ES3009597T3 - Process of producing fibrillated nanocellulose with low energy consumption - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a la separación de pulpa de celulosa en fracciones con diferentes características de drenaje y morfología, así como al uso de parte de estas fracciones para la producción de nanocelulosa. El proceso en cuestión combina las operaciones unitarias de separación de fibras, espesamiento hasta una consistencia determinada, drenaje y secado de la pulpa celulósica con alta capacidad de drenaje, y la producción de nanocelulosa a partir de pulpa con alto contenido de finos primarios. El proceso puede considerar cualquier fibra de pulpa celulósica derivada de maderas de fibra corta o larga, como eucalipto, corimbosa, abedul, álamo temblón, pino, fibras recicladas, etc., y sus residuos, como corteza y aserrín. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Proceso de fabricación de nanocelulosa fibrilada, con bajo consumo de energía
Sector técnico de la invención
La presente invención se refiere a la fabricación de celulosa nanofibrilada y de pulpa adaptada para capacidad de alto drenaje, con reducción en el consumo de energía para ambos flujos.
El proceso consiste en la separación de una pulpa de celulosa estándar en distintas fracciones con diferentes características de drenaje y morfológicas, así como en el uso de una fracción para fabricar pulpa enriquecida con finos primarios diseñada para fabricación nanofibrilar y una pulpa de alta drenabilidad diseñada para el mercado de papel, que contiene bajo contenido en finos primarios.
El proceso de referencia combina las operaciones unitarias de cocción de pulpa, blanqueo, separación de fibras, secado de la fracción de pulpa de alto drenaje y espesamiento de la pulpa de alto contenido en finos primarios hasta una cierta consistencia para poder nanofibrilarla adecuadamente.
Antecedentes de la invención
La fabricación de pulpa celulósica involucra varios procesos químicos y físicos que tienen como resultado la separación de los componentes del material sin procesar de madera (compuesto normalmente de fibras y fibrillas de celulosa, hemicelulosas, moléculas de lignina y componentes extractivos o de resinas).
Originalmente, hay una amplia distribución por tamaño de partículas celulósicas en los materiales sin procesar mencionados anteriormente, asociada con las estructuras anatómicas, y parte de esta tiene una longitud reducida. Durante los procesos, la fricción mecánica en equipos tales como reductores de presión, bombas y mezcladores que, además de la fragilidad química provocada por la cocción y los licores de blanqueo, provoca la generación o el aumento del contenido de estas partículas en el total de fibras resultantes. Estas partículas se denominan finos celulósicos primarios, diferenciándose de cualesquiera partículas finas producidas en el proceso de fabricación de papel debido al hecho de que nunca han sufrido el efecto de ninguna clase de refino, las cuales se denominan finos secundarios.
Estos finos producidos en el proceso de fabricación de pasta y blanqueo, junto con el contenido de finos que se producen de forma natural en los materiales sin procesar, componen el total de partículas presentes en la pulpa celulósica, cuyas dimensiones aproximadas son menores de 200 micrómetros de longitud.
Los finos se definen como partículas capaces de atravesar linealmente tamices cuya malla es menor de 200 (aberturas de 74 m) o que son menores de 200 micrómetros de longitud (Tappi T261 cm-10, 2010 - “Fines fraction by weight of paper stock by wet screening”).
Estas partículas tienen una alta área específica así como alta capacidad hidrofílica, donde su presencia dificulta el drenaje de pasta celulósica en máquinas de pulpa y de papel.
Sin embargo, sus pequeñas dimensiones muestran que son un buen material inicial para la fabricación de celulosa nanofibrilada, donde la aplicación de pasta de celulosa enriquecida con finos para este propósito tiene lugar con un coste energético menor y un potencial de calidad mejor, comparada con el uso de pulpa celulósica estándar.
La fabricación de celulosa nanofibrilada consiste en etapas de procesamiento, en las que el refino es el tratamiento principal. Pero existen asimismo combinaciones de tratamientos de refino con tratamientos cerámicos y/o enzimáticos. Sin embargo, el consumo de energía es elevado debido al alto consumo de energía de refino, y al coste de los productos químicos o de las enzimas para la fabricación de celulosa nanofibrilada. Debido a este problema, es importante desarrollar nuevas alternativas que puedan reducir el consumo de energía. En este nuevo proceso descrito en el presente documento, se estudió el potencial de minimizar el consumo de energía de refino cambiando el material sin procesar para la fabricación de celulosa nanofibrilada. Si bien la mayor parte de los procesos existentes utilizan pulpa de celulosa regular (no fraccionada o segregada) para la fabricación de celulosa nanofibrilada, en este nuevo proceso se define un proceso para fraccionar la pulpa de celulosa original con el fin de obtener una fracción rica en finos primarios y fibras más cortas, que es, a continuación, el material sin procesar de base para la fabricación de celulosa nanofibrilada.
La solicitud internacional WO 2013/188657 A1, publicada el 19 de diciembre de 2013, titulada "Energy efficient process for preparing nanocellulose fibers", describe un proceso que combina el tratamiento mecánico (refino) con tratamiento químico (ozono) y/o enzimático. El proceso descrito está dirigido a aumentar la eficiencia energética, que se mide mediante el grado despolimerización de la pulpa y mediante el consumo de energía de refino para alcanzar un cierto nivel de finos secundarios (alcanzar un nivel muy alto de finos no constituye un material de pulpa inicial, sino una manera de definir la calidad de la nanocelulosa obtenida después del proceso de refino, generando una alta cantidad de finos secundarios). El proceso descrito se basa en comenzar desde una pulpa celulósica común original, que se compone de elementos fibrosos y no segregados o fraccionados. En ningún caso el material sin procesar para fabricar celulosa nanofibrilada es una fuente de elementos de tipo finos primarios asociados con la separación de fases de pulpa, frente a lo que se propone en el proceso descrito en el presente documento.
Otro procedimiento de fabricación de celulosa nanofibrilada se describe en la solicitud internacional WO 2015/171714, publicada el 12 de noviembre de 2015, titulada "High efficiency production of nanofibrillated cellulose". A diferencia de la presente invención, este documento describe tratamientos de refino de la pulpa celulósica en su forma original (y no en la forma de pulpa enriquecida con finos primarios). El procedimiento consiste en el tratamiento de la pulpa en dos etapas, en las que la primera etapa se conduce con elementos de refino diferentes a los utilizados en la segunda etapa.
La solicitud internacional WO/2015/171714, publicada el 12 de noviembre de 2015, titulada "Cellulose fibers, nanofibrils and microfibrils: the morphological sequence of MFC components from a plant physiology and fiber technology of view", describe asimismo las dimensiones de celulosas micro y nanofibriladas fabricadas a partir de pulpa común original, y no los beneficios de generar un material inicial nuevo y único.
La solicitud internacional PCT/FI2010/050897, publicada el 24 de noviembre de 2009, describe asimismo el alto consumo de energía de refino en la fabricación de celulosa nanofibrilada y presenta el uso de un agente de blanqueo (como aditivo), pero en ningún momento describe el uso de pulpa enriquecida con finos primarios como material sin procesar en lugar de celulosa no fraccionada.
La solicitud internacional WO2014106684 describe, asimismo, el alto consumo de energía en la fabricación de celulosa microfibrilada y presenta una solución con combinaciones de procesos mediante alternar refino y lavado, obteniendo de este modo un aumento en la consistencia para minimizar el consumo de energía. La solicitud internacional WO 2014085730 A1, publicada el 5 de junio de 2014, da a conocer un procedimiento para fraccionar biomasa en diferentes componentes químicos y celulosa. El fraccionamiento mencionado en este documento se refiere a la separación de componentes de biomasa: celulosa, a partir de lignina y hemicelulosas y, por lo tanto, no tiene ninguna similitud con la presente invención. El uso de la celulosa extraída es la fabricación de celulosa nanocristalina, que tampoco es un objetivo de la presente invención.
El artículo de investigación publicado por Osong, S. 2013,et al.,titulado "An approach to produce nano-lignocellulose from mechanical pulp fine materials", publicado en las páginas 472-479 de Nordic Pulp & Paper Research Journal (NPPRJ), volumen 28, describe un estudio en el que se separa pulpa mecánica y las partículas más cortas son dirigidas a la fabricación de nanolignocelulosa por medio de homogeneización. Difiere totalmente de la presente invención considerando el material sin procesar inicial (pulpa mecánica), y más todavía en el producto final fabricado: nanolignocelulosa, debido a los altos contenidos de lignina en esta composición. Asimismo, el tipo de procesamiento es diferente, llevándose a cabo mediante homogeneización y no mediante aplicación de energía de refino.
En general, el tratamiento mecánico del refino es el proceso utilizado de manera más común para la generación de celulosa nanofibrilada, lo que tiene como resultado cambios significativos en las características morfológicas. En las publicaciones conocidas en el estado de la técnica, aunque se mencionan los finos como finos secundarios, estos son solamente los generados durante el tratamiento de refino, mientras que, en la presente invención, los finos son, en su totalidad, finos primarios, fraccionados a partir de una celulosa original, siendo por lo tanto el material sin procesar para la fabricación de celulosa nanofibrilar.
Características de la invención
Un objetivo de la presente invención es dar a conocer un proceso para la fabricación de nanocelulosa fibrilada con bajo consumo de energía y de una pulpa comercial con alta drenabilidad, que comprende las etapas de:
a) cocción y blanqueo de biomasa, generando una masa rica en cadenas poliméricas celulósicas y hemicelulósicas, que comprende una cantidad muy reducida de lignina y componentes extractivos.
b) separar una línea de fibra desde la masa de la etapa a), donde dicha línea de fibra tiene las siguientes características:
b.1) longitud de fibras promedio de 0,3 a 2,5 mm; y
b.2) contenido en finos primarios: del 3 % al 30 % de finos en masa;
c) fraccionar la línea de fibra segregada de la etapa b) por medio de un sistema de fraccionamiento en, por lo menos, dos flujos, un flujo de material de alto contenido en finos primarios y un flujo de pulpa de bajo contenido en finos primarios, denominado pulpa de alto drenaje;
d) separar el flujo de material de alto contenido en finos primarios obtenido en la etapa c), donde dicho flujo tiene un contenido del 10 % al 90 % de finos primarios en masa y consistencias del 0,02 % al 1 %;
e) espesar el flujo de material de alto contenido en finos primarios de la etapa d) hasta que las consistencias alcancen del 2 % al 15 %;
f) someter el material espesado de la etapa e) a un proceso de fabricación de celulosa nanofibrilada, en el que este se somete a energía de refino mecánico, siendo el consumo de energía utilizada para la generación de la celulosa nanofibrilar menor comparado con el material inicial de pulpa celulósica común;
g) separar el flujo de pulpa de bajo contenido en finos primarios de la etapa c), donde dicha pulpa presenta una cantidad másica de finos de aproximadamente 3 a 80, con una resistencia a la drenabilidad y un valor de retención de agua significativamente menores, donde la °SR presenta una reducción del 15% al 50% y el valor de retención de agua presenta una reducción entre el 7% y el 35%; y
h) secar la pulpa de bajo contenido en finos primarios de la etapa g) en máquinas de secado de pulpa.
Breve descripción de los dibujos
La estructura y el funcionamiento de la presente invención, junto con ventajas adicionales de la misma, se pueden comprender mejor haciendo referencia a los dibujos adjuntos y las siguientes descripciones:
La figura 1 muestra un esquema simplificado de obtención de productos a partir de esta invención: celulosa nanofibrilar y pulpa de alto drenaje para fabricación de papel.
La figura 2 muestra ejemplos de la evolución de la formación de finos (medida por Britt Jar) con la anchura de las fibras (medida mediante morfología óptica) en fábricas de pulpa Kraft.
La figura 3 muestra la caracterización de material de finos presente en las muestras de pulpa (bajo contenido en finos y alto contenido en finos) en condiciones extremas.
La figura 4 muestra el impacto de los finos en la drenabilidad de la pulpa en condiciones de laboratorio. Las figuras 5(a) a (c) muestran una caracterización morfológica de pulpa procesada con bajo contenido en finos, mostrando sus propiedades y carácter único en términos de contenido en finos primarios, con aumento en la longitud general de las fibras y la anchura de las fibras.
Las figuras 6(a) a (d) muestran la caracterización de pulpa generada a escala piloto con menor contenido en finos, denominada pulpa de alto drenaje, en términos de resistencia al drenaje (°SR), valor de retención de agua, volumen y absorción de agua de una pulpa nunca seca.
La figura 7 muestra datos de prueba de plantas piloto que muestran las ganancias en sequedad después de un prensado con pulpa de alto drenaje que contiene contenido en finos primarios reducido, y muestra el aumento del contenido de sequedad para la pulpa tratada (alto drenaje). La sequedad es una medida directa del consumo de energía. Cuanto mayor es la sequedad, menor es el consumo de energía para secar una pulpa en una máquina de pulpa.
Las figuras 8(a) a (e) muestran la caracterización de pulpa de alto contenido en finos, generada mediante un proceso piloto, considerando sus características de morfología y drenabilidad.
La figura 9 muestra microscopía de alta resolución de celulosa nanofibrilar basada en 4 diferentes tipos de pulpas, obtenidas en laboratorio: pulpa común estándar o de referencia; pulpa de alto contenido en finos primarios con el 25% de finos primarios en masa; pulpa de alto contenido en finos primarios con el 50% de finos primarios en masa; pulpa de alto contenido en finos primarios con el 75% de finos primarios en masa; pulpa de alto contenido en finos primarios de prueba piloto con el 37%, que muestra que todas las muestras fueron capaces de generar nanodimensiones en el material nanofibrilar final.
La figura 10 muestra una imagen a escala de fibras de celulosa estándar, como referencia en la comparación con la celulosa nanofibrilar. Cabe señalar que la escala es 10 veces mayor que la mostrada en la figura 9. La figura 11 muestra el promedio de la anchura de nanofibrillas a partir de diferentes muestras de contenido en finos primarios, incluyendo la pulpa de alto contenido en finos generada en condiciones piloto, mostrando que todas las celulosas nanofibrilares generadas tuvieron una anchura de nanofibrillas promedio similar.
La figura 12(a) muestra una comparación de la resistencia a la tracción de una pulpa estándar con celulosa nanofibrilar añadida, para evaluar la calidad de la celulosa nanofibrilar en términos de generación de resistencia a la tracción de una pulpa determinada, que muestra que, en términos de calidad de nanofibrillas generadas, todas las pulpas fueron similares.
La figura 12(b) muestra una comparación de la resistencia al drenaje de una pulpa estándar con celulosa nanofibrilar añadida, para evaluar la calidad de la celulosa nanofibrilar en términos de generación de incremento del grado de Schopper Riegler de una pulpa determinada, que muestra que, en términos de calidad de nanofibrillas generadas, todas las pulpas fueron similares.
La figura 13 muestra el consumo de energía en kwh por tonelada métrica consumidos para generar una determinada calidad de celulosa nanofibrilar en una planta piloto con capacidad para fabricar 2 toneladas al día, que muestra una reducción significativa en el consumo de energía cuando se utiliza la pulpa de alto contenido en finos primarios como material inicial para la fabricación de nanocelulosa.
Descripción detallada de la invención
Aunque la presente invención puede ser susceptible de diversas realizaciones, se muestran en los dibujos y en la siguiente discusión detallada realizaciones preferidas, entendiéndose que la presente descripción debe considerarse como una ejemplificación de los principios de la invención y no pretende limitar la presente invención a lo que se muestra y describe en el presente documento.
La presente invención se refiere a un proceso de fabricación de celulosa nanofibrilada con menor consumo de energía, y de una pulpa comercial con alta drenabilidad. El consumo de energía establecido en el presente documento se basa en el mismo tratamiento realizado sobre una pulpa de referencia (estándar o común), comparada con diferentes niveles de pulpas de prueba según lo que se propone en la presente invención. La reducción del consumo de energía es posible con la fabricación de un material sin procesar de finos primarios de celulosa obtenidos mediante fraccionamiento de pulpa de celulosa, seguido por un tratamiento de refino.
Aunque el proceso de fabricación de nanocelulosa fibrilada involucra una operación unitaria similar, la presente invención se refiere al nuevo uso de material sin procesar prefraccionado combinado con parámetros de proceso únicos para la fabricación de material celulósico que tiene dimensiones nanométricas, con una reducción significativa del consumo de energía.
La realización preferida de esta invención se refiere a un proceso de fabricación de nanocelulosa fibrilada con bajo consumo de energía y de una pulpa comercial de alta drenabilidad, que comprende las etapas de: a) cocción y blanqueo de biomasa, generando una masa rica en cadenas poliméricas celulósicas y hemicelulósicas, que comprende una cantidad muy reducida de lignina y componentes extractivos;
b) separar una línea de fibra desde la masa de la etapa a), donde dicha línea de fibra tiene las siguientes características: b.1) longitud de fibras promedio: 0,3 a 2,5 mm; y b.2) contenido en finos primarios: del 3 % al 30 % de finos en masa;
c) fraccionar la línea de fibra segregada de la etapa b) por medio de un sistema de fraccionamiento en, por lo menos, dos flujos, un flujo de material de alto contenido en finos primarios y un flujo de pulpa de bajo contenido en finos primarios, denominado pulpa de alto drenaje;
d) separar la fracción de material de alto contenido en finos primarios obtenida en la etapa c), donde dicho flujo tiene un contenido del 10 % al 90 % de finos primarios en masa y consistencias del 0,02 % al 1%; e) espesar el flujo de material de alto contenido en finos primarios de la etapa d) hasta que las consistencias alcancen del 2% al 15%;
f) someter el material espesado de la etapa e) a un proceso de fabricación de celulosa nanofibrilada, en el que este se somete a energía de refino mecánico, siendo el consumo de energía utilizada para la generación de la celulosa nanofibrilar menor comparado con el material inicial de pulpa celulósica común;
g) separar el flujo de pulpa de bajo contenido en finos primarios de la etapa c), donde dicha pulpa presenta una cantidad másica de finos de aproximadamente 3 a 80, con una resistencia a la drenabilidad y un valor de retención de agua significativamente menores, donde la °SR presenta una reducción del 15% al 50% y el valor de retención de agua presenta una reducción entre el 7% y el 35 %; y
h) secar la pulpa de bajo contenido en finos primarios de la etapa g) en máquinas de secado de pulpa.
En la etapa a), la masa resultante rica en cadenas poliméricas celulósicas y hemicelulósicas que comprende una cantidad muy reducida de lignina y componentes extractivos puede ser celulosa blanqueada, celulosa semiblanqueada o combinaciones de las mismas.
El proceso puede considerar cualquier fibra de pulpa celulósica obtenida a partir de maderas de fibras cortas o largas, tales como eucalipto, Corymbia, abedul, álamo, pino, etc., sus residuos tales como corteza, serrín, etc., y asimismo cualquier tipo de fibras recicladas, preferentemente de los géneros de Corymbia y eucalipto. A continuación, el material preseleccionado es fraccionado en la etapa c), preferentemente mediante un sistema de fraccionamiento, pero sin limitarse a sistemas de cribado en cesta presurizada, lavadoras de recuperación de partículas finas o hidrociclones, en una o más etapas, pudiendo utilizarse combinaciones de los equipos mencionados.
La fracción de material alto en finos primarios obtenida a partir de la etapa c) se somete a continuación a un proceso de espesamiento y producción de celulosa nanofibrilar, en el que será sometida a energía de refino de manera que los tamaños de sus elementos se reducen a fracciones nanométricas.
La fracción de fibras con menor contenido en finos primarios, contiene una cantidad másica de finos de aproximadamente el 3 al 8%, preferentemente entre el 4% y el 70, con una resistencia a la drenabilidad y un valor de retención de agua significativamente menores.
En la etapa d), la pulpa de alto contenido en finos primarios se caracteriza por una °SR entre 20 y 95; y valores de retención de agua entre 140 y 690 por ciento.
En la etapa g), las variables absolutas específicas de tratamientos de eucalipto en la pulpa de alto drenaje después del secado de la pulpa son: contenido de finos entre el 3% y el 8,5%, preferentemente entre 4 y 70; valor de retención de agua entre 90 y 140 g/g, más preferentemente entre 110 y 130, y °SR entre 12 y 19, más preferentemente entre 14 y 17.
La figura 1 describe brevemente las etapas de proceso desde la selección del material sin procesar hasta la fabricación de la celulosa nanofibrilada y la pulpa de alto drenaje.
La figura 2 describe el aumento en el contenido de finos en dos diferentes fábricas Kraft, mostrando el perfil de media luna del contenido de finos en función del curso del proceso. El perfil puede ser ligeramente diferente caso por caso para cada fábrica, debido a la clase de equipos, la intensidad de la cocción y la energía mecánica sufrida por las fibras.
Análogamente, la anchura de las fibras disminuye asimismo, debido a reacciones de exfoliación química, que contribuyen asimismo al aumento y la generación de la categoría de fibras denominadas finos primarios. La figura 3 muestra el aspecto microscópico de las fibras (a la derecha) y los finos primarios (a la izquierda). Una gran cantidad de fibras cortas y elementos pequeños está presente en la muestra de finos primarios y apenas se ven en las muestras cuyo material se eliminó, permitiendo la alta drenabilidad de la pulpa mediante un flujo físico y químico mejorado a través de los volúmenes vacíos creados.
La figura 4 muestra el impacto de los finos primarios (medidos por Britt Jar en porcentaje en masa) en aspectos de drenabilidad representados por el grado de Schopper Rigler (°SR) y el valor de retención de agua. Los valores indican claramente el alto impacto de la presencia de finos primarios en la drenabilidad de las fibras.
La figura 5 muestra la característica morfológica de la pulpa de alto drenaje, con el contenido en finos primarios reducido a la mitad, y el aumento de la longitud y la anchura de las fibras.
La figura 6 muestra la caracterización de las propiedades de drenabilidad y absorción de la pulpa generada a escala piloto con menor contenido en finos. Las propiedades de la denominada pulpa de alto drenaje, en términos de resistencia al drenaje (°SR), valor de retención de agua, volumen y absorción de agua, demuestran que están presentes ganancias considerables en las propiedades de drenabilidad, lo que supone un alto potencial para la reducción del consumo de energía en el secado de esta pulpa en las máquinas de pulpa y de papel. La ausencia de finos crea asimismo una pulpa de mayor volumen, que permite que la pulpa absorba más agua por gramo de pulpa.
La figura 7 muestra las posibles ganancias en sequedad después del prensado en la máquina de pulpa, permitiendo un ahorro de energía entre el 2 y el 10 % para el secado de la pulpa.
La figura 8 muestra las propiedades de la pulpa de alto contenido en finos primarios, generada mediante procesos piloto. En la figura 8 - a), el contenido en finos primarios se muestra como valores obtenidos a partir de una de las condiciones utilizadas en pruebas piloto, y puede ser mayor o menor en función de las necesidades y de la configuración de tecnología utilizada. El impacto sobre la drenabilidad como se muestra en los elementos b y c es enorme, mostrando valores de drenaje y retención de agua muy altos, provocados por la presencia de los finos primarios en la pulpa. Los elementos d y e muestran la longitud y la anchura medidas promedio de las fibras, mostrando que las fibras contenidas en los materiales son asimismo más cortas y más estrechas que las regulares.
La figura 9 muestra ejemplos de imágenes que muestran la anchura de las nanofibrillas generadas a partir de muestras con contenidos en finos primarios mayores.
El promedio de su anchura se realizó evaluando 400 mediciones para cada muestra, a partir de como mínimo 10 imágenes de alta resolución, y tuvo como resultado una anchura muy similar para todas las muestras, mostrando que la calidad de la celulosa nanofibrilada es la misma, tal como se ve en la figura 11.
La figura 12 muestra la caracterización del potencial de propiedades de modificación en una determinada pulpa estándar, mediante añadir celulosa nanofibrilar, en términos de resistencia a la tracción y resistencia al aumento de drenaje.
Como se puede ver a partir de la figura 12, no hay ninguna diferencia entre la calidad de la celulosa nanofibrilada generada partir de pulpa estándar y a partir de la pulpa de alto contenido en finos primarios. La figura 13 muestra el consumo de energía en kWh por tonelada métrica, consumidos para generar una determinada calidad de celulosa nanofibrilar en un plan piloto con capacidad para fabricar 2 toneladas/día. Por convenio, y en base a la bibliografía y a la fabricación de máquinas para la obtención de nanocelulosa mediante energía de refino (véase la referencia WO 2013/188657) cuando el 90% del tamaño de partículas en longitud es menor de 200 micrómetros, obtenido en mediciones morfológicas, el producto se puede considerar una celulosa nanofibrilada según la definición de tener por lo menos una de sus tres dimensiones entre 1 y 100 nanómetros de acuerdo con los términos del estándar de nanotecnologías ISO/TS 20477:2017 y su definición para nanomaterial celulósico.
En el diagrama 13, se muestra que la energía necesaria para la obtención de una alta cantidad de partículas menores es mucho menor que con la pulpa estándar. Considerando el valor estándar del 90%, la energía neta total se reduce a la mitad. Asimismo, es posible comprobar que, si es necesario, la aplicación de energía puede ser tal que la calidad de la celulosa nanofibrilada se puede incrementar (mediante el aumento de la cantidad de fibras de un tamaño menor de 200 micrómetros).
Claims (5)
1. Proceso de fabricación de nanocelulosa fibrilada con bajo consumo de energía y pulpa comercial de alta drenabilidad,caracterizado por quecomprende las etapas de:
a) cocción y blanqueo de biomasa, generando una masa rica en cadenas poliméricas celulósicas y hemicelulósicas, que comprende una cantidad muy reducida de lignina y componentes extractivos;
b) separar una línea de fibra desde la masa de la etapa a), donde dicha línea de fibra tiene las siguientes características: b.1) longitud de fibras promedio de 0,3 a 2,5 mm; y b.2) contenido en finos primarios: del 3 % al 30 % de finos en masa;
c) fraccionar la línea de fibra segregada de la etapa b) por medio de un sistema de fraccionamiento en, por lo menos, dos flujos, un flujo de material de alto contenido en finos primarios y un flujo de pulpa de bajo contenido en finos primarios, denominado pulpa de alto drenaje;
d) separar el flujo de material de alto contenido en finos primarios obtenido en la etapa c), donde dicho flujo tiene un contenido del 10 % al 90 % de finos primarios en masa y consistencias del 0,02 % al 1 %;
e) espesar el flujo de material de alto contenido en finos primarios de la etapa d) hasta que las consistencias alcancen del 2 % al 15%;
f) someter el material espesado de la etapa e) a un proceso de fabricación de celulosa nanofibrilada, en el que este se somete a energía de refino mecánico, siendo el consumo de energía utilizada para la generación de la celulosa nanofibrilar menor comparado con el material inicial de pulpa celulósica común;
g) separar el flujo de pulpa de bajo contenido en finos primarios de la etapa c), donde dicha pulpa presenta una cantidad másica de finos de aproximadamente 3 a 80, con una resistencia a la drenabilidad y un valor de retención de agua significativamente menores, donde la °SR presenta una reducción del 15% al 50% y el valor de retención de agua presenta una reducción entre el 7 % y el 35 %; y
h) secar la pulpa de bajo contenido en finos primarios de la etapa g) en máquinas de secado de pulpa.
2. Proceso, según la reivindicación 1,caracterizado por quela masa rica en cadenas poliméricas celulósicas y hemicelulósicas que comprenden una cantidad muy reducida de lignina y componentes extractivos de la etapa a) se selecciona a partir de celulosa blanqueada, celulosa semiblanqueada y combinaciones de las mismas.
3. Proceso, según la reivindicación 1,caracterizado por quela etapa c) se lleva a cabo mediante un sistema de fraccionamiento seleccionado a partir del grupo que comprende sistemas de cribado en cesta presurizada, lavadoras de recuperación de partículas finas, hidrociclones y combinaciones de los mismos.
4. Proceso, según la reivindicación 1,caracterizado por quela energía de refino del proceso de fabricación de celulosa nanofibrilada de la etapa f) está asociado con tratamiento enzimático.
5. Proceso, según la reivindicación 1,caracterizado por quela pulpa de alto contenido en finos primarios de la etapa d) tiene una °SR entre 20 y 95, y valores de retención de agua entre 140 y 690 por ciento.
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