BRPI1006335B1

BRPI1006335B1 - method of obtaining nanocellulose fibers, nanocellulose fibers and their use

Info

Publication number: BRPI1006335B1
Application number: BRPI1006335A
Authority: BR
Inventors: Bittencourt Edison; De Camargo Marcelo
Original assignee: Univ Estadual Campinas Unicamp
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2019-10-22
Also published as: BRPI1006335A2

Abstract

método e processo de obtenção de fibras de nanocelulose, fibras de nanocelulose e uso das mesmas. a presente invenção refere-se a um método e um processo de obtenção de fibras de nanocelulose, a partir de uma matéria-prima rica em celulose em que o aperfeiçoamento consiste na seleção de uma matéria-prima rica em celulose sem desidratação prévia preferencialmente selecionada dentre fibras de algodão na forma in natura ou congelada e encapsulada (capulho). são objetos adicionais da presente invenção uma fibra de nanocelulose e uso da dita fibra em artigos têxteis, papel, cosméticos, produtos que requerem maior resistência mecânica e térmica, em papel de alta resistência, em embalagens, estruturas hiper hidrófilas, em filtros especiais para captura de vírus e bactérias, em suporte para crescimento de células, mímica de estruturas biológicas tais como estruturas ósseas, vasculares, cartilagens e ligamentos e, em biomateriais.method and process of obtaining nanocellulose fibers, nanocellulose fibers and their use. The present invention relates to a method and a process for obtaining nanocellulose fibers from a cellulose rich raw material wherein the improvement consists in selecting a cellulose rich raw material without prior dehydration preferably selected from among others. cotton fibers in fresh or frozen and encapsulated form (bolls). Additional objects of the present invention include a nanocellulose fiber and the use of said fiber in textiles, paper, cosmetics, products requiring greater mechanical and thermal resistance, high strength paper, packaging, hyperhydrophilic structures, and special capture filters. of viruses and bacteria, in support of cell growth, mimics of biological structures such as bone, vascular, cartilage and ligament structures, and in biomaterials.

Description

MÉTODO DE OBTENÇÃO DE FIBRAS DE NANOCELULOSE, FIBRAS DE NANOCELULOSE E USO DAS MESMASMETHOD FOR OBTAINING NANOCELLULOSE FIBERS, NANOCELLULOSE FIBERS AND USING THEM

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um processo de obtenção de fibras de nanocelulose, a partir de uma matéria-prima rica em celulose em que o aperfeiçoamento consiste na seleção de uma matéria-prima rica em celulose sem desidratação prévia preferencialmente selecionada dentre fibras de algodão. São objetos adicionais da presente invenção uma fibra de nanocelulose e uso da dita fibra para confecção de artigos têxteis, papel, cosméticos, produtos compreendendo nanocompósitos que requerem maior resistência mecânica e térmica entre outros usos. A fibra de nanocelulose reúne propriedades que permite a sua aplicação para o aprimoramento das propriedades mecânicas e térmicas de nanocompósitos, para formação de produtos biodegradáveis, para uso como placebo em indústria farmacêutica, para indústria de cosméticos como colágeno e para a indústria de papel na fabricação de nanofilmes de celulose.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a process for obtaining nanocellulose fibers from a cellulose rich feedstock wherein the improvement consists in selecting a cellulose rich feedstock without prior dehydration preferably selected from among others. cotton fibers. Further objects of the present invention are a nanocellulose fiber and use of said fiber for making textile articles, paper, cosmetics, products comprising nanocomposites which require greater mechanical and thermal resistance among other uses. Nanocellulose fiber combines properties that allow its application to improve the mechanical and thermal properties of nanocomposites, to form biodegradable products, to use as a placebo in the pharmaceutical industry, for the cosmetics industry as collagen and for the paper industry in manufacturing. of cellulose nanofilms.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

Diferentes métodos para a obtenção de celulose microcristalina Os primeiros relatos de celulose microcristalina produzida por hidrólise ácida datam da década de 50, iniciando as primeiras investigações com Ranby, Sharples, Battista e outros O termo celulose microfibrilada foi introduzido por Turbak et al. em 1983 (TURBAK, A.F.; SNYDER, F.W.; SANDBERG, K.R. -Microfibrillated cellulose, a new cellulose product properties, uses, and commercial potential. Journal of Applied Polymer Science. Estados Unidos, v.37 p.815-827, 01 Janeiro de 1983). Em 1983, Turbak (TURBAK, A.F.; SNYDER, F.W.; SANDBERG, K.R. - Microfibrillated cellulose, a new cellulose product properties, uses, and commercial potential. Journal of Applied Polymer Science. Estados Unidos, v.37 p.815-827, 01 Janeiro de 1983), descreveram um método e um processo para a produção de celulose microfibrilada. Neste caso, fibras de polpa de madeira foram cortadas no seu estado seco e obtiveram-se fibras de 0,7 mm suspensas em água. A suspensão 1-2% foi submetida a sucessivas ações homogeneização a alta pressão (55 MPa) e uma temperatura de 70-90°C.Different Methods for Obtaining Microcrystalline Cellulose The earliest reports of microcrystalline cellulose produced by acid hydrolysis date from the 1950s, beginning the first investigations with Ranby, Sharples, Battista, and others. The term microfibrillated cellulose was introduced by Turbak et al. in 1983 (TURBAK, AF; SNYDER, FW; SANDBERG, KR-Microfibrillated cellulose, the new cellulose product properties, uses, and commercial potential. Journal of Applied Polymer Science. United States, v.37 p.815-827, 01 January 1983). In 1983, Turbak (TURBAK, AF; SNYDER, FW; SANDBERG, KR - Microfibrillated Cellulose, the new cellulose product properties, uses, and commercial potential. Journal of Applied Polymer Science. United States, v.37 p.815-827, January 1, 1983), described a method and process for the production of microfibrillated cellulose. In this case, wood pulp fibers were cut in their dry state and 0.7 mm fibers suspended in water were obtained. The 1-2% suspension was subjected to successive homogenization actions at high pressure (55 MPa) and a temperature of 70-90 ° C.

Em 1998, Dufresne e Vignon (DUFRESNE, Alain; CAVAILLÉ, Jean-yves; VIGNON, Michel R.. Mechanical Behaviour of Sheets Prepared from Sugar Beet Cellulose MIcrofibrils. Journal Applied Polymer Science, [s. L.], v. 64, p.1185-1194, 1997) produziram compósitos amido celulósicos que mostraram extremos efeitos de reforço. A uma concentração 3,4 % de celulose microfibrilada de polpa de batata, o módulo da borracha aumentou muito, próximo ao estado vítreo.In 1998, Dufresne and Vignon (DUFRESNE, Alain; CAVAILLÉ, Jean-yves; VIGNON, Michel R .. Mechanical Behavior of Sheets Prepared from Sugar Beet Cellulose MIcrofibrils. Journal Applied Polymer Science, [s. L.], v. 64, p.1185-1194, 1997) produced cellulosic starch composites that showed extreme reinforcing effects. At a 3.4% concentration of microfibrillated potato pulp, the rubber modulus increased greatly, close to the vitreous state.

Stupinska et al. (2007) (STUPINSKA, Halina et al. An Environment-Friendly Method to Prepare Microcrystalline Cellulose. Fibres & Textiles In Eastern Europe, Polônia, v. 15, n. 5-6, p.167-172, 10 dez. 2007) também fez uso da irradiação, porém para produzir celulose microcristalina a partir de polpa de celulose, a irradiação de 50 KGy foi seguida de uma hidrolise enzimática a 0,5 % e temperatura de 50 graus centígrados.Stupinska et al. (2007) (STUPINSKA, Halina et al. An Environment-Friendly Method for Preparing Microcrystalline Cellulose. Fibers & Textiles In Eastern Europe, Poland, v. 15, no. 5-6, p.167-172, Dec. 10, 2007) It also made use of irradiation, but to produce microcrystalline cellulose from cellulose pulp, the irradiation of 50 KGy was followed by enzymatic hydrolysis at 0.5% and temperature of 50 degrees centigrade.

Nakagaito e Yano (2003) (NAKAGAITO, A. N.; YANO, H.. Novel high-strength Biocomposites based on microfibrillated cellulose having nan-order-unit web-like network structure. Applied Physics A: Materials Science & Processing, Kyoto, p.155-159, 16 jul. 2003. ) aplicaram polpa de madeira fibrilada com resina fenólica e aplicou uma pressão de 100 MPa formando um nanocompósito de celulose com alta resistência. Eles concluíram que o grau de fibrilação das fibras da polpa afeta as propriedades mecânicas do compósito, isto é, quanto maior o grau de fibrilação, menor o diâmetro das microfibrilas e maior a resistência do compósito. A presente invenção difere da descrita por Nakagaito e Yano (2004) por não utilizar alta pressão para obtenção de nanocompósito. Vantajosamente a presente invenção compreende um processo e um método simples de obtenção de fibra de nanocompósito e equipamentos mais simples e o produto obtido com alta resistência física e térmica. Adicionalmente, a presente invenção não necessita a adição e uma resina fenólica como a proposta em 2004.Nakagaito and Yano (2003) (NAKAGAITO, AN; YANO, H .. Novel high-strength Biocomposites based on microfibrillated cellulose having nan-order web-like network structure. Applied Physics A: Materials Science & Processing, Kyoto, p. 155-159, July 16, 2003.) applied fibrolated wood pulp with phenolic resin and applied a pressure of 100 MPa forming a high strength cellulose nanocomposite. They concluded that the degree of pulp fiber fibrillation affects the mechanical properties of the composite, that is, the higher the degree of fibrillation, the smaller the diameter of the microfibrils and the greater the strength of the composite. The present invention differs from that described by Nakagaito and Yano (2004) in that it does not use high pressure to obtain nanocomposite. Advantageously the present invention comprises a simple process and method for obtaining nanocomposite fiber and simpler equipment and the product obtained with high physical and thermal resistance. Additionally, the present invention does not require addition and a phenolic resin as proposed in 2004.

Nakagaito e Yano (2004) (NAKAGAITO, A. N.; YANO, H. The effect of morphological changes from pulp fiber towards nano-scale fibrillated cellulose on the mechanical properties of High-Strength plant fibe based composites. Applied Physics A: Materials Science & Processing, [s. L.], v. 78, p.547-552, 2004.) produziram um compósito utilizando microfibrilas de celulose e resina fenólica que atingiu um módulo de Young de 19 GPa e 370 MPa de resistência a flexão com uma densidade de apenas 1,45 g/cm2.Nakagaito and Yano (2004) (NAKAGAITO, AN; YANO, H. The effect of morphological changes from pulp fiber to nano-scale fibrillated cellulose on the mechanical properties of high-strength plant fibe based composites. Applied Physics A: Materials Science & Processing , [s. L.], v. 78, p.547-552, 2004.) produced a composite using cellulose and phenolic resin microfibrils that achieved a Young modulus of 19 GPa and 370 MPa flexural strength at a density only 1.45 g / cm2.

As nanofibras podem ser obtidas a partir de diferentes fibras vegetais. Bhatnagar e Sain (2005) (BHATNAGAR, A.; SAIN, M.. Processing of Cellulose Nanofiber-reinforced Composites. Journal Of Reinforced Plastics And Composites, Toronto, p. 1259-1268. 10 jun. 2005. Disponível em: <http://jrp.sagepub.com/cgi/content/abstract/24/12/1259>. Acesso em: 20 out. 2008) compararam diferentes fontes, a saber: linho, cânhamo, polpa de madeira e rutabaga. Para tanto, após a remoção da lignina e outras substâncias com hidróxido de sódio, trataram as fibras com ácido clorídrico 1 Molar a 70 °C para uma degradação parcial das fibras. Desvantajosamente a referida tecnologia descrita por Bhatnagar e Sain (2005) difere em relação a presente invenção no que se refere as etapas prévias de extração das fibras, sendo as mesmas obtidas com características que promovem um produto final com qualidade superior. O mais comum nos trabalhos existentes é o uso de ácidos minerais fortes, contudo a hidrólise ácida provoca uma forte redução do tamanho das cadeias celulósicas e as nanofibras perdem sua forma filiforme, o que para a aplicação como reforço de nanocompósitos não é interessante, pois quanto maior é a área superficial melhor é a interação da celulose com a matriz polimérica. El-sakhawy e Hassan (2006) utilizaram resíduos agrícolas de cana, algodão e arroz produzindo celulose micro cristalina através de hidrólise ácida, porém, desvantajosamente, o produto final continha um alto teor de sílica na celulose.Nanofibers can be obtained from different plant fibers. Bhatnagar and Sain (2005) (BHATNAGAR, A.; SAIN, M .. Processing of Cellulose Nanofiber-reinforced Composites. Journal Of Reinforced Plastics And Composites, Toronto, p. 1259-1268. 10 June 2005. Available at: <http : //jrp.sagepub.com/cgi/content/abstract/24/12/1259> Accessed on: Oct. 20, 2008) compared different sources, namely: flax, hemp, wood pulp and rutabaga. Therefore, after removal of lignin and other substances with sodium hydroxide, they treated the fibers with 1 Molar hydrochloric acid at 70 ° C for partial fiber degradation. Disadvantageously said technology described by Bhatnagar and Sain (2005) differs with respect to the present invention as regards the previous fiber extraction steps, which are obtained with characteristics that promote a superior quality end product. The most common in existing works is the use of strong mineral acids, however acid hydrolysis causes a strong reduction in the size of cellulosic chains and nanofibers lose their filiform form, which is not interesting for the application as reinforcement of nanocomposites. larger is the surface area the better is the interaction of cellulose with the polymer matrix. El-sakhawy and Hassan (2006) used sugarcane, cotton and rice agricultural residues to produce microcrystalline cellulose through acid hydrolysis, but, disadvantageously, the final product contained a high silica content in cellulose.

Malainine, Mahrouz e Dufresne (2005) (MALAININE, Mohamed E.; MAHROUZ, Mostafa; DUFRESNE, Alain. Thermoplastic nanocomposites based on cellulose microfibrils from Opuntia ficus indica Parenchyma cell. Composites Science And Technology, [s. L.], v. 65, p.1520-1526, 11 fev. 2005.) prepararam nanocompósitos termoplásticos reforçados com micro fibrilas extraídas a partir de cactos (Opuntia fícus-indica parenchyma cell). Após o tratamento alcalino o material foi refinado e passado por um homogeneizador de alta pressão a 500 bar por quinze vezes a uma temperatura de 90-95°C. , Como podemos observar a desfragmentação mecânica utilizando o homogeneizador de alta pressão é um processo demorado pois é necessário passar o mesmo substrato inúmeras vezes no homogeneizador para a obtenção da escala nanométrica.Malainine, Mahrouz and Dufresne (2005) (MALAININE, Mohamed E.; MAHROUZ, Mostafa; DUFRESNE, Alain. Thermoplastic nanocomposites based on cellulose microfibrils from Opuntia ficus indica. Parenchyma cell. Composites Science And Technology, [s. L.], v. 65, p.1520-1526, 11 Feb. 2005.) prepared micro-fibril-reinforced thermoplastic nanocomposites extracted from cacti (Opuntia ficus-indica parenchyma cell). After alkaline treatment the material was refined and passed through a high pressure homogenizer at 500 bar for fifteen times at a temperature of 90-95 ° C. As we can see mechanical defragmentation using the high pressure homogenizer is a lengthy process as it is necessary to pass the same substrate numerous times in the homogenizer to obtain the nanometer scale.

Posteriormente El-sakhawy e Hassan (2006) (EL-SAKHAWY, Mohamed; HASSAN, Mohamed L.. Physical and mechanical properties of microcrystalline cellulose prepared from agricultural residues. Carbohydrate Polymers, [s.l.], v. 67, p.1-10, 13 jun. 2006) utilizaram resíduos agrícolas de cana, algodão e arroz produzindo celulose micro cristalina através de hidrólise ácida, porém um alto teor de sílica na celulose produzida foi relatado.Later El-sakhawy and Hassan (2006) (EL-SAKHAWY, Mohamed; HASSAN, Mohamed L. .. Physical and mechanical properties of microcrystalline cellulose prepared from agricultural residues. Carbohydrate Polymers, [sl], v. 67, p.1-10 , 13 June 2006) used sugarcane, cotton and rice agricultural residues producing microcrystalline cellulose through acid hydrolysis, but a high silica content in the produced cellulose was reported.

Ioelovich e Leykin (2006) (IOELOVICH, Michael; LEYKIN, Alex. Microcrystalline cellulose: nano-structure formation. Cellulose Chemistry And Technology, [s. L.], v. 5, n. 40, p.313-317, 2006) obtiveram celulose nanocristalina a partir de fibras de algodão utilizando hidrólise com ácidos minerais (sulfúrico e clorídrico) em concentrações de 7-9 Molar seguido da passagem de um homogeneizador de alta pressão. Pàakko et al (PÃÃKKÕ, M.. (2007) (MORÁN, Juan L. et al. Enzymatic Hydroysis Combined with Mechanical Shearing and High-Pressure Homogenization for Nanoscale Cellulose Fibrils and Strong Gels. Biomacromolecules, Estados Unidos, p. 1934-1941,Extraction of cellulose and preparation of nanocellulose from sisal fibers. Cellulose, [s.l.], p. 149-159. 15 agosto. 2007)prepararam nanocelulose a partir de fibras de sisal através de uma hidrólise ácida com ácido sulfúrico a 60 % em peso a 45 °C por trinta minutos Pàakko et al. utilizaram endoglucanase a 50°C por duas horas a um pH entre 6,8 e 7,2 tamponado com Fosfato de Hidrogênio Disódico Na2HPO4 e Fosfato dihidrogenado de Potássio seguido de um refinador de partículas e um homogeneizador de alta pressão Desvantajosamente as tecnologias citadas por Malainini et al (2005), . Enzymatic Hydroysis Combined with Mechanical Shearing and High-Pressure Homogenization for Nanoscale Cellulose Fibrils and Strong Gels. Biomacromolecules, Estados Unidos, p. 1934-1941, 2007). A utilização de fibras “Never Dried” de algodão elimina a necessidade do refinamento das partículas, pois é possível enfraquecer a fibra suficientemente com a hidrólise enzimática sendo aplicada na fibra no seu tamanho natural, dada a maior acessibilidade (maior porosidade) da fibra de algodão “Never Dried”.Ioelovich and Leykin (2006) (IOELOVICH, Michael; LEYKIN, Alex. Microcrystalline cellulose: nano-structure formation. Cellulose Chemistry And Technology, [s. L.], v. 5, no. 40, p.313-317, 2006 ) obtained nanocrystalline cellulose from cotton fibers using hydrolysis with mineral acids (sulfuric and hydrochloric) in concentrations of 7-9 Molar followed by the passage of a high pressure homogenizer. Pàakko et al (PÃÃKKÕ, M .. (2007) (MORÁN, Juan L. et al. Enzymatic Hydroysis Combined with Mechanical Shearing and High-Pressure Homogenization for Nanoscale Cellulose Fibrils and Strong Gels. Biomacromolecules, United States, pp. 1934-1941 , Extraction of cellulose and preparation of nanocellulose from sisal fibers Cellulose, [sl], pp 149-159, 15 August 2007) prepared nanocellulose from sisal fibers by acid hydrolysis with 60% by weight sulfuric acid at 45 ° C for thirty minutes Pàakko et al used endoglucanase at 50 ° C for two hours at a pH between 6.8 and 7.2 buffered with Na2HPO4 Disodium Hydrogen Phosphate and Potassium Dihydrogen Phosphate followed by a particle refiner and disadvantageous technologies cited by Malainini et al (2005), Enzymatic Hydroysis Combined with Mechanical Shearing and High-Pressure Homogenization for Nanoscale Cellulose Fibrils and Strong Gels. United States, p. 1934-1941, 2007). The use of Never Dried cotton fibers eliminates the need for particle refinement as it is possible to sufficiently weaken the fiber with enzymatic hydrolysis being applied to the fiber in its natural size, given the greater accessibility (greater porosity) of the cotton fiber. Never Dried.

Ahola et al. (2008) (AHOLA, S. et al. Enzymatic Hydrolysis of Native Cellulose Nanofibrils and Other Cellulose Model Films:: Effect of Surface Structure. Langmuir, Estados Unidos, p. 11592-11599. 02 jul. 2008.) desenvolveu filmes celulósicos de até 2 nm de espessura também utilizando hidrólise enzimática.Ahola et al. (2008) (AHOLA, S. et al. Enzymatic Hydrolysis of Native Cellulose Nanofibrils and Other Cellulose Model Films :: Effect of Surface Structure. Langmuir, United States, pp. 11592-11599. July 02, 2008.) developed cellulosic films of up to 2 nm in thickness also using enzymatic hydrolysis.

Seydibeyoglu e Oksman (2007) (SEYDIBEYOGLU, M. Ozgür; OKSMAN, Kristiina. Novel nanocomposites based on polyurethane and micro fibrillated cellulose. Composites Science And Technology, [s.l.], v. 68, p.908-914, 24 ago. 2007) aumentaram para 16,5 % a participação da nanocelulose no compósito com poliuretano obtendo resultados ainda mais surpreendentes com um aumento da resistência da ordem de 500 % e um aumento da rigidez de 3000 %. A celulose comercial foi preparada utilizando hidrólise ácida seguida da utilização de um homogeneizador de alta pressão, aplicando-se 250 e 500 bar respectivamente.Seydibeyoglu and Oksman (2007) (SEYDIBEYOGLU, M. Ozgür; OKSMAN, Kristiina. Novel nanocomposites based on polyurethane and micro fibrillated cellulose. Composites Science And Technology, [sl], v. 68, p.908-914, 24 Aug. 2007 ) increased the participation of nanocellulose in the polyurethane composite to 16.5% for even more surprising results with an increase in strength of around 500% and an increase in stiffness of 3000%. Commercial cellulose was prepared using acid hydrolysis followed by the use of a high pressure homogenizer, applying 250 and 500 bar respectively.

Todas estas tecnologias descritas fazem uso de tecnologia a alta-pressão em contrapartida a presente invenção compreende etapas de processo e método simples e não necessita de equipamentos sofisticados quanto aqueles envolvidos com alta pressão. A desfragmentação mecânica utilizando o homogeneizador de alta pressão é um processo demorado pois é necessário passar o mesmo substrato inúmeras vezes no homogeneizador para a obtenção da escala nanométrica e adicionalmente, a presente invenção elimina a necessidade de refinamento das partículas pois a etapa de extração de fibras proposta garante maior acessabilidade enzimática.All of these described technologies make use of high pressure technology in return The present invention comprises simple process steps and method and does not require sophisticated equipment as those involved with high pressure. Mechanical defragmentation using the high pressure homogenizer is a lengthy process as it is necessary to pass the same substrate numerous times on the homogenizer to obtain the nanometer scale and in addition the present invention eliminates the need for particle refinement as the fiber extraction step proposal ensures greater enzymatic accessibility.

Henriksson et al. (2008) produziram um nanopapel celulósico de alta rugosidade 15 MJ/m3 com um alongamento a ruptura de até 10 % com módulo de 13,2 GPa e resistência a ruptura de 214 MPa (HENRIKSSON, Marielle et al. Cellulose Nanopaper Structures of High Toughness. Biomacromolecules, Estados Unidos, p. 1579-1585, 2008).Henriksson et al. (2008) produced a 15 MJ / m3 high roughness cellulosic nanopaper with a breaking elongation of up to 10% with a modulus of 13.2 GPa and a breaking strength of 214 MPa (HENRIKSSON, Marielle et al. Cellulose Nanopaper Structures of High Toughness Biomacromolecules, United States, pp. 1579-1585, 2008).

Levis e Deasy (2001) (LEVIS, S.r.; DEASY, P.b.. Production and evaluation of size reduced grades of microcrystalline cellulose. International Journal Of Pharmaceutics, [s. L.], v. 213, p.13-24, 2001) reduziram o tamanho da celulose micro cristalina comercial conhecida como Avicel PH-101, a tentativa com um moinho de bola foi pouco efetiva, principalmente quando se tentou utilizar lauril sulfato de sódio que formou uma camada de espuma protetora. No entanto, os resultados com ultrassom foram bem melhores e a utilização de 1 % de Sódio Lauril Sulfato melhorou o processo, evitando que os micro cristais com média de 15 micrometros se reaglomerassem Samir et al. (2004) (SAMIR, My Ahmed Said Azizi et al. Tangling Effect in Fibrillated Cellulose Reinforced Nanocomposites. Macromolecules, [s. L.], v. 37, p.4313-4316, 13 fev. 2004) extraíram nanocristais de celulose de um animal marinho denominado Tunicin para reforçar poli-oxietileno. Para retirar toda a proteína da camada externa do animal foi necessário três sucessivos tratamentos de branqueamento, só então é que se procedeu a hidrólise ácida com ácido sulfúrico a 65 °C por 30 minutos seguida de uma sonicação Li et al. (2003) (LI, Chengzhou et al. A kinetic on enzymatic hydrolysis of a variety of pulps for its enhancement with continuous ultrasonic irradiation. Biochemical Engineering Journal, [s. L.], v. 19, p.155-164, 13 dez. 2003) estudaram a cinética da hidrólise enzimática com cellulase e sonicação simultânea, utilizando 0,4 g/l de enzimas a um pH 4,8 a 45°C por 24 e 48 horas e um ultrassom de 20 Khz e 250 W. As conclusões deste estudo foram que melhor intensidade de sonicação aplicada, isto é, a que apresentou a maior taxa de hidrólise foi de 30 W. A invenção proposta difere da relatada pelo estudo anteriormente descrito quanto ao uso de polpa de madeira que sofreu algum tipo de secagem induzida ou natural antes do processo de obtenção de fibras e, adicionalmente, o presente invento compreende uma fibra de nanocelulose vantajosamente em formato filiforme.Levis and Deasy (2001) (LEVIS, Sr.; DEASY, Pb. Production and evaluation of reduced grades of microcrystalline cellulose. International Journal Of Pharmaceutics, [s. L.], v. 213, p.13-24, 2001) Since the size of the commercial microcrystalline cellulose known as Avicel PH-101 was reduced, the attempt with a ball mill was ineffective, especially when trying to use sodium lauryl sulfate that formed a protective foam layer. However, the ultrasound results were much better and the use of 1% Sodium Lauryl Sulfate improved the process, preventing micro crystals with an average of 15 micrometers to clump Samir et al. (2004) (SAMIR, My Ahmed Said Azizi et al. Tangling Effect on Fibrillated Cellulose Reinforced Nanocomposites. Macromolecules, [s. L.], v. 37, p.4313-4316, Feb. 13, 2004) extracted nanocrystals of cellulose from a marine animal called Tunicin to reinforce polyoxyethylene. In order to remove all the protein from the animal's outer layer three successive bleaching treatments were required, only then was acid hydrolysis with sulfuric acid at 65 ° C for 30 minutes followed by sonication Li et al. (2003) (LI, Chengzhou et al. Kinetic on enzymatic hydrolysis of a variety of pulps for its enhancement with continuous ultrasonic irradiation. Biochemical Engineering Journal, [s. L.], v. 19, p.155-164, 13 2003) studied the kinetics of enzymatic hydrolysis with cellulase and simultaneous sonication using 0.4 g / l of enzymes at pH 4.8 at 45 ° C for 24 and 48 hours and an ultrasound of 20 Khz and 250 W. The conclusions of this study were that the best intensity of applied sonication, that is, the one with the highest hydrolysis rate was 30 W. The proposed invention differs from that reported by the previously described study regarding the use of wood pulp that suffered some kind of induced or natural drying prior to the fiber making process and, furthermore, the present invention comprises an advantageously filiform shaped nanocellulose fiber.

Aimin et al. (2005) (AIMIN, Tang et al. Influence of ultrasound treatment on accessibility and regioselective oxidation reactiviyty of cellulose. Ultrasonics Sonochemistry, [s. L.], v. 12, p.467-472, 2005) estudaram a influência de tratamentos rápidos progressivos com ultrassom de 25 Khz e 400 W na acessibilidade da celulose através da medição da retenção de água e verificaram que um tratamento de 720 segundos aumenta em 119 % a retenção de água na celulose.Aimin et al. (2005) (AIMIN, Tang et al. Influence of ultrasound treatment on accessibility and regioselective oxidation reactivity of cellulose. Ultrasonics Sonochemistry, [s. L.], v. 12, p.467-472, 2005) studied the influence of treatments 25 Khz and 400 W ultrasound progressive rates in cellulose accessibility by measuring water retention and found that a 720 second treatment increases the water retention in cellulose by 119%.

Este fenômeno pode ser explicado pela remoção da camada primária mais externa das fibras pela sonicação e conseqüentemente maior intumescimento da parede secundária da celulose.This phenomenon can be explained by the removal of the outermost primary layer of the fibers by sonication and consequently greater swelling of the secondary cellulose wall.

Petersson e Oksman (2006) (PETERSSON, L.; OKSMAN, K.. Biopolymer based nanocomposites:: Comparing layered silicates and microcrystalline cellulose as nanoreinforcement. Composites Science And Technology, [s.l.], v. 66, p.2187-2196, 07 fev. 2006) realizaram um comparativo interessante entre nanocelulose e nanosilicatos como reforço em Biopolímeros com matriz de ácido poliláctico. A nanocelulose foi obtida pela sonicação durante uma hora e meia da celulose em meio aquoso e mais trinta minutos em clorofórmio. A celulose utilizada foi a celulose micro cristalina comercial Ceolus Kg 802 da Asahi Kasei corporation. Desvantajosamente, a técnica descrita utiliza clorofórmio durante o processo de obtenção da nanocelulose restringindo ou inviabilizando sua aplicação em escala industrial.Petersson and Oksman (2006) (PETERSSON, L.; OKSMAN, K. .. Biopolymer based nanocomposites :: Comparing layered silicates and microcrystalline cellulose as nanoreinforcement. Composites Science And Technology, [sl], v. 66, p.2187-2196, 07 Feb. 2006) made an interesting comparison between nanocellulose and nanosilicates as reinforcement in polylactic acid matrix biopolymers. Nanocellulose was obtained by sonication for one and a half hours of the cellulose in aqueous medium and another thirty minutes in chloroform. The cellulose used was commercial microcrystalline cellulose Ceolus Kg 802 from Asahi Kasei corporation. Disadvantageously, the described technique utilizes chloroform during the process of obtaining nanocellulose, restricting or making its application on an industrial scale unfeasible.

Zhang et al. (2007) (ZHANG, Jianguo et al. Facile synthesis of spherical cellulose nanoparticles. Carbohydrate Polymers, [s.l.], v. 69, p.607-611, 07 fev. 2007) produziram nanopartículas esféricas de celulose utilizando uma forte hidrólise ácida seguida de várias horas de sonicação. A hidrólise ácida foi combinada utilizando ácido clorídrico 12,1 N e ácido sulfúrico 36 N. Desvantajosamente, hidrólises muito agressivas, como a proposta por Zhang et al (2007), impedem a obtenção de nanofibrilas, ainda mais quando se realiza a sonicação no próprio meio ácido.Zhang et al. (2007) (ZHANG, Jianguo et al. Facile synthesis of spherical cellulose nanoparticles. Carbohydrate Polymers, [sl], v. 69, p.607-611, Feb. 07, 2007) produced spherical cellulose nanoparticles using strong acid hydrolysis followed by of several hours of sonication. Acid hydrolysis was combined using 12.1 N hydrochloric acid and 36 N sulfuric acid. Disadvantageously, very aggressive hydrolysis, such as the one proposed by Zhang et al (2007), prevents nanofibrils from being obtained even when sonication is performed on one's own. acidic medium.

Pu et al. (2006) (PU, Yunqiao et al. Investigation into nanocellulosics versus acacia reiforced acrylic films. Composites: Part B: Engineering, [s.l], p. 360-366. 15 nov. 2006) utilizaram o mesmo método de Zhang et al. (2007) (ZHANG, Jianguo et al. Facile synthesis of spherical cellulose nanoparticles. Carbohydrate Polymers, [s.l.], v. 69, p.607-611, 07 fev. 2007) para produzir nanoesferas de celulose e as utilizou como reforço de filmes acrílico comparando também a utilização de nanofibrilas de celulose e fibras de acácia nos filmes. O método de obtenção de nanoesferas de Zhang et al. (2007) (ZHANG, Jianguo et al. Facile synthesis of spherical cellulose nanoparticles. Carbohydrate Polymers, [s.l.], v. 69, p.607-611, 07 fev. 2007) rendeu mais um estudo em que Zhang et al. (2008) (ZHANG, Jianguo et al. Oxidation and sulfonation of cellulosics. Cellulose, [s.l.], p. 489-496. 05 dez. 2008) utilizaram periodato de sódio para a oxidação das nanoesferas seguido de um tratamento com bissulfito de sódio para sulfonação. Como conseqüência da oxidação isolada há uma redução da retenção de água. Já nas celuloses oxidadas e sulfonadas há um aumento considerável da absorção de umidade, devido ao aumento de grupos ácidos SO3 e com a celulose em nanoescala este efeito é ainda mais potencializado pelo aumento da área superficial. Por isso, nanocelulose modificada (oxidada e sulfonada) são excelentes materiais para a utilização como absorventes biodegradáveis.Pu et al. (2006) (PU, Yunqiao et al. Investigation into nanocellulosics versus acacia reiforced acrylic films. Composites: Part B: Engineering, [s.l], p. 360-366. Nov 15, 2006) used the same method as Zhang et al. (2007) (ZHANG, Jianguo et al. Facile synthesis of spherical cellulose nanoparticles. Carbohydrate Polymers, [sl], v. 69, p.607-611, Feb. 07, 2007) to produce cellulose nanospheres and used them as reinforcement of Acrylic films also comparing the use of cellulose nanofibrils and acacia fibers in the films. The method of obtaining nanospheres by Zhang et al. (2007) (ZHANG, Jianguo et al. Facile synthesis of spherical cellulose nanoparticles. Carbohydrate Polymers, [s.l.], v. 69, p.607-611, Feb. 07, 2007) yielded another study in which Zhang et al. (2008) (ZHANG, Jianguo et al. Oxidation and sulfonation of cellulosics. Cellulose, [sl], pp. 489-496. 05 Dec. 2008) used sodium periodate for the oxidation of nanospheres followed by treatment with sodium bisulfite. for sulfonation. As a result of isolated oxidation there is a reduction in water retention. In oxidized and sulfonated celluloses there is a considerable increase in moisture absorption due to the increase of SO3 acid groups and with nanoscale cellulose this effect is further enhanced by the increase in surface area. Therefore, modified (oxidized and sulfonated) nanocellulose are excellent materials for use as biodegradable absorbents.

Ting e Yi (2008) (ZHANG, Jianguo et al. Oxidation and sulfonation of cellulosics. Cellulose, [s.l.], p. 489-496. 05 dez. 2008.) produziram fibrilas com um tamanho médio de 97 nm analisadas por um medidor de partículas a laser e a microscopia de transmissão eletrônica mostrou nanofibrilas com diâmetro variando de 10 a 30 nm e um comprimento de 70 a 400 nm. Para tanto, utilizaram a combinação de um tratamento químico com ácido sulfúrico 64 % durante duas horas com 5 gramas de algodão para 300 ml de ácido seguido pela sonicação durante 20 minutos. A sonicação foi feita em beckers de plástico com capacidade para 500 ml, o volume do banho utilizado foi de 300 ml. O ultrassom utilizado foi (Xinzhi Bio-tech company, Ningbo, China) de 1200 W e 20 Khz. Estas nanofibrilas foram utilizadas para o recobrimento de tecidos 100% poliéster, 100 % lã e 100 % algodão, com isso o fator de proteção contra ultravioleta destes tecidos aumentou em 20 % e a absorção de umidade por parte destes tecidos também aumentou significativamente. A presente invenção difere da descrita por Ting e Yi (2008) em especial na etapa que envolve a extração das fibras de algodão. Nesse estudo foi utilizado um ultrassom mais potente e antes da sonicação foi feito o refinamento de partículas. No nosso estudo não precisa do refinamento prévio.Ting and Yi (2008) (ZHANG, Jianguo et al. Oxidation and sulfonation of cellulosics. Cellulose, [sl], pp. 489-496. 05 Dec. 2008.) produced fibrils with an average size of 97 nm analyzed by a meter. of laser particles and electron transmission microscopy showed nanofibrils with a diameter ranging from 10 to 30 nm and a length of 70 to 400 nm. For this, they used a combination of a 64% sulfuric acid chemical treatment for two hours with 5 grams of cotton to 300 ml of acid followed by sonication for 20 minutes. The sonication was made in plastic beckers with capacity for 500 ml, the volume of the bath used was 300 ml. The ultrasound used was (Xinzhi Bio-tech company, Ningbo, China) 1200 W and 20 Khz. These nanofibrils were used to cover 100% polyester, 100% wool and 100% cotton fabrics, thus the ultraviolet protection factor of these fabrics increased by 20% and the moisture absorption by these fabrics also increased significantly. The present invention differs from that described by Ting and Yi (2008) especially in the step involving the extraction of cotton fibers. In this study a more powerful ultrasound was used and before sonication the particles were refined. In our study it does not need prior refinement.

Ahola et al. (2008) (AHOLA, Susanna; OSTERBERG, Monika; LAINE, Janne. Cellulose nanofibrils-adsorption with poly(amideamine) epichlorohydrin studied by QCM-D and application as a paper strenght additive. Cellulose, [s. L.], v. 15, p.303-314, 20 set. 2007) produziram nanofibrilas de celulose conforme Pàakko et al. (2007) (PÀÀKKÕ, M. et al. Enzymatic Hydroysis Combined with Mechanical Shearing and High-Pressure Homogenization for Nanoscale Cellulose Fibrils and Strong Gels. Biomacromolecules, Estados Unidos, p. 1934-1941. 09 mar. 2007)e as combinaram com um polieletrólito catiônico (poliamideamina epiclorohidrina) para aumentar resistência do papel a seco e a úmido. Depois que o polieletrólito é adsorvido pelas fibras do papel, as nanofibrilas podem também ser adsorvidas como cargas catiônicas formando uma camada mais rígida e consequentemente um sistema de duas camadas com a distribuição mais homogênea das substâncias na matriz de papel, economizando o uso de determinados aditivos utilizados no papel. Wâgberg et al. (2008) (WÂGBERG, Lars et al. The Build-Up of Polyelectrolyte Multilayers of Microfibrillated Cellulose and Cationic Polyelectrolytes. Langmuir, [s.l.],, p. 784-795. 01 nov. 2008) prepararam uma dispersão de nanofibrilas submetendo primeiro a celulose a carboximetilação, seguido da passagem por um homogeneizador de alta pressão, sonicação por 10 minutos e centrifugação. A caracterização das nanofibrilas revelaram diâmetros de 5 a 15 nm e um comprimento de 1 μm.Ahola et al. (2008) (AHOLA, Susanna; OSTERBERG, Monika; LAINE, Janne. Nanofibrils-adsorption cellulose with poly (amideamine) epichlorohydrin studied by QCM-D and application as a paper strength additive. Cellulose, [s. L.], v. 15, pp. 303-314, Sep. 20, 2007) produced cellulose nanofibrils according to Pàakko et al. (2007) (PÀÀKKÕ, M. et al. Enzymatic Hydroysis Combined with Mechanical Shearing and High-Pressure Homogenization for Nanoscale Cellulose Fibrils and Strong Gels. Biomacromolecules, United States, pp. 1934-1941. Mar 09, 2007) and combined them with a cationic polyelectrolyte (polyamideamine epichlorohydrin) to increase dry and wet paper strength. After the polyelectrolyte is adsorbed onto the paper fibers, nanofibrils can also be adsorbed as cationic charges forming a stiffer layer and consequently a two-layer system with more even distribution of substances in the paper matrix, saving the use of certain additives. used on paper. Wagberg et al. (2008) (WANGBERG, Lars et al. The Build-Up of Polyelectrolyte Multilayers of Microfibrillated Cellulose and Cationic Polyelectrolytes. Langmuir, [sl] ,, pp. 784-795. Nov 01, 2008) prepared a dispersion of nanofibrils by first subjecting carboxymethylation cellulose, followed by passage through a high pressure homogenizer, sonication for 10 minutes and centrifugation. The characterization of nanofibrils revealed diameters from 5 to 15 nm and a length of 1 μm.

Um dos polímeros mais utilizados no mundo moderno é o poliuretano, por isso não poderia faltar trabalhos científicos usando nanocelulose como reforço para estes materiais. Auad et al. (2008) (AUAD, Maria L et al. Characterization of nanocellulose-reinforced shape memory polyurethanes. Polymer International, [s.l.], p. 651-659. 13 dez. 2007) preparou a nanocelulose a partir da celulose micro cristalina comercial conhecida como Avicel PH-101 aplicando hidrólise ácida seguida de sonicação com um ultrassom de 24 KHZ e 160 W de potência. A hidrólise ácida é muito mais poluidora.One of the most widely used polymers in the modern world is polyurethane, so scientific works using nanocellulose as reinforcement for these materials could not be missed. Auad et al. (2008) (AUAD, Maria L et al. Characterization of nanocellulose-reinforced shape memory polyurethanes. Polymer International, [sl], pp. 651-659. Dec. 13, 2007) prepared nanocellulose from commercial microcrystalline cellulose known as Avicel PH-101 applying acid hydrolysis followed by sonication with an ultrasound of 24 KHZ and 160 W of power. Acid hydrolysis is much more polluting.

Outras tecnologias diferem quanto ao processo de obtenção de fibras e os processos envolvem, por exemplo, electrospinning, campo elétrico waveform (WO2008/063870). O documento de pedido de patente WO2004/094646-A1 descreve um método de preparo de um conjugado de hemicelulose (xylogucan) que compreende a adição de um ou mais grupos funcionais para redução de cadeias lateral a partir de xylogucan que é útil para ligar com material celulósico a ser produzido, há uma etapa de preparação que envolve digestão enzimática. (β - 1,4-endoglucanase, β - 1,4-galactosidase, xyloglucan endotransglycosidase (XET)). O pedido de patente PI9301190-3 difere completamente da presente invenção poi trata-se de um processo de obtenção de fibras de algodão por processo que envolve secagem em dois estágios, sendo o primeiro até 100° C e o segundo até 70° C (por até 20h). O algodão utilizado encontra-se no estágio de maçã. Usa-se para uniformizar a maturação gases como etileno, propileno, acetileno ou monóxido de carbono. O estado da técnica ressalta que, além da dimensão nanométrica, o formato filiforme é muito importante para que as cargas possam incrementar as propriedades mecânicas dos compósitos, característica esta, observada no produto relatado na presente invenção obido pelo método e processo também, objetos de invenção. Wong, Kasapis e Tan (2009) (WONG, Shen-siung; KASAPIS, Stefan; TAN, Yanfang Mabelyn. Bacterial and plant cellulose modification using ultrasound irradiation. Carbohydrate Polymers, [s. L.], p.1- 24, 2009) compararam a despolimerização de celulose vegetal e bacteriana após sonicação com ultrassom de 150 w e 37 Khz por 5,10,15 e 30 minutos.Other technologies differ in the process of obtaining fibers and the processes involve, for example, electrospinning, waveform electric field (WO2008 / 063870). Patent Application WO2004 / 094646-A1 describes a method of preparing a hemicellulose conjugate (xylogucan) comprising adding one or more side chain reduction functional groups from xylogucan which is useful for bonding with material. cellulosic to be produced, there is a preparation step that involves enzymatic digestion. (β - 1,4-endoglucanase, β - 1,4-galactosidase, xyloglucan endotransglycosidase (XET)). Patent application PI9301190-3 differs completely from the present invention in that it is a process of obtaining cotton fibers by process which involves two stage drying, the first up to 100 ° C and the second up to 70 ° C (for example until 20h). The cotton used is in the apple stage. It is used to standardize maturation gases such as ethylene, propylene, acetylene or carbon monoxide. The state of the art points out that, in addition to the nanometric dimension, the filiform shape is very important for the loads to increase the mechanical properties of composites, a characteristic observed in the product reported in the present invention obeyed by the method and process also objects of invention. . Wong, Kasapis and Tan (2009) (WONG, Shen-siung; KASAPIS, Stefan; TAN, Yanfang Mabelyn. Bacterial and plant cellulose modification using ultrasound irradiation. Carbohydrate Polymers, [s. L.], p.1-24, 2009 ) compared the depolymerization of plant and bacterial cellulose after sonication with 150 w and 37 Khz for 5,10,15 and 30 minutes.

Como podemos observar a incidência de trabalhos utilizando hidrólise ácida é maior devido à maior facilidade de se obter partículas nanométricas, porém em detrimento, o formato filiforme da celulose é totalmente perdido. Já com a hidrólise enzimática a obtenção das dimensões nanométricas é muito mais difícil, em contra partida obtêm-se feixes moleculares mais cumpridos.As we can see the incidence of work using acid hydrolysis is higher due to the easier to obtain nanometric particles, but to the detriment, the threadlike shape of the cellulose is totally lost. Already with enzymatic hydrolysis obtaining the nanometric dimensions is much more difficult, in contrast to obtain more molecular beams.

Diante do estado da técnica a presente invenção traz vantajosamente um método e um processo de obtenção de fibras de nanocelulose, as fibras de nanocelulose assim obtidas e o uso das mesmas. A invenção proposta compreende etapas que permite uma maior eficiência na penetração da enzima durante hidrólise, reduzindo o tempo de tratamento enzimático e o tempo de sonicação. A hidrólise enzimática é menos poluente do que a hidrólise ácida e o ultrassom é uma tecnologia amigável sem impactos ao meio ambiente. A fibra obtida pelo dito método e processo possui maior resistência física e térmica BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO A presente invenção descreve um novo e vantajoso método de obtenção de nanofibras filiformes de celulose sem refinamento ou pré-tratamento prévio. O dito método de obtenção de fibras de nanocelulose compreende as seguintes etapas (a) selecionar uma matéria-prima rica em celulose sem desidratação prévia; (b) extração das fibras da dita matéria-prima rica em celulose selecionada na etapa (a), sob imersão em água; (c) limpeza e branqueamento das fibras preferencialmente através da imersão da fibra obtida em (b) em solução contendo um agente saponificante, um detergente não iônico, peróxido de hidrogênio e, metasilicato de sódio; (d) aquecimento da solução descrita em (c) contendo a fibra, preferencialmente sob agitação; (e) aquecimento do conteúdo de (d) até o ponto de ebulição e , preferencialmente sob agitação; (f) lavagem das fibras preferencialmente com água morna e fria; (g) neutralização das fibras da etapa (f) com solução ácida; (h) reação de hidrólise enzimática; (i) sonicação nas fibras tratadas em (h), e (j) lavagem com água fria.In view of the state of the art, the present invention advantageously provides a method and process for obtaining nanocellulose fibers, the nanocellulose fibers thus obtained and the use thereof. The proposed invention comprises steps that allow for greater efficiency in enzyme penetration during hydrolysis, reducing enzyme treatment time and sonication time. Enzymatic hydrolysis is less polluting than acid hydrolysis and ultrasound is an environmentally friendly technology. The fiber obtained by said method and process has greater physical and thermal resistance. BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention describes a novel and advantageous method of obtaining filamentous cellulose nanofibers without refinement or pretreatment. Said method of obtaining nanocellulose fibers comprises the following steps (a) selecting a cellulose rich raw material without prior dehydration; (b) extracting the fibers from said cellulose rich raw material selected in step (a) under water immersion; (c) cleaning and bleaching the fibers preferably by soaking the fiber obtained in (b) in a solution containing a saponifying agent, a nonionic detergent, hydrogen peroxide and sodium metasilicate; (d) heating the solution described in (c) containing the fiber, preferably under agitation; (e) heating the contents of (d) to the boiling point and preferably under stirring; (f) washing the fibers preferably with warm and cold water; (g) neutralizing the fibers of step (f) with acidic solution; (h) enzymatic hydrolysis reaction; (i) sonication in the fibers treated in (h), and (j) cold water wash.

Mais especificamente o método de obtenção de fibras de nanocelulose compreende as seguintes etapas: (a) selecionar algodão, sem desidratação prévia, na forma in natura ou congelada ainda encapsulada na forma de capulho; (b) extração das fibras de algodão do dito capulho da etapa (a), sob imersão em água; (c) limpeza e branqueamento das fibras de algodão preferencialmente através da imersão da fibra obtida em (b) em solução contendo um agente saponificante, um detergente não iônico, peróxido de hidrogênio e, metasilicato de sódio; (d) aquecimento da solução descrita em (c) contendo a fibra de algodão até uma temperatura preferencialmente de 80° C por um tempo preferencial de 15 minutos, preferencialmente sob agitação; (e) aquecimento do conteúdo de (d) até o ponto de ebulição e manter sob fervura por um tempo preferencial de 30 minutos; (f) lavagem das fibras de algodão preferencialmente com água morna e fria; (g) neutralização das fibras da etapa; (f) lavagem com uma solução ácida; (h) reação de hidrólise enzimática; (i) sonicação das fibras que receberam tratamento enzimático em (h), e (j) lavagem com água fria. É um objeto adicional da presente invenção um processo de obtenção da dita fibra de nanocelulose. O dito processo de obtenção de fibras de nanocelulose compreende as seguintes etapas: (a) selecionar uma matéria-prima rica em celulose sem desidratação prévia; (b) extração das fibras da dita matéria-prima rica em celulose selecionada na etapa (a), sob imersão em água; (c) limpeza e branqueamento das fibras preferencialmente através da imersão da fibra obtida em (b) em solução contendo um agente saponificante, um detergente não iônico, peróxido de hidrogênio e, metasilicato de sódio; (d) aquecimento da solução descrita em (c) contendo a fibra, preferencialmente sob agitação; (e) aquecimento do conteúdo de (d) até o ponto de ebulição e manter sob fervura, preferencialmente sob agitação; (f) lavagem das fibras preferencialmente com água morna e fria;(g) neutralização das fibras da etapa (f) com solução ácida; (h) reação de hidrólise enzimática; (i) sonicação das fibras obtidas em h, e (j) lavagem com água fria.More specifically, the method for obtaining nanocellulose fibers comprises the following steps: (a) selecting cotton, without prior dehydration, in fresh or frozen form still encapsulated in the form of boll; (b) extracting the cotton fibers from said boll of step (a) under water immersion; (c) cleaning and bleaching the cotton fibers preferably by dipping the fiber obtained in (b) in solution containing a saponifying agent, a nonionic detergent, hydrogen peroxide and sodium metasilicate; (d) heating the solution described in (c) containing the cotton fiber to a temperature preferably 80 ° C for a preferred time of 15 minutes, preferably under stirring; (e) heating the contents of (d) to the boiling point and boiling for a preferred time of 30 minutes; (f) washing the cotton fibers preferably with warm and cold water; (g) neutralizing the fibers of the step; (f) washing with an acidic solution; (h) enzymatic hydrolysis reaction; (i) sonication of the fibers that received enzyme treatment in (h), and (j) cold water wash. A further object of the present invention is a process for obtaining said nanocellulose fiber. Said process for obtaining nanocellulose fibers comprises the following steps: (a) selecting a cellulose rich raw material without prior dehydration; (b) extracting the fibers from said cellulose rich raw material selected in step (a) under water immersion; (c) cleaning and bleaching the fibers preferably by soaking the fiber obtained in (b) in a solution containing a saponifying agent, a nonionic detergent, hydrogen peroxide and sodium metasilicate; (d) heating the solution described in (c) containing the fiber, preferably under agitation; (e) heating the contents of (d) to the boiling point and boiling preferably under stirring; (f) washing the fibers preferably with warm and cold water (g) neutralizing the fibers of step (f) with acidic solution; (h) enzymatic hydrolysis reaction; (i) sonication of the fibers obtained in h, and (j) cold water washing.

Mais especificamente o processo de obtenção de fibras de nanocelulose compreende as seguintes etapas: (a) selecionar algodão, sem desidratação prévia, na forma in natura ou congelada ainda encapsulada na forma de capulho; (b) extração das fibras de algodão do dito capulho da etapa (a), sob imersão em água; (c) limpeza e branqueamento das fibras de algodão preferencialmente através da imersão da fibra obtida em (b) em solução contendo um agente saponificante, um detergente não iônico, peróxido de hidrogênio e, metasilicato de sódio; (d) aquecimento da solução descrita em (c) contendo a fibra de algodão até uma temperatura preferencialmente de 80° C por um tempo preferencial de 15 minutos, preferencialmente sob agitação; (e) aquecimento do conteúdo de (d) até o ponto de ebulição e manter sob fervura por um tempo preferencial de 30 minutos, preferencialmente sob agitação; (f) lavagem das fibras de algodão preferencialmente com água morna e fria; (g) neutralização das fibras da etapa (f) com uma solução ácida; (h) reação de hidrólise enzimática; (i) sob sonicação, e (j) lavagem com água fria. É um objeto da presente invenção, uma fibra de nanocelulose caracterizada por ser em formato filiforme compreendendo um tamanho preferencialmente entre 1 e 30 μm e um diâmetro preferencialmente a partir de 40 nm. O uso da fibra de nanocelulose para artigos têxteis, papel, cosméticos, produtos que requerem maior resistência mecânica e térmica, em papel de alta resistência, em embalagens, em filtros especiais para captura de vírus e bactérias, em suporte para crescimento de células, mímica de estruturas biológicas tais como estruturas ósseas, vasculares, cartilagens e ligamentos e, em biomateriais.More specifically, the process for obtaining nanocellulose fibers comprises the following steps: (a) selecting cotton, without prior dehydration, in fresh or frozen form still encapsulated in the form of boll; (b) extracting the cotton fibers from said boll of step (a) under water immersion; (c) cleaning and bleaching the cotton fibers preferably by soaking the fiber obtained in (b) in solution containing a saponifying agent, a nonionic detergent, hydrogen peroxide and sodium metasilicate; (d) heating the solution described in (c) containing the cotton fiber to a temperature preferably 80 ° C for a preferred time of 15 minutes, preferably under stirring; (e) heating the contents of (d) to the boiling point and boiling for a preferred time of 30 minutes, preferably under stirring; (f) washing the cotton fibers preferably with warm and cold water; (g) neutralizing the fibers of step (f) with an acidic solution; (h) enzymatic hydrolysis reaction; (i) under sonication; and (j) washing with cold water. It is an object of the present invention, a nanocellulose fiber characterized in that it is in a filiform shape comprising a size preferably between 1 and 30 μm and a diameter preferably from 40 nm. The use of nanocellulose fiber for textiles, paper, cosmetics, products requiring higher mechanical and thermal resistance, high strength paper, packaging, special filters to capture viruses and bacteria, cell growth support, mimics of biological structures such as bone, vascular, cartilage and ligament structures and in biomaterials.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Figura 1: Comprimento médio representativo obtido por microscópio eletrônico de varredura das fibras da presente invenção.Figure 1: Representative average length obtained by scanning electron microscope of the fibers of the present invention.

Figura 2: Diâmetro médio representativo obtido por microscópio eletrônico de varredura das fibras da presente invenção.Figure 2: Representative mean diameter obtained by scanning fiber electron microscope of the present invention.

Figura 3: Nanofibras representativa obtidas obtidas por microscópio eletrônico de varredura das fibras da presente invenção.Figure 3: Representative nanofibers obtained by scanning fiber electron microscope of the present invention.

Figura 4: Distribuição de tamanhos de partícula das fibras da presente invenção.Figure 4: Particle size distribution of the fibers of the present invention.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um método e um processo de obtenção de fibras de nanocelulose, a partir de uma matéria-prima rica em celulose em que o aperfeiçoamento consiste na seleção de uma matéria-prima rica em celulose sem desidratação prévia preferencialmente selecionada dentre fibras de algodão na forma in natura ou congelada e encapsulada (capulho). São objetos adicionais da presente invenção uma fibra de nanocelulose e uso da dita fibra em artigos têxteis, papel, cosméticos, produtos que requerem maior resistência mecânica e térmica, em papel de alta resistência, em embalagens, em filtros especiais para captura de vírus e bactérias, em suporte para crescimento de células, mímica de estruturas biológicas tais como estruturas ósseas, vasculares, cartilagens e ligamentos e, em biomateriais. Método de obtenção de fibras de nanocelulose O dito método de obtenção de fibras de nanocelulose compreende as seguintes etapas: (a) selecionar uma matéria-prima rica em celulose sem desidratação prévia; (b) extração das fibras da dita matéria-prima rica em celulose selecionada na etapa (a), sob imersão em água; (c) limpeza e branqueamento das fibras preferencialmente através da imersão da fibra obtida em (b) em solução contendo um agente saponificante, um detergente não iônico, peróxido de hidrogênio e, metasilicato de sódio; (d) aquecimento da solução descrita em (c) contendo a fibra, preferencialmente sob agitação; (e) aquecimento do conteúdo de (d) até o ponto de ebulição e , preferencialmente sob agitação; (f) lavagem das fibras preferencialmente com água morna e fria; (g) neutralização das fibras da etapa (f) com solução ácida; (h) reação de hidrólise enzimática; (i) sonicação nas fibras tratadas em (h), e (j) lavagem com água fria.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method and process for obtaining nanocellulose fibers from a cellulose rich raw material wherein the improvement consists in selecting a dehydrated cellulose rich raw material. preview is preferably selected from fresh or frozen and encapsulated cotton fibers (boll). Additional objects of the present invention are a nanocellulose fiber and use of said fiber in textiles, paper, cosmetics, products requiring greater mechanical and thermal resistance, in high strength paper, in packaging, in special filters for capturing viruses and bacteria. , in support of cell growth, mimicry of biological structures such as bone, vascular, cartilage and ligament structures, and in biomaterials. Method for obtaining nanocellulose fibers Said method for obtaining nanocellulose fibers comprises the following steps: (a) selecting a cellulose rich raw material without prior dehydration; (b) extracting the fibers from said cellulose rich raw material selected in step (a) under water immersion; (c) cleaning and bleaching the fibers preferably by soaking the fiber obtained in (b) in a solution containing a saponifying agent, a nonionic detergent, hydrogen peroxide and sodium metasilicate; (d) heating the solution described in (c) containing the fiber, preferably under agitation; (e) heating the contents of (d) to the boiling point and preferably under stirring; (f) washing the fibers preferably with warm and cold water; (g) neutralizing the fibers of step (f) with acidic solution; (h) enzymatic hydrolysis reaction; (i) sonication in the fibers treated in (h), and (j) cold water wash.

Mais especificamente o método de obtenção de fibras de nanocelulose compreende as seguintes etapas: (a) selecionar algodão, sem desidratação prévia, na forma in natura ou congelada ainda encapsulada na forma de capulho; (b) extração das fibras de algodão do dito capulho da etapa (a), sob imersão em água; (c) limpeza e branqueamento das fibras de algodão preferencialmente através da imersão da fibra obtida em (b) em solução contendo um agente saponificante, um detergente não iônico, peróxido de hidrogênio e, metasilicato de sódio; (d) aquecimento da solução descrita em (c) contendo a fibra de algodão até uma temperatura preferencialmente de 80° C por um tempo preferencial de 15 minutos, preferencialmente sob agitação; (e) aquecimento do conteúdo de (d) até o ponto de ebulição e manter sob fervura por um tempo preferencial de 30 minutos; (f) lavagem das fibras de algodão preferencialmente com água morna e fria; (g) neutralização das fibras da etapa (f) com uma solução ácida; (h) reação de hidrólise enzimática; (i) sonicação das fibras que receberam tratamento enzimático em (h), e (j) lavagem com água fria.More specifically, the method for obtaining nanocellulose fibers comprises the following steps: (a) selecting cotton, without prior dehydration, in fresh or frozen form still encapsulated in the form of boll; (b) extracting the cotton fibers from said boll of step (a) under water immersion; (c) cleaning and bleaching the cotton fibers preferably by dipping the fiber obtained in (b) in solution containing a saponifying agent, a nonionic detergent, hydrogen peroxide and sodium metasilicate; (d) heating the solution described in (c) containing the cotton fiber to a temperature preferably 80 ° C for a preferred time of 15 minutes, preferably under stirring; (e) heating the contents of (d) to the boiling point and boiling for a preferred time of 30 minutes; (f) washing the cotton fibers preferably with warm and cold water; (g) neutralizing the fibers of step (f) with an acidic solution; (h) enzymatic hydrolysis reaction; (i) sonication of the fibers that received enzyme treatment in (h), and (j) cold water wash.

De acordo com a etapa (h) do dito método, a dita solução ácida pode ser preferencialmente ácido acético 1%.According to step (h) of said method, said acid solution may preferably be 1% acetic acid.

De acordo com a etapa (h) do dito método, a reação de hidrólise enzimática ocorre com enzimas selecionadas dentre endoglucanase, exoglucanase e, mistura dos mesmos.According to step (h) of said method, the enzymatic hydrolysis reaction occurs with enzymes selected from endoglucanase, exoglucanase and mixture thereof.

Uma configuração preferencial do dito método de obtenção de fibras de nanocelulose compreende uma etapa (h) na qual se seleciona preferencialmente uma mistura de enzima endoglucanase e exoglucanase. A dita mistura de enzimas descrito anteriormente compreende uma solução contendo uma mistura de enzimas sendo uma faixa de concentração de cada uma das enzimas preferencial entre 1 e 29 mais preferencialmente 30 g/L. A dita etapa (h) compreende uma temperatura preferencial 55°C, um tempo aproximado 48 horas e, um pH tamponado preferencialmente dentre 5,0 e 5,5.A preferred embodiment of said method of obtaining nanocellulose fibers comprises a step (h) in which a mixture of endoglucanase and exoglucanase enzyme is preferably selected. Said enzyme mixture described above comprises a solution containing an enzyme mixture with a concentration range of each enzyme being preferably between 1 and 29, more preferably 30 g / l. Said step (h) comprises a preferred temperature 55 ° C, an approximate time 48 hours and a buffered pH preferably between 5.0 and 5.5.

De acordo com a etapa (i), a sonicação sob refrigeração compreende preferencialmente uma potencia entre 400 e 1000 W e, freqüência entre 20 e 24 Khz. A etapa (h) compreende uma proporção massa de algodão para massa de solução enzimática preferencialmente de 1:20.According to step (i), the sonication under refrigeration preferably comprises a power between 400 and 1000 W and a frequency between 20 and 24 Khz. Step (h) comprises a cotton mass to enzyme solution mass ratio of preferably 1:20.

Conforme descrito anteriormente, a presente invenção compreende um processo de obtenção de fibras de nanocelulose.As described above, the present invention comprises a process for obtaining nanocellulose fibers.

Processo de obtenção de fibras de nanocelulose O dito processo de obtenção de fibras de nanocelulose compreende as seguintes etapas: (a) selecionar uma matéria-prima rica em celulose sem desidratação prévia; (b) extração das fibras da dita matéria-prima rica em celulose selecionada na etapa (a), sob imersão em água; (c) limpeza e branqueamento das fibras preferencialmente através da imersão da fibra obtida em (b) em solução contendo um agente saponificante, um detergente não iônico, peróxido de hidrogênio e, metasilicato de sódio; (d) aquecimento da solução descrita em (c) contendo a fibra, preferencialmente sob agitação; (e) aquecimento do conteúdo de (d) até o ponto de ebulição e manter sob fervura, preferencialmente sob agitação; (f) lavagem das fibras preferencialmente com água morna e fria; (g) neutralização das fibras da etapa (f) com solução ácida; (h) reação de hidrólise enzimática; (i) sonicação das fibras obtidas em h, e (j) lavagem com água fria.Process for obtaining nanocellulose fibers Said process for obtaining nanocellulose fibers comprises the following steps: (a) selecting a cellulose rich raw material without prior dehydration; (b) extracting the fibers from said cellulose rich raw material selected in step (a) under water immersion; (c) cleaning and bleaching the fibers preferably by soaking the fiber obtained in (b) in a solution containing a saponifying agent, a nonionic detergent, hydrogen peroxide and sodium metasilicate; (d) heating the solution described in (c) containing the fiber, preferably under agitation; (e) heating the contents of (d) to the boiling point and boiling preferably under stirring; (f) washing the fibers preferably with warm and cold water; (g) neutralizing the fibers of step (f) with acidic solution; (h) enzymatic hydrolysis reaction; (i) sonication of the fibers obtained in h, and (j) cold water washing.

Mais especificamente o processo de obtenção de fibras de nanocelulose compreende as seguintes etapas: (a) selecionar algodão, sem desidratação prévia, na forma in natura ou congelada ainda encapsulada na forma de capulho; (b) extração das fibras de algodão do dito capulho da etapa (a), sob imersão em água; (c) limpeza e branqueamento das fibras de algodão preferencialmente através da imersão da fibra obtida em (b) em solução contendo um agente saponificante, um detergente não iônico, peróxido de hidrogênio e, metasilicato de sódio; (d) aquecimento da solução descrita em (c) contendo a fibra de algodão até uma temperatura preferencialmente de 80° C por um tempo preferencial de 15 minutos, preferencialmente sob agitação; (e) aquecimento do conteúdo de (d) até o ponto de ebulição e manter sob fervura por um tempo preferencial de 30 minutos, preferencialmente sob agitação; (f) lavagem das fibras de algodão preferencialmente com água morna e fria; (g) neutralização das fibras da etapa (f) com uma solução ácida; (h) reação de hidrólise enzimática; (i) sob sonicação, e (j) lavagem com água fria.More specifically, the process for obtaining nanocellulose fibers comprises the following steps: (a) selecting cotton, without prior dehydration, in fresh or frozen form still encapsulated in the form of boll; (b) extracting the cotton fibers from said boll of step (a) under water immersion; (c) cleaning and bleaching the cotton fibers preferably by dipping the fiber obtained in (b) in solution containing a saponifying agent, a nonionic detergent, hydrogen peroxide and sodium metasilicate; (d) heating the solution described in (c) containing the cotton fiber to a temperature preferably 80 ° C for a preferred time of 15 minutes, preferably under stirring; (e) heating the contents of (d) to the boiling point and boiling for a preferred time of 30 minutes, preferably under stirring; (f) washing the cotton fibers preferably with warm and cold water; (g) neutralizing the fibers of step (f) with an acidic solution; (h) enzymatic hydrolysis reaction; (i) under sonication; and (j) washing with cold water.

De acordo com a etapa (h), a dita solução ácida pode ser preferencialmente ácido acético 1%.According to step (h), said acidic solution may preferably be 1% acetic acid.

De acordo com a etapa (h), a reação de hidrólise enzimática ocorre com enzimas selecionadas dentre endoglucanase, exoglucanase e, mistura dos mesmos.According to step (h), the enzymatic hydrolysis reaction occurs with enzymes selected from endoglucanase, exoglucanase and mixture thereof.

Uma configuração preferencial do dito processo de obtenção de fibras de nanocelulose compreende uma etapa (h) na qual se seleciona preferencialmente uma mistura de enzima endoglucanase e exoglucanase. A dita mistura de enzimas descrito anteriormente compreende uma solução contendo uma mistura de enzimas sendo uma faixa de concentração de cada uma das enzimas preferencial entre 1 e 29 mais preferencialmente 30 g/L. A dita etapa (h) compreende uma temperatura preferencial 55°C, um tempo aproximado 48 horas e, um pH tamponado preferencialmente dentre 5,0 e 5,5.A preferred embodiment of said nanocellulose fiber making process comprises a step (h) in which a mixture of endoglucanase and exoglucanase enzyme is preferably selected. Said enzyme mixture described above comprises a solution containing an enzyme mixture with a concentration range of each enzyme being preferably between 1 and 29, more preferably 30 g / l. Said step (h) comprises a preferred temperature 55 ° C, an approximate time 48 hours and a buffered pH preferably between 5.0 and 5.5.

De acordo com a etapa (i), a sonicação sob refrigeração compreende preferencialmente uma potência entre 400 e 1000 W e, freqüência entre 20 e 24 KHz. A etapa (h) compreende uma proporção massa de algodão para massa de solução enzimática preferencialmente de 1:20.According to step (i), the sonication under refrigeration preferably comprises a power between 400 and 1000 W and frequency between 20 and 24 KHz. Step (h) comprises a cotton mass to enzyme solution mass ratio of preferably 1:20.

Depois de finalizado o dito método de obtenção ou o processo de obtenção de nanofibras de celulose, o dito produto deve ser armazenado em meios de conservação compreendendo preferencialmente uma solução aquosa contendo um fungicida ou bactericida.Upon completion of said method of obtaining or the process of obtaining cellulose nanofibers, said product should be stored in preserving media preferably comprising an aqueous solution containing a fungicide or bactericide.

Produto - fibra de nanocelulose É um objeto adicional da presente invenção a fibra de nanocelulose obtida pelo método e processo descritos na presente invenção, vantajosamente tem formato filiforme. O dito formato confere facilidade de adesão à matriz polimérica para formação de compósitos em comparação às fibras em formato granulares obtidos por outros processos. Os produtos desta invenção são nanofibrilas e micro-fibrilas de celulose de alta pureza, obtidas por um processo que permite alta acessibilidade a reagentes, obtidas a partir de matéria-prima rica em celulose sem desidratação prévia, preferencialmente algodão. As ditas fibras compreendem diâmetros a partir de 40 nm mais preferencialmente com um comprimento médio entre 1 a 30 μm.Nanocellulose Fiber Product It is a further object of the present invention that nanocellulose fiber obtained by the method and process described in the present invention advantageously has a filiform shape. Said shape confers ease of adhesion to the polymeric matrix for compositing as compared to granular shaped fibers obtained by other processes. The products of this invention are high purity cellulose nanofibrils and microfibrils, obtained by a process which allows high reagent accessibility, obtained from cellulose rich raw material without prior dehydration, preferably cotton. Said fibers comprise diameters from 40 nm more preferably with an average length between 1 and 30 μm.

As ditas fibras de nanocelulose foram caracterizadas utilizando microscopia eletrônica de varredura com recobrimento de ouro e aparelho para medição de partículas a laser modelo Master Size. Para efeito de concretização da presente invenção, sem, no entanto restringir, foi determinado o tamanho de partículas, e medidas que evidenciam a presença de nanofibrilas de celulose, evidenciando uma hierarquia de estruturas através da presença de vários tipos de estruturas, com dimensões diferentes.,.A variável distribuição de tamanhos das partículas pode ser controlada através das condições operacionais do processo de obtenção das mesmas mais especificamente da etapa envolvendo a hidrólise.Said nanocellulose fibers were characterized using gold-coated scanning electron microscopy and Master Size laser particle measuring apparatus. For the purposes of the present invention, without, however, restricting, particle size and measurements showing the presence of cellulose nanofibrils have been determined, showing a hierarchy of structures through the presence of various types of structures with different dimensions. The variable particle size distribution can be controlled by the operating conditions of the particle size process, more specifically the hydrolysis step.

Uso É um objeto adicional da presente invenção o uso da referida fibra de nanocelulose em artigos têxteis, papel, cosméticos, nanocompósitos que requerem maior resistência mecânica e térmica, em papel de alta resistência, em embalagens, em filtros especiais para captura de vírus e bactérias, em suporte para crescimento de células, mímica de estruturas biológicas tais como estruturas ósseas, vasculares, cartilagens e ligamentos e, em biomateriais.Usage It is a further object of the present invention the use of said nanocellulose fiber in textile, paper, cosmetics, nanocomposites requiring higher mechanical and thermal resistance, in high strength paper, in packaging, in special filters for capturing viruses and bacteria. , in support of cell growth, mimicry of biological structures such as bone, vascular, cartilage and ligament structures, and in biomaterials.

Exemplo de concretização Para efeito de concretização da presente invenção, sem, no entanto, restringir o escopo de proteção da mesma. A primeira etapa (a) do método de obtenção da nanofibra de celulose compreende a seleção uma matéria-prima rica em celulose sem desidratação prévia. A matéria-prima rica em celulose pode ser selecionada dentre algodão, viscose e outras fontes. No presente exemplo, selecionou-se algodão, sem desidratação prévia, na forma in natura ainda encapsulada na forma de capulhos de algodão da variedade Nuopal. Os mesmos foram colhidos antes da abertura do capulho. A segunda etapa (b) compreende a extração das fibras de algodão do dito capulho da etapa (a), sob imersão em água, o algodão foi descascado e descaroçado e, mantido imerso em água durante todo o processo até a obtenção das nanofibrilas. A dita etapa de extração, descrita anteriormente, evita que as fibras sofram uma transformação estrutural e irreversível decorrente da secagem, conhecida como “hornification”. A transformação estrutural reduz significativamente a acessibilidade do sistema a processos químicos a partir da biomassa ligno-celulósica. As fibras de algodão sem desidratação prévia possuem os poros muito mais abertos facilitando qualquer tratamento químico. A terceira etapa (c) compreende limpeza e branqueamento das fibras do algodão preferencialmente através da imersão da fibra obtida em (b) em solução contendo um agente saponificante, um detergente não iônico, peróxido de hidrogênio e, metasilicato de sódio. No referido exemplo de concretização, a dita solução compreendendo um agente saponificante hidróxido de sódio 38° Bé em concentração preferencialmente de 10mL/L, um detergente não iônico em concetração preferencial de 2 g/L como por exemplo Kieralon da BASF, sem no entanto restringir, peróxido de hidrogênio preferencialmente 200% e concentração de 8 mL/L e um agente de limpeza e branqueamento selecionado dentre os silicatos mais preferencialmente silicato sódio em concentração preferencial de 0,5 g/L. Nesta etapa a proporção preferencial de massa de solução para massa de fibras é de 20:1. Para efeito de esclarecimento, o dito agente de limpeza e branqueamento aumenta a hidrofilidade eliminando impurezas sólidas como cascas e também lignininas, hemicelulose, pectinas e outros óleos e ceras naturais.Embodiment Example For purposes of embodiment of the present invention, without, however, restricting the scope of protection thereof. The first step (a) of the method of obtaining cellulose nanofiber comprises selecting a cellulose rich raw material without prior dehydration. Cellulose rich raw material can be selected from cotton, viscose and other sources. In the present example, cotton was selected, without previous dehydration, in fresh form and still encapsulated as Nuopal cotton bolls. They were harvested before the opening of the boll. The second step (b) comprises extracting the cotton fibers from said boll of step (a) under water immersion, the cotton was peeled and ginned and kept immersed in water throughout the process until the nanofibrils were obtained. Said extraction step, described above, prevents the fibers from undergoing a structural and irreversible transformation due to drying, known as "hornification". Structural transformation significantly reduces the accessibility of the system to chemical processes from lignocellulosic biomass. Cotton fibers without prior dehydration have much more open pores facilitating any chemical treatment. The third step (c) comprises cleaning and bleaching the cotton fibers preferably by dipping the fiber obtained in (b) in solution containing a saponifying agent, a nonionic detergent, hydrogen peroxide and sodium metasilicate. In said embodiment, said solution comprising a 38 ° B sodium hydroxide saponifying agent is in a concentration preferably of 10mL / L, a non-ionic detergent with preferential concentration of 2g / L as for example BASF Kieralon, without however restricting hydrogen peroxide preferably 200% and concentration of 8 mL / L and a cleaning and bleaching agent selected from the most preferably sodium silicate at a preferred concentration of 0.5 g / L. At this stage the preferred ratio of solution mass to fiber mass is 20: 1. For purposes of clarity, said cleansing and bleaching agent enhances hydrophilicity by eliminating solid impurities such as peels and also ligninins, hemicellulose, pectins and other natural oils and waxes.

Uma etapa posterior (d) compreende aquecimento da solução descrita em (c) contendo a fibra de algodão até uma temperatura de 80° C por um tempo de 15 minutos. Seguido pela etapa (e) de aquecimento do conteúdo de (d) até o ponto de ebulição e manter sob fervura por um tempo de 30 minutos, sob agitação. A etapa posterior (f) compreende lavagem das fibras de algodão com água morna e fria.A further step (d) comprises heating the solution described in (c) containing the cotton fiber to a temperature of 80 ° C for a time of 15 minutes. Followed by step (e) heating the contents of (d) to the boiling point and boiling for 30 minutes while stirring. The further step (f) comprises washing the cotton fibers with warm and cold water.

Seguida da etapa (g) de neutralização das fibras da etapa (f) com uma solução de ácido acético 1 %.Followed by step (g) of neutralizing the fibers of step (f) with a 1% acetic acid solution.

Uma das últimas etapas do dito processo de obtenção de fibras de nanocelulose compreende uma reação de hidrólise enzimática (h) seguida de sonicação (i). No dito exemplo de concretização foi selecionada uma mistura de duas enzimas, sem no entanto restringir, compreendendo endoglucanase e exoglucanase objetivando criar uma sinergia suficiente para provocar a micro fibrilação da celulose. As endoglucanases atacam e clivam as cadeias celulósicas diminuindo o seu tamanho e as exoglucanases atacam somente as pontas das cadeias clivadas realizando um trabalho de refinamento e diminuição final da cadeia. No presente exemplo, as concentrações de enzimas foram de 30 g/L de endoglucanase e 30 g/L de exoglucanase sendo a razão massa de algodão molhado (por grama) para volume de solução enzimática de 1:20 e, a reação de hidrólise ocorreu durante 48 horas a 55°C em estufa com pH tamponado entre 5,0 e 5,5 (ácido acético e acetato de sódio). Durante a etapa de hidrólise preferencialmente sob sonicação sob refrigeração através do resfriamento da solução sonicada de celulose utilizando no presente exemplo de concretização, dietileno glicol a -10°C em um banho termostático de circulação (Thermocooltech 320) com sonotrodos de titânio de 40 mm de diâmetro e comprimento variável entre 100 e 125 mm sem no entanto restringir forma, equipamentos e sonotrodos. A potência preferencial do meio de sonicação é ajustado entre 400 e 1000 Watts e freqüência variável entre 20 e 24 Khz. No referido exemplo, uma proporção de 3:25 de fibra de celulose obtida pelas etapas posteriormente descritas para volume de solução aquosa foi submetida a sonicação.One of the last steps of said nanocellulose fiber making process comprises an enzymatic hydrolysis reaction (h) followed by sonication (i). In said exemplary embodiment a mixture of two, but not restricted, enzymes comprising endoglucanase and exoglucanase was selected to create sufficient synergy to cause micro fibrillation of the cellulose. The endoglucanases attack and cleave the cellulosic chains decreasing their size and the exoglucanases attack only the ends of the cleaved chains performing a refinement work and final reduction of the chain. In the present example, enzyme concentrations were 30 g / l endoglucanase and 30 g / l exoglucanase with the ratio of wet cotton mass (per gram) to enzyme solution volume 1:20, and the hydrolysis reaction occurred. for 48 hours at 55 ° C in a 5.0 to 5.5 pH buffer oven (acetic acid and sodium acetate). During the hydrolysis step preferably under sonication under refrigeration by cooling the sonicated cellulose solution using in the present embodiment diethylene glycol at -10 ° C in a circulating thermostatic bath (Thermocooltech 320) with 40 mm titanium sonotrodes. diameter and length varying from 100 to 125 mm without restricting shape, equipment and sonotrodes. The preferred power of the sonication medium is set between 400 and 1000 Watts and variable frequency between 20 and 24 Khz. In said example, a ratio of 3:25 of cellulose fiber obtained by the steps described below to volume of aqueous solution was subjected to sonication.

Posteriormente à etapa de sonicação (i), tem-se uma etapa de lavagem com água fria (j).After the sonication step (i), there is a cold water wash step (j).

Durante os períodos de armazenamento das fibras, estas foram conservadas em solução aquosa contendo um fungicida ou bactericida como, por exemplo, o etil(2-mercaptobenzoato-(2-)-O,S) mercurato (1-) sódio para evitar a proliferação de fundos e bactérias em uma proporção preferencial de 1:100 do ativo para água. Uma temperatura de conservação selecionada, no exemplo de concretização da presente invenção, sem, no entanto, restringir o escopo da presente invenção foi de 4°C.During the storage periods of the fibers, they were stored in an aqueous solution containing a fungicide or bactericide such as ethyl (2-mercaptobenzoate- (2 -) - O, S) mercurate (1-) sodium to prevent proliferation. of funds and bacteria at a preferred ratio of 1: 100 from active to water. A selected storage temperature in the exemplary embodiment of the present invention without, however, restricting the scope of the present invention was 4 ° C.

Vantajosamente a presente invenção reúne características importantes do ponto de vista de processo amigável ao meio ambiente, pois a hidrólise enzimática é menos poluente do que a hidrólise ácida e o ultrassom é uma tecnologia amigável sem impactos ao meio ambiente. O produto obtido pelo dito processo descrito no exemplo de concretização pode ser observado nas Figuras 1 a 4, onde a Figura 1 mostra o comprimento médio representativo obtido por microscópio eletrônico de varredura, a Figura 2 mostra o diâmetro médio representativo encontrado por microscópio eletrônico de varredura, a Figura 3 apresenta nanofibras representativa obtidas pelo referida invenção e, a Figura 4 mostra a distribuição de tamanhos de partícula das fibras obtidas pela presente invenção.Advantageously, the present invention has important features from an environmentally friendly process point of view, as enzymatic hydrolysis is less polluting than acid hydrolysis and ultrasound is an environmentally friendly technology. The product obtained by said process described in the embodiment example can be seen in Figures 1 to 4, where Figure 1 shows the representative average length obtained by scanning electron microscope, Figure 2 shows the representative average diameter found by scanning electron microscope Figure 3 shows representative nanofibers obtained by said invention and Figure 4 shows the particle size distribution of the fibers obtained by the present invention.

QUADRO REIVINDICATÓRIOCLAIM FRAMEWORK

Claims

Method for obtaining nanocellulose fibers comprising the following steps: (a) selecting a cellulose rich raw material without prior dehydration; (b) extracting the fibers from said cellulose rich raw material selected in step (a) under water immersion; (c) cleaning and bleaching the fibers by soaking the fiber obtained in (b) in a solution containing a saponifying agent, a nonionic detergent, hydrogen peroxide and sodium metasilicate; (d) heating the solution described in (c) containing the fiber under stirring; (e) heating the contents of (d) to the boiling point and boiling under stirring; (f) washing the fibers with warm and cold water; (g) neutralizing the fibers of step (f) with acidic solution; (h) enzymatic hydrolysis reaction; (i) sonication, and (j) cold water washing.

Method according to claim 1, characterized in that it comprises the steps of: (a) selecting cotton, without prior dehydration, in fresh or frozen form still encapsulated in the form of boll; (b) extracting the cotton fibers from said boll of step (a) under water immersion; (c) cleaning and bleaching the cotton fibers by dipping the fiber obtained in (b) in a solution containing a saponifying agent, a nonionic detergent, hydrogen peroxide and sodium metasilicate; (d) heating the solution described in (c) containing the cotton fiber to a temperature of 80 ° C for a preferred time of 15 minutes; (e) heating the contents of (d) to the boiling point and boiling for 30 minutes; (f) washing the cotton fibers with warm and cold water; (g) neutralizing the fibers of step (f) with an acidic solution; (h) enzymatic hydrolysis reaction; (i) sonication of the fibers obtained in (h), and (j) cold water wash.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that step (h) comprises an acidic 1% acetic acid solution.

Method according to claim 3, characterized in that said step (h) occurs with enzymes selected from endoglucanase, exoglucanase and mixture thereof.

Method according to claim 3, characterized in that said step (h) in which a mixture of endoglucanase and exoglucanase enzyme is selected.

Method according to claim 5, characterized in that said solution containing an enzyme mixture comprising a concentration range of each enzyme between 1 and 30, more preferably 30 g / l.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that step (h) operates at a temperature of 55 ° C and a buffered pH between 5.0 and 5.5.

Method according to claim 7, characterized in that it is for a time of 48 hours.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that in the hydrolysis step (h) comprises a ratio of cotton mass to mass of enzyme solution of 1:20.

Process according to Claim 1 or 2, characterized in that the sonication of said step (i) under refrigeration comprises a power between 400 and 1000 W and a frequency between 20 and 24 Khz.

Nanocellulose fiber produced according to claim 1, characterized in that it is in a filiform shape comprising a size between 1 and 30 μm and a diameter from 40 nm.

Use of nanocellulose fiber as defined in claim 11, characterized in that it is an element for textiles, paper, cosmetics, products requiring higher mechanical and thermal resistance, high strength paper, packaging, and special filters for capturing viruses and bacteria, in support of cell growth, mimicking biological structures such as bone, vascular, cartilage and ligament structures, and in biomaterials.