ou um derivado do mesmo.[211] In some embodiments, the process comprises forming a structural object that includes the nanolignocellulose material, or a derivative thereof.

[212] Em algumas formas de realização, o processo compreende formar uma espuma ou aerogel que inclui o material de nanolignocelulose, ou um derivado do mesmo.[212] In some embodiments, the process comprises forming a foam or airgel that includes nanolignocellulose material, or a derivative thereof.

[213] Em algumas formas de realização, o processo compreende a combinação do material de nanolignocelulose, ou um derivado do mesmo, com um ou mais outros materiais para formar um compósito. Por exemplo, o outro material pode incluir um polímero selecionado de poliolefinas, poliésteres, poliuretanos, poliamidas ou combinações dos mesmos. Alternativamente, ou adicionalmente, o outro material pode incluir carbono de várias formas.[213] In some embodiments, the process comprises combining the nanolignocellulose material, or a derivative thereof, with one or more other materials to form a composite. For example, the other material may include a polymer selected from polyolefins, polyesters, polyurethanes, polyamides or combinations thereof. Alternatively, or additionally, the other material may include carbon in various forms.

[214] Em algumas formas de realização, o processo compreende formar uma película compreendendo o material de nanolignocelulose, ou um derivado do mesmo. A película é opticamente transparente e flexível, em certas formas de realização.[214] In some embodiments, the process comprises forming a film comprising nanolignocellulose material, or a derivative thereof. The film is optically transparent and flexible in certain embodiments.

[215] Em algumas formas de realização, o processo compreende formar um revestimento ou precursor de revestimento compreendendo o material de nanolignocelulose, ou um derivado do mesmo. Em algumas formas de realização, o produto contendo nanolignocelulose é um revestimento de papel.[215] In some embodiments, the process comprises forming a coating or coating precursor comprising nanolignocellulose material, or a derivative thereof. In some embodiments, the nanolignocellulose-containing product is a paper coating.

[216] Em algumas formas de realização, o produto contendo nanolignocelulose é configurado como um catalisador, substrato de catalisador ou cocatalisador. Em algumas formas de realização, o produto contendo nanolignocelulose é configurado eletroquimicamente para transportar ou armazenar uma corrente ou tensão elétrica.[216] In some embodiments, the nanolignocellulose-containing product is configured as a catalyst, catalyst substrate or cocatalyst. In some embodiments, the nanolignocellulose-containing product is electrochemically configured to carry or store an electrical current or voltage.

[217] Em algumas formas de realização, o produto contendo nanolignocelulose é incorporado em um filtro, uma membrana ou um outro dispositivo de separação.[217] In some embodiments, the nanolignocellulose-containing product is incorporated into a filter, membrane or other separation device.

[218] Em algumas formas de realização, o produto contendo nanolignocelulose é incorporado como um aditivo em um revestimento, tinta ou adesivo. Em algumas formas de realização, o produto contendo nanolignocelulose é incorporado como um aditivo de cimento.[218] In some embodiments, the nanolignocellulose-containing product is incorporated as an additive in a coating, paint or adhesive. In some embodiments, the nanolignocellulose-containing product is incorporated as a cement additive.

[219] Em algumas formas de realização, o produto contendo nanolignocelulose é incorporado como um agente espessante ou modificador reológico. Por exemplo, o produto contendo nanolignocelulose pode ser um aditivo em um fluido de perfuração, tal como (mas não limitado a) um fluido de recuperação de óleo e/ou um fluido de recuperação de gás ou um fluido de fraturamento.[219] In some embodiments, the nanolignocellulose-containing product is incorporated as a thickening agent or rheological modifier. For example, the nanolignocellulose-containing product may be an additive in a drilling fluid, such as (but not limited to) an oil recovery fluid and/or a gas recovery fluid or a fracturing fluid.

[220] Um produto contendo nanolignocelulose pode incluir qualquer uma das composições de nanolignocelulose divulgadas. Muitos produtos contendo nanolignocelulose são possíveis. Por exemplo, um produto contendo nanolignocelulose pode ser selecionado do grupo que consiste em um objeto estrutural, uma espuma, um aerogel, um compósito de polímero, um compósito de carbono, uma película, um revestimento, um precursor de revestimento, um transportador de corrente ou voltagem, um filtro, uma membrana, um catalisador, um substrato catalisador, um aditivo de revestimento, um aditivo de tinta, um aditivo adesivo, um aditivo de cimento, um revestimento de papel, um agente espessante, um modificador reológico, um aditivo para um fluido de perfuração e combinações ou derivados dos mesmos.[220] A product containing nanolignocellulose can include any of the disclosed nanolignocellulose compositions. Many products containing nanolignocellulose are possible. For example, a product containing nanolignocellulose may be selected from the group consisting of a structural object, a foam, an airgel, a polymer composite, a carbon composite, a film, a coating, a coating precursor, a current carrier or voltage, a filter, a membrane, a catalyst, a catalyst substrate, a coating additive, a paint additive, an adhesive additive, a cement additive, a paper coating, a thickening agent, a rheological modifier, an additive for a drilling fluid and combinations or derivatives thereof.

[221] Certos produtos contendo nanolignocelulose fornecem alta transparência, boa resistência mecânica e/ou propriedades de barreira a gases intensificadas (por exemplo, O2 ou CO2), por exemplo. Certos produtos que contêm nanolignocelulose contendo materiais de nanocelulose hidrofóbicos providos na presente invenção podem ser úteis como revestimentos antiumectantes e anticongelantes, por exemplo.[221] Certain products containing nanolignocellulose provide high transparency, good mechanical strength and/or enhanced gas barrier properties (e.g. O2 or CO2), for example. Certain nanolignocellulose-containing products containing hydrophobic nanocellulose materials provided in the present invention may be useful as anti-wetting and anti-freeze coatings, for example.

[222] Algumas formas de realização fornecem produtos contendo nanolignocelulose com aplicações para sensores, catalisadores, materiais antimicrobianos, capacidades atuais de transporte e armazenamento de potência.[222] Some embodiments provide products containing nanolignocellulose with applications for sensors, catalysts, antimicrobial materials, current transport capabilities and power storage.

[223] Algumas formas de realização fornecem compósitos contendo nanolignocelulose e um material contendo carbono, tais como (mas não limitado a) lignina, negro de carbono, grafite, grafeno ou aerogéis de carbono.[223] Some embodiments provide composites containing nanolignocellulose and a carbon-containing material, such as (but not limited to) lignin, carbon black, graphite, graphene or carbon aerogels.

[224] A superfície reativa dos grupos laterais -OH na nanolignocelulose facilita o enxerto de espécies químicas para obter diferentes propriedades de superfície. A funcionalização da superfície permite a adaptação da química da superfície das partículas para facilitar a automontagem, dispersão controlada dentro de uma ampla faixa de polímeros da matriz e controle da resistência da ligação partícula- partícula e matriz-partícula. Os compósitos podem ser transparentes, ter resistência à tração maior que o ferro fundido, e ter coeficiente de expansão térmica muito baixo. As aplicações potenciais incluem, mas não são limitadas a, películas de barreira, películas antimicrobianas, películas transparentes, mostradores flexíveis, cargas de reforço para polímeros, implantes biomédicos, dispensadores de produtos farmacêuticos, fármacos, fibras e têxteis, moldes para componentes eletrônicos, membranas de separação, baterias, supercapacitores, polímeros eletroativos e muitos outros.[224] The reactive surface of -OH side groups on nanolignocellulose facilitates the grafting of chemical species to obtain different surface properties. Surface functionalization allows tailoring of particle surface chemistry to facilitate self-assembly, controlled dispersion within a wide range of matrix polymers, and control of particle-particle and matrix-particle bond strength. Composites can be transparent, have greater tensile strength than cast iron, and have a very low coefficient of thermal expansion. Potential applications include, but are not limited to, barrier films, antimicrobial films, transparent films, flexible displays, reinforcing fillers for polymers, biomedical implants, pharmaceutical dispensers, pharmaceuticals, fibers and textiles, molds for electronic components, membranes separation, batteries, supercapacitors, electroactive polymers and many others.

[225] Outras aplicações de nanolignocelulose adequadas à presente invenção incluem polímeros reforçados, fibras e têxteis fiada(o)s de alta resistência, materiais compósitos avançados, películas para barreira e outras propriedades, aditivos para revestimentos, tintas, vernizes e adesivos, dispositivos ópticos comutáveis, produtos farmacêuticos e sistemas de dispensação de fármacos, substituição óssea e reparo de dentes, papel melhorado, acondicionamento e produtos de construção, aditivos para alimentos e cosméticos, catalisadores e hidrogéis.[225] Other applications of nanolignocellulose suitable for the present invention include reinforced polymers, high-strength spunbond fibers and textiles, advanced composite materials, films for barrier and other properties, additives for coatings, paints, varnishes and adhesives, optical devices switchable materials, pharmaceuticals and drug dispensing systems, bone replacement and tooth repair, improved paper, packaging and construction products, food and cosmetic additives, catalysts and hydrogels.

[226] As aplicações aeroespaciais e automotivas incluem compósitos de nanolignocelulose com polipropileno, poliamida (por exemplo, Náilons) ou poliésteres (por exemplo, PBT).[226] Aerospace and automotive applications include nanolignocellulose composites with polypropylene, polyamide (e.g., Nylons) or polyesters (e.g., PBT).

[227] Os materiais de nanolignocelulose providos na presente invenção são adequados como aditivos para intensificar a resistência de compósitos renováveis e biodegradáveis. As estruturas nanofibrilares celulósicas podem funcionar como um aglutinante entre duas fases orgânicas para a tenacidade à fratura melhorada e impedir a formação de trincas para aplicação em acondicionamento, materiais de construção, aparelhos, e fibras renováveis.[227] The nanolignocellulose materials provided in the present invention are suitable as additives to enhance the strength of renewable and biodegradable composites. Cellulosic nanofibrillar structures can function as a binder between two organic phases for improved fracture toughness and prevent crack formation for applications in packaging, construction materials, appliances, and renewable fibers.

[228] Os materiais de nanolignocelulose providos na presente invenção são adequados como aditivos e substratos que intensificam a resistência transparente e dimensional, para aplicação em mostradores flexíveis, circuitos flexíveis, componentes eletrônicos imprimíveis, e painéis solares flexíveis. A nanolignocelulose é incorporada ao substrato - as folhas são formadas por filtração a vácuo, secas sob pressão e calandradas, por exemplo. Em uma estrutura de folha, a nanocelulose atua como uma cola entre os agregados de carga. As folhas calandradas formadas são suaves e flexíveis.[228] The nanolignocellulose materials provided in the present invention are suitable as additives and substrates that enhance transparent and dimensional resistance, for application in flexible displays, flexible circuits, printable electronic components, and flexible solar panels. Nanolignocellulose is incorporated into the substrate - the sheets are formed by vacuum filtration, dried under pressure and calendered, for example. In a sheet structure, nanocellulose acts as a glue between the filler aggregates. The calendered sheets formed are smooth and flexible.

[229] Os materiais de nanolignocelulose providos na presente invenção são adequados para aditivos de compósitos e cimento, permitindo redução de trincas e tenacidade e resistência aumentadas. Os materiais híbridos celulares de nanolignocelulose-concreto espumantes, com redução de trincas e resistência aumentadas.[229] The nanolignocellulose materials provided in the present invention are suitable for composite and cement additives, allowing for reduced cracking and increased toughness and strength. Sparkling nanolignocellulose-concrete cellular hybrid materials, with reduced cracking and increased resistance.

[230] A intensificação da resistência com nanolignocelulose aumenta a área de ligação e a resistência de ligação para aplicação em papel e cartão de alta resistência, alto volume e alto conteúdo de carga, com propriedades de barreira intensificadas à umidade e ao oxigênio. A indústria de papel e celulose, em particular, pode se beneficiar dos materiais de nanolignocelulose providos na presente invenção.[230] Strength enhancement with nanolignocellulose increases bond area and bond strength for high strength, high volume, high filler content paper and board applications with enhanced moisture and oxygen barrier properties. The pulp and paper industry, in particular, can benefit from the nanolignocellulose materials provided in the present invention.

[231] O nanopapel de celulose nanofibrilada tem uma densidade e propriedades mecânicas de tração mais altas que o papel convencional. Também pode ser opticamente transparente e flexível, com baixa expansão térmica e excelentes características de barreira ao oxigênio. A funcionalidade do nanopapel pode ser ampliada adicionalmente com a incorporação de outras entidades, tais como nanotubos de carbono, nanoargilas ou um revestimento de polímero condutor.[231] Nanofibrillated cellulose nanopaper has a higher density and tensile mechanical properties than conventional paper. It can also be optically transparent and flexible, with low thermal expansion and excellent oxygen barrier characteristics. The functionality of nanopaper can be further expanded by incorporating other entities, such as carbon nanotubes, nanoclays or a conductive polymer coating.

[232] Rojo et al., “Comprehensive elucidation of the effect of residual lignin on the physical, barrier, mechanical and surface properties of nanocellulose films,” Green Chem., 2015, 17, 1853-1866, é aqui incorporado por referência na presente invenção.[232] Rojo et al., “Comprehensive elucidation of the effect of residual lignin on the physical, barrier, mechanical and surface properties of nanocellulose films,” Green Chem., 2015, 17, 1853-1866, is incorporated herein by reference in present invention.

[233] A nanolignocelulose porosa pode ser usada para bioplásticos celulares, isolamento e plásticos e membranas e filtros bioativos. Materiais altamente porosos são geralmente de alto interesse na fabricação de meios de filtração, bem como para aplicações biomédicas, por exemplo, em membranas de diálise.[233] Porous nanolignocellulose can be used for cellular bioplastics, insulation and plastics, and bioactive membranes and filters. Highly porous materials are generally of high interest in the manufacture of filtration media as well as for biomedical applications, for example in dialysis membranes.

[234] Os materiais de nanolignocelulose providos na presente invenção são adequados como materiais de revestimento com barreira ao oxigênio e afinidade com as fibras de madeira para aplicação em acondicionamento de alimentos e papéis de impressão.[234] The nanolignocellulose materials provided in the present invention are suitable as coating materials with oxygen barrier and affinity with wood fibers for application in food packaging and printing papers.

[235] Os materiais de nanolignocelulose providos na presente invenção são adequados como aditivos para melhorar a durabilidade da tinta, protegendo tintas e vernizes do atrito causado pela radiação UV.[235] The nanolignocellulose materials provided in the present invention are suitable as additives to improve paint durability, protecting paints and varnishes from friction caused by UV radiation.

[236] Os materiais de nanolignocelulose providos na presente invenção são adequados como agentes espessantes em produtos alimentícios e cosméticos. A nanolignocelulose pode ser usada como espessante tixotrópico, biodegradável e dimensionalmente estável (estável contra a temperatura e a adição de sal). Os materiais de nanolignocelulose providos na presente invenção são adequados como um estabilizador Pickering para emulsões e espuma estabilizada de partículas.[236] The nanolignocellulose materials provided in the present invention are suitable as thickening agents in food and cosmetic products. Nanolignocellulose can be used as a thixotropic, biodegradable and dimensionally stable thickener (stable against temperature and salt addition). The nanolignocellulose materials provided in the present invention are suitable as a Pickering stabilizer for emulsions and particle stabilized foam.

[237] A grande área superficial desses materiais de nanolignocelulose em combinação com sua biodegradabilidade os torna materiais atraentes para aerogéis altamente porosos e mecanicamente estáveis.[237] The large surface area of these nanolignocellulose materials in combination with their biodegradability makes them attractive materials for highly porous and mechanically stable aerogels.

[238] A presente invenção também provê sistemas configurados para a execução dos processos divulgados e composições produzidas a partir dos mesmos. Qualquer corrente gerada pelos processos divulgados pode ser parcialmente ou completamente recuperada, purificada ou tratada posteriormente e/ou comercializada ou vendida.[238] The present invention also provides systems configured for carrying out the disclosed processes and compositions produced therefrom. Any stream generated by the disclosed processes may be partially or completely recovered, purified or further treated and/or marketed or sold.

[239] Nesta descrição detalhada, foi feita referência a várias formas de realização da invenção e a exemplos não limitativos relacionados a como a invenção pode ser entendida e praticada. Outras formas de realização que não fornecem todas as características e vantagens apresentadas na presente invenção podem ser utilizadas, sem se afastar do espírito e do escopo da presente invenção. Esta invenção incorpora experimentação e otimização de rotina dos métodos e sistemas descritos na presente invenção. Tais modificações e variações são consideradas como estando dentro do escopo da invenção definido pelas reivindicações.[239] In this detailed description, reference has been made to various embodiments of the invention and to non-limiting examples relating to how the invention can be understood and practiced. Other embodiments that do not provide all of the features and advantages presented in the present invention may be used, without departing from the spirit and scope of the present invention. This invention incorporates routine experimentation and optimization of the methods and systems described in the present invention. Such modifications and variations are considered to be within the scope of the invention defined by the claims.

[240] Todas as publicações, as patentes e os pedidos de patente citados neste relatório descritivo são aqui incorporada(o)s por referência em sua totalidade, como se cada publicação, patente ou pedido de patente fosse especificamente e individualmente apresentada(o) na presente invenção.[240] All publications, patents and patent applications cited in this specification are incorporated herein by reference in their entirety, as if each publication, patent or patent application were specifically and individually set forth in the present invention.

[241] Onde os métodos e as etapas descrito(a)s acima indicam certos eventos que ocorrem em certa ordem, os habilitados na técnica reconhecerão que a ordem de certas etapas pode ser modificada e que essas modificações estão de acordo com as variações da invenção. Além disso, algumas das etapas podem ser executadas simultaneamente em um processo paralelo quando possível, bem como executadas sequencialmente.[241] Where the methods and steps described above indicate certain events occurring in a certain order, those skilled in the art will recognize that the order of certain steps may be modified and that such modifications are in accordance with variations of the invention . Additionally, some of the steps can be executed simultaneously in a parallel process when possible, as well as executed sequentially.

[242] Portanto, na medida em que existem variações da invenção, que estão dentro do espírito da divulgação ou equivalentes às invenções encontradas nas reivindicações anexas, pretende-se que esta patente também cubra essas variações. A presente invenção deve ser limitada apenas pelo que é reivindicado.[242] Therefore, to the extent that there are variations of the invention, which are within the spirit of the disclosure or equivalent to the inventions found in the appended claims, it is intended that this patent also covers these variations. The present invention should be limited only by what is claimed.

EXEMPLOSEXAMPLES Exemplo 1: Nanolignocelulose Produzida a partir de Madeira Macia.Example 1: Nanolignocellulose Produced from Softwood.

[243] As aparas de madeira macia (pinho) são processadas em um digestor de pistola a vapor piloto a uma temperatura de 185°C e 20 minutos, resultando em um rendimento de polpa de celulose de cerca de 80%. A polpa de celulose é passada através de um refinador de disco da planta piloto para desfibrilar as aparas cozidas a cerca de taxa de drenagem de 100. A taxa de drenagem de polpa de celulose provê uma medida da taxa na qual uma suspensão diluída de polpa de celulose pode ser drenada (consulte TAPPI T221 “Tempo de Drenagem da Polpa de celulose”). A polpa de celulose é então passada através de um homogeneizador em escala de laboratório três vezes para um alvo de 80-85% de finos, para produzir nanolignocelulose não lavada. A porcentagem de finos (material refinado) pode ser aumentada com mais passagens do homogeneizador. A nanolignocelulose não lavada é lavada com água três vezes a 60°C por 30 min a cerca de 2, 1 e 1 kg de água por kg de polpa de celulose, para produzir nanolignocelulose lavada.[243] Softwood (pine) chips are processed in a pilot steam gun digester at a temperature of 185°C and 20 minutes, resulting in a cellulose pulp yield of about 80%. The cellulose pulp is passed through a pilot plant disc refiner to defibrillate the cooked chips at about 100 drain rate. The cellulose pulp drain rate provides a measure of the rate at which a diluted cellulose pulp suspension cellulose can be drained (see TAPPI T221 “Pulp Pulp Draining Time”). The cellulose pulp is then passed through a laboratory-scale homogenizer three times to a target of 80-85% fines, to produce unwashed nanolignocellulose. The percentage of fines (refined material) can be increased with more passes of the homogenizer. The unwashed nanolignocellulose is washed with water three times at 60°C for 30 min at about 2, 1 and 1 kg of water per kg of cellulose pulp, to produce washed nanolignocellulose.

[244] A FIG. 2 mostra uma micrografia óptica com ampliação de 40 x da nanolignocelulose lavada produzida neste exemplo.[244] FIG. 2 shows an optical micrograph at 40x magnification of the washed nanolignocellulose produced in this example.

[245] A nanolignocelulose neste exemplo é uma combinação de partículas de lignina precipitadas (com diâmetro de cerca de 50 a 300 nanômetros), nanofibrilas de lignocelulose (com comprimentos de cerca de 500 nanômetros, larguras de cerca de 10 a 500 nanômetros e comprimentos de dezenas de mícrons), e finos de lignocelulose (com comprimento <76 mícrons e largura <5 mícrons).[245] The nanolignocellulose in this example is a combination of precipitated lignin particles (with diameters of about 50 to 300 nanometers), lignocellulose nanofibrils (with lengths of about 500 nanometers, widths of about 10 to 500 nanometers, and lengths of tens of microns), and lignocellulose fines (length <76 microns and width <5 microns).

[246] Os sólidos lavados são analisados quanto à composição. O total de carboidratos é de cerca de 66,8% em peso dos sólidos. O glucano é de 54% em peso, o xilano é de 9,2% em peso, o galacatano é de 1,3% em peso, o arabinano é 0,6% em peso e o manano é 1,7% em peso. A concentração dos grupos acetila é de 1,9% em peso nos sólidos. A lignina total é de 35,8% em peso, dos quais 33,3% em peso (em sólidos) é lignina de Klason e 2,5% em peso (em sólidos) é lignina solúvel em ácido.[246] The washed solids are analyzed for composition. Total carbohydrates are about 66.8% by weight of solids. Glucan is 54% by weight, xylan is 9.2% by weight, galacatan is 1.3% by weight, arabinan is 0.6% by weight, and mannan is 1.7% by weight . The concentration of acetyl groups is 1.9% by weight in the solids. Total lignin is 35.8% by weight, of which 33.3% by weight (in solids) is Klason lignin and 2.5% by weight (in solids) is acid-soluble lignin.

[247] Uma análise de fase líquida mostra 0,98% em peso de glicose, 7,44% em peso de xilose, 0,42% em peso de galactose, 0,35% em peso de arabinose e 0,79% em peso de manose, todos os açúcares sendo uma porcentagem sobre os sólidos totais originais (% em madeira). O ácido fórmico é de 0,07% em peso, o ácido acético é de 0,28% em peso, o HMF é 0,02% em peso, o furfural é 0,02% em peso e a lignina dissolvida é 1,82% em peso, sendo novamente uma porcentagem no total de sólidos originais.[247] A liquid phase analysis shows 0.98 wt% glucose, 7.44 wt% xylose, 0.42 wt% galactose, 0.35 wt% arabinose, and 0.79 wt% weight of mannose, all sugars being a percentage of the original total solids (% in wood). Formic acid is 0.07% by weight, acetic acid is 0.28% by weight, HMF is 0.02% by weight, furfural is 0.02% by weight, and dissolved lignin is 1, 82% by weight, again being a percentage of the total original solids.

Exemplo 2: Nanolignocelulose produzida a partir de Madeira Dura.Example 2: Nanolignocellulose produced from Hardwood.

[248] As aparas de madeira são processadas em um digestor de pistola a vapor piloto a uma temperatura de 185°C e 15 minutos, resultando em um rendimento de polpa de celulose de cerca de 80%. A polpa de celulose é passada através de um refinador de disco da planta piloto para desfibrilar as aparas cozidas a cerca de taxa de drenagem 100. A polpa de celulose é então passada através de um homogeneizador em escala de laboratório três vezes para um alvo de 80-85% de finos, para produzir nanolignocelulose não lavada. A porcentagem de finos (material refinado) pode ser aumentada com mais passagens do homogeneizador. A nanolignocelulose não lavada é lavada com água três vezes a 60°C por 30 min a cerca de 2, 1 e 1 kg de água por kg de polpa de celulose, para produzir nanolignocelulose lavada.[248] Wood chips are processed in a pilot steam gun digester at a temperature of 185°C and 15 minutes, resulting in a cellulose pulp yield of about 80%. The cellulose pulp is passed through a pilot plant disc refiner to defibrillate the cooked chips at about 100 drain rate. The cellulose pulp is then passed through a laboratory-scale homogenizer three times to a target of 80 -85% fines, to produce unwashed nanolignocellulose. The percentage of fines (refined material) can be increased with more passes of the homogenizer. The unwashed nanolignocellulose is washed with water three times at 60°C for 30 min at about 2, 1 and 1 kg of water per kg of cellulose pulp, to produce washed nanolignocellulose.

[249] A FIG. 3 mostra uma micrografia óptica com ampliação 40x da nanolignocelulose lavada produzida neste exemplo.[249] FIG. 3 shows an optical micrograph at 40x magnification of the washed nanolignocellulose produced in this example.

[250] A polpa de celulose produzida neste exemplo também é passada pelo homogeneizador 7 vezes, resultando em 92% de finos. Isso é comparado com a polpa de celulose Kraft de madeira mole alvejada, refinada por Masuko, 14 passagens, 93% de finos por área. A FIG. 4 é um gráfico da taxa de filtração desta nanolignocelulose em comparação com a polpa de celulose Kraft da técnica anterior. A filtração é a filtração de Buchner a 0,8% em peso de sólidos totais, com um volume inicial de 450 mL (o total de filtrado disponível é de 430 mL com base em 17% de sólidos totais na almofada de nanocelulose). O papel de filtro é Whatman 4 (tamanho dos poros 20-25 μm).[250] The cellulose pulp produced in this example is also passed through the homogenizer 7 times, resulting in 92% fines. This is compared to bleached softwood Kraft cellulose pulp, refined by Masuko, 14 passes, 93% fines by area. FIG. 4 is a graph of the filtration rate of this nanolignocellulose compared to the prior art Kraft cellulose pulp. Filtration is Buchner filtration at 0.8% by weight total solids, with an initial volume of 450 mL (total available filtrate is 430 mL based on 17% total solids in the nanocellulose pad). The filter paper is Whatman 4 (pore size 20-25 μm).

[251] A FIG. 4 mostra uma taxa de filtração consideravelmente mais alta para esta nanolignocelulose versus fibrilas Kraft branqueadas. Em particular, a nanolignocelulose tem essencialmente 100% de finalização da filtração em menos de 100 minutos. Devido ao alto conteúdo de lignina, o valor de retenção de água e a drenagem das fibrilas de nanolignocelulose é muito maior do que as fibrilas de celulose pura. Acredita-se que este seja um atributo-chave de desempenho para uso de nanolignocelulose em uma máquina de papel.[251] FIG. 4 shows a considerably higher filtration rate for this nanolignocellulose versus bleached Kraft fibrils. In particular, nanolignocellulose essentially has 100% filtration completion in less than 100 minutes. Due to the high lignin content, the water retention and drainage value of nanolignocellulose fibrils is much higher than that of pure cellulose fibrils. This is believed to be a key performance attribute for using nanolignocellulose in a paper machine.

Claims (11)

1. Composição de nanolignocelulose caracterizada por pelo menos 99% de conclusão de filtração em menos de 100 minutos, em que a referida composição de nanolignocelulose compreende, em uma base em peso seco livre de cinzas e livre de acetila, de 35% em peso a 80% em peso de nanofibrilas de celulose, de 25% em peso a 35% em peso de lignina, e de 7% em peso a 15% em peso de hemiceluloses, em que as nanofibrilas de celulose são fibras de celulose que contém partículas ou fibras de tamanho nanométrico, em que as partículas ou fibras de tamanho nanométrico têm pelo menos uma dimensão de comprimento de 0,01 nm a 1000 nm, em que as partículas de nanolignocelulose são intimamente associadas com quantidades substanciais de lignina e hemicelulose.1. A nanolignocellulose composition characterized by at least 99% filtration completion in less than 100 minutes, wherein said nanolignocellulose composition comprises, on an ash-free and acetyl-free dry weight basis, from 35% by weight to 80% by weight cellulose nanofibrils, from 25% by weight to 35% by weight lignin, and from 7% by weight to 15% by weight hemicelluloses, wherein the cellulose nanofibrils are cellulose fibers containing particles or nanometer-sized fibers, wherein the nanometer-sized particles or fibers have at least one length dimension of 0.01 nm to 1000 nm, wherein the nanolignocellulose particles are closely associated with substantial amounts of lignin and hemicellulose. 2. Composição de nanolignocelulose, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de queo percentual de lignina nas partículas de nanolignocelulose é de 20%.2. Nanolignocellulose composition, according to claim 1, characterized by the fact that the percentage of lignin in the nanolignocellulose particles is 20%. 3. Composição de nanolignocelulose, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o percentual de hemicelulose nas partículas de nanolignocelulose é de 5%.3. Nanolignocellulose composition according to claim 1, characterized by the fact that the percentage of hemicellulose in the nanolignocellulose particles is 5%. 4. Composição de nanolignocelulose, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a referida composição compreende de 40% em peso a 70% em peso de nanofibrilas de celulose, em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila.4. Nanolignocellulose composition according to claim 1, characterized by the fact that said composition comprises from 40% by weight to 70% by weight of cellulose nanofibrils, on a dry weight, ash-free and carbon-free basis. acetyl. 5. Composição de nanolignocelulose, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a referida composição compreende de 45% em peso a 60% em peso de nanofibrilas de celulose em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila.5. Nanolignocellulose composition according to claim 1, characterized by the fact that said composition comprises from 45% by weight to 60% by weight of cellulose nanofibrils on a dry weight, ash-free and acetyl-free basis . 6. Composição de nanolignocelulose, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o material da nanolignocelulose possui uma razão de aspecto média de comprimento-largura das partículas de 10 a 1000.6. Nanolignocellulose composition according to claim 1, characterized by the fact that the nanolignocellulose material has an average particle length-width aspect ratio of 10 to 1000. 7. Composição de nanolignocelulose, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as nanofibrilas possuem uma razão de aspecto de 40 a 400.7. Nanolignocellulose composition according to claim 1, characterized by the fact that the nanofibrils have an aspect ratio of 40 to 400. 8. Composição de nanolignocelulose, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a referida composição compreende de 8% em peso a 14% em peso de hemiceluloses em uma base em peso seco, livre de cinzas e livre de acetila.8. Nanolignocellulose composition according to claim 1, characterized by the fact that said composition comprises from 8% by weight to 14% by weight of hemicelluloses on a dry weight, ash-free and acetyl-free basis. 9. Composição de nanolignocelulose, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as referidas hemiceluloses contêm xilano como o componente principal.9. Nanolignocellulose composition according to claim 1, characterized by the fact that said hemicelluloses contain xylan as the main component. 10. Composição de nanolignocelulose, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as referidas hemiceluloses contêm manano como o componente principal.10. Nanolignocellulose composition according to claim 1, characterized by the fact that said hemicelluloses contain mannan as the main component. 11. Produto de polpa de celulose ou produto de papel caracterizado pelo fato de que contém a composição de nanolignocelulose conforme definida na reivindicação 1.11. Cellulose pulp product or paper product characterized by the fact that it contains the nanolignocellulose composition as defined in claim 1.
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