BRPI1015465A2 - método para preparação de celulose microcristalina - Google Patents

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Frangioni Giuseppe
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Abstract

método para preparação de celulose microcristalina refere-se a presente invenção a um novo método para a preparação de celulose microcristalina compreendido por uma etapa prévia de compactação da celulose antes da degradação das cadeias de glicose e obtenção do grau de polimerização adequado. também está descrito que o método da invenção permite uma redução considerável no consumo de energia, água e possíveis produtos químicos que são utilizados para reduzir o grau de polimerização. a celulose microcristalina obtida pode ser utilizada como um excipiente farmacêutico em comprimidos, e apresenta características de desintegração comparáveis aquelas da celulose microcristalina obtida por um processo de atomização.

Description

MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DE CELULOSE MICROCRISTALINA
Campo da técnica
Refere-se a presente invenção a um novo método para a preparação de celulose microcristalina.
Estado da técnica
A celulose é um polímero natural derivado de unidades de D-glicose, que estão unidas por ligações glicosídicas β(1—>4), e que conferem a ela uma estrutura linear. Muitas propriedades da celulose dependem do comprimento da cadeia, isto é, do número de moléculas de glicose que formam o polímero. O citado comprimento também é conhecido como grau de polimerização, algumas vezes abreviado como GP (Grau de Polimerização). A celulose da polpa da madeira apresenta, em geral, um DP compreendido entre 300 e 1700; o algodão e outras fibras vegetais além a celulose de origem bacteriana possuem comprimentos de cadeia compreendidos entre 800 e 10000 unidades, que corresponde a um GP compreendido entre 800 e 10000.
A celulose microcristalina, também conhecida como CMC, é um produto obtido a partir da celulose, que é composto basicamente de agregados cristalinos. A CMC é uma celulose purificada, parcialmente despolimerizada que se apresenta como um pó branco, inodoro e insípido composto de partículas porosas.
A CMC é amplamente utilizada como um excipiente na tecnologia farmacêutica para formulações de comprimidos devido às suas propriedades como um ligante, desintegrante, diluente e lubrificante.
A CMC também pode ser aplicada em produtos cosméticos e na indústria alimentar.
As primeiras formas comerciais da CMC foram descritas em 1961 na patente norte-americana US 2,978,446.
A CMC está disponível no mercado em diferentes tamanhos de partícula e teor de umidade que possuem diferentes propriedades e aplicações como descrito no livro de R.C. Rowe et al., Handbook of Pharmaceutical Excipients, 4a edição, Pharmaceutical Press, Londres, 2003 [ISBN: 0-85369-472-9].
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Diversos métodos para a obtenção de CMC a partir da celulose de diferentes qualidades foram descritos no estado da técnica. Em todos estes métodos, as cadeias de celulose são parcialmente degradadas, de maneira enzimática ou térmica, ou por meio da utilização de reagentes químicos. As porções amorfas da celulose, que são dissolvidas e removidas, são hidrolisadas com estes tratamentos.
Um dos tratamentos mais utilizados consiste em tratar um material celulósico purificado por meio de degradação hidrolítica, em geral na presença de um ácido mineral forte, tal como o ácido clorídrico, por exemplo.
Um tratamento com ácido está descrito, por exemplo, na patente norteamericana US 2,978,446, na qual a polpa de madeira purificada que contém formas cristalinas e amorfas de celulose, que é hidrolisada com ácido clorídrico 2,5 N a uma temperatura não inferior a 105°C, é utilizada como material de partida.
O pedido de patente PCT WO-A-99/15564 descreve um método para a obtenção de CMC no qual a celulose é submetida à extrusão em contato com uma solução ácida. No caso da utilização de celulose purificada, o processo inclui uma única etapa de hidrólise. Se for utilizado material lignocelulósico, é necessário aplicar uma etapa anterior de extrusão em meio alcalino para destruir o complexo lignocelulósico e, deste modo, obter a celulose purificada.
A patente espanhola ES-A-428908 descreve diversos métodos para a obtenção de CMC a partir de celulose purificada com um alto teor de a-celulose, incluindo a hidrólise da mesma a temperaturas elevadas (até 160°C) na presença de ácido clorídrico ou ácido sulfurico.
Ao final da etapa de hidrólise, o produto é lavado com água abundante para eliminar os resíduos ácidos. Esta etapa de lavagem é importante porque, como descrito na monografia correspondente à celulose microcristalina na Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, John Wiley & Sons, 1985, New York, traços de impurezas inorgânicas reduzem consideravelmente a estabilidade e o tempo de vida útil de alguns princípios ativos farmacêuticos. Portanto, um baixo teor de resíduos inorgânicos na CMC oferece uma vantagem específica em relação à fabricação de comprimidos.
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A patente norte-americana US 5,769,934 descreve um método para a obtenção de CMC no qual vapor pressurizado a temperaturas compreendidas entre
180°C e 350°C é utilizado. Este método não exige a utilização de materiais celulósicos purificados como produto de partida, porém implica em um certo risco devido às temperaturas utilizadas.
O pedido de patente PCT WO-A-99/60027 também utiliza vapor pressurizado combinado com um tratamento de cisalhamento para obter a CMC a partir de uma polpa de celulose quimicamente produzida. O citado método utiliza um processo de purificação prévio para recuperar a qualidade das fibras de celulose.
O pedido de patente PCT WO-A-92/14760 descreve um método para a obtenção de celulose com um alto grau de cristalinidade por meio de hidrólise enzimática com duração entre 24 e 48 horas. A matéria-prima é a α-celulose ou uma polpa de madeira purificada denominada “qualidade dissolução”.
A patente norte-americana US 6,392,034 descreve um método para a preparação de CMC que está compreendido pelo inchaço de um material celulósico com uma solução alcalina, acrescentando peróxido de hidrogênio para reduzir a viscosidade e a separação da CMC da suspensão. O produto obtido é tratado com uma solução ácida para alcançar uma reação neutra do mesmo.
A patente norte-americana US 7,005,514 descreve um método para a obtenção de CMC a partir da polpa de celulose de qualidade papel submetida ao tratamento de hidrólise em condições alcalinas, seguido pela hidrólise em meio ácido.
O pedido de patente PCT WO-A-02/057540 descreve métodos para a obtenção de CMC nos quais a polpa de celulose que não foi submetida a um processo de secagem é utilizada como matéria-prima.
O pedido de patente PCT WO-A-2004/011501 descreve um método para a obtenção de CMC na qual o material celulósico é submetido a um tratamento de alto cisalhamento a temperatura elevada e na presença de um composto ativo de oxigênio. A celulose purificada denominada “qualidade dissolução” é, em geral, utilizada.
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Consequentemente, há a necessidade de proporcionar um método para a preparação de celulose microcristalina que não apresente as desvantagens dos métodos descritos no atual estado da técnica e, especificamente, no qual a celulose fácil e prontamente disponível possa ser utilizada como produto de partida, e que permita a redução no consumo de energia, água e produtos químicos.
Objeto da invenção
Os inventores descobriram um novo método para a preparação de celulose microcristalina a partir de uma matéria-prima mais econômica e com maior disponibilidade. O citado método permite reduzir o consumo de energia, de água e de produtos químicos. A celulose microcristalina obtida possui, além disso, características de aplicação comparáveis aquelas da celulose microcristalina obtida por meio de um processo de atomização, que é mais caro.
O objeto da invenção é, portanto, um método para a preparação de celulose microcristalina.
Descrição dos desenhos
A figura 1 apresenta a proveta graduada (A) que contém 35 g de celulose qualidade papel triturada, porém sem compactação prévia. A citada celulose possui uma densidade aparente de aproximadamente 0,06 g/ml. A proveta graduada (B) também contém 35 g de celulose “qualidade papel” compactada e triturada, e possui uma densidade aparente de aproximadamente 0,23 g/ml.
A figura 2 apresenta a proveta (A) que contém uma suspensão em água de celulose qualidade papel triturada, porém sem compactação prévia, em uma concentração de 9,8% por peso/volume. A proveta (B) também contém uma suspensão aquosa em 9,8% por peso/volume de celulose qualidade papel compactada e triturada. Na proveta (C) há uma suspensão aquosa de celulose qualidade papel compactada e triturada com uma concentração de 21,8% expressa por peso/volume. Pode ser observado que a suspensão aquosa da proveta (C) contém mais do que o dobro de sólidos que a suspensão da proveta (A), portanto quando a celulose compactada e triturada é utilizada, a capacidade de produção de celulose microcristalina pode ser aumentada.
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Descrição detalhada da invenção
O método para a preparação de celulose microcristalina está compreendido por:
- compactação da celulose substancialmente seca,
- redução parcial do grau de polimerização da celulose compactada, e
- isolamento da celulose microcristalina obtida na etapa 2.
No método da invenção, a etapa chave é a compactação da celulose substancialmente seca que ocorre antes da redução parcial do grau de polimerização da mesma.
A celulose
A matéria-prima que é utilizada no método da invenção é a celulose substancialmente seca.
A citada celulose é obtida pela secagem de uma suspensão de fibras de celulose em água, que se denomina polpa de celulose ou pasta de celulose. A celulose substancialmente seca possui um teor de água compreendido, em geral, entre 7% e 11%
Diversos tipos de madeiras podem ser utilizadas para a obtenção da polpa de celulose, e são conhecidas como madeiras para polpa, que incluem as madeiras leves como o abeto vermelho, o pinho, o abeto e o larício, e as madeiras duras como o eucalipto, a bétula, o bordo e a acácia.
A produção de celulose é, em geral, compreendida pelas etapas a seguir:
- Remoção da casca da madeira,
- Produção de aparas por meio da utilização de moinhos especiais, e
- Separação das fibras de celulose que mantêm a madeira coesa dos componentes remanescentes da madeira.
A separação das fibras pode ser realizada de diferentes maneiras e, de acordo com o processo utilizado, as polpas são referidas como polpas mecânicas, termomecânicas ou químicas.
A combinação das espécies de madeira utilizadas, os processos de produção e as fases de branqueamento e purificação, significa que a celulose está disponível
6/20 comercialmente em diferentes qualidades e formatos.
Consequentemente, dois grandes grupos de celulose são distinguidos no mercado: qualidade papel e qualidade dissolução.
A celulose qualidade papel é uma celulose que é utilizada para a produção de papel e está comercialmente disponível de forma substancial, por exemplo, o produto JARILIPTUS, comercializado pela empresa Jari Celulose.
A celulose qualidade papel pode se originar de tipos de madeira que podem ter fibras curtas ou longas. Por exemplo, a celulose obtida a partir da madeira de eucalipto (fibra curta) possui um grau de polimerização de aproximadamente 1150, e a celulose obtida a partir da madeira de pinho (fibra longa) possui um grau de polimerização de aproximadamente 1300.
A celulose qualidade dissolução é uma celulose purificada destinada à produção de derivados celulósicos como, por exemplo, o raiom ou acetato de celulose. A produção da mesma é mais limitada e mais cara devido à pureza que a caracteriza. Está disponível no mercado como o produto TEMALFA 93 comercializado pele empresa Tembec, por exemplo.
O método da invenção é adequado para a preparação da celulose microcristalina com um baixo grau de polimerização e com boas características de desintegração da celulose qualidade papel, que é uma matéria-prima facilmente disponível. As maiores vantagens do método da invenção são alcançadas pela utilização da citada matéria-prima.
Não obstante, celuloses mais purificadas também podem ser utilizadas no citado método como uma matéria-prima única ou misturadas com celulose qualidade papel. Umas das celuloses purificadas mais típicas é a celulose qualidade dissolução.
Portanto, a celulose que é utilizada no método da invenção é selecionada de um grupo composto por: celulose qualidade papel, celulose qualidade dissolução, e/ou as misturas das mesmas; celulose qualidade papel, celulose qualidade dissolução, e/ou as misturas das mesmas são preferivelmente utilizadas; uma mistura de celulose qualidade papel e celulose qualidade dissolução é mais
7/20 preferivelmente utilizada.
Quando uma mistura de celulose “qualidade papel” e celulose qualidade dissolução é utilizada, qualquer proporção entre as duas matérias-primas pode ser utilizada. O método da invenção é adequado para a utilização de uma proporção compreendida entre 100:0 a 0:100, uma mistura de celulose qualidade papel e celulose qualidade dissolução é preferivelmente utilizada compreendida entre 90:10 e 100:0, mais preferivelmente entre 95:5 e 99:1, e ainda mais preferivelmente celulose qualidade papel 100% é utilizada.
A celulose seca pode ser apresentada em bobinas ou em folhas. As folhas são obtidas a partir de bobinas que foram desenroladas, cortadas e enfardadas. Estas possuem, em geral, uma gramatura compreendida entre 750 e 1200 g/m . A gramatura indica o peso em gramas por metro quadrado da bobina ou da folha, e depende do tipo de polpa, do processo de secagem e do destino final da celulose.
É preferível utilizar bobinas de celulose no método da invenção porque estas facilitam o trabalho contínuo.
Compactação da celulose
A etapa de compactação no método da invenção é realizada na celulose substancialmente seca antes da realização da redução parcial do seu grau de polimerização.
A compactação da celulose pode ser realizada, por exemplo, passando-se a folha de celulose entre os cilindros de um laminador convencional como aqueles normalmente utilizados na metalurgia.
Os laminadores são máquinas para formatar produtos metalúrgicos e para a compactação da celulose, neste caso, pela pressão exercida por dois cilindros giratórios entre os quais o metal e a celulose passam por uma redução de espessura e um alongamento proporcional.
Os laminadores de cilindros são, em geral, compostos por dois, três ou quatro cilindros instalados horizontalmente um sobre o outro em um bastidor vertical robusto chamado gaiola. Os espaços entre os cilindros para a passagem do metal ou da celulose são ajustáveis. Os laminadores com três ou quatro cilindros geralmente
8/20 trabalham o metal ou a celulose sucessivamente entre os cilindros inferiores e, em seguida, entre os cilindros superiores. Algumas gaiolas de laminadores com dois cilindros podem apresentar cilindros suplementares com um diâmetro mais largo colocados nos dois lados dos cilindros de trabalho.
O laminador inclui, normalmente, cilindros giratórios cujo diâmetro pode variar consideravelmente e pode estar compreendido entre 115 e 430 mm, e a largura pode estar compreendida entre 130 e 430 mm.
Um laminador com dois cilindros é preferivelmente utilizado no método da invenção.
Laminadores adequados para a realização do método da invenção podem ser encontrados no mercado, tais como, por exemplo, o modelo LA-6 comercializado pela empresa Guttmann (São Paulo, Brasil).
No momento da passagem através do laminador, a folha de celulose é submetida a uma força de compactação baixa compreendida entre 245 N e 400 N, com torques compreendidos entre 6560 e 9200 Nm.
O método da invenção inclui, normalmente, uma etapa de trituração da celulose compactada antes da realização da redução parcial do grau de polimerização da mesma.
A citada trituração pode ser realizada por meio de um moinho granulador, por exemplo, que é adequado para triturar materiais de dureza média a materiais macios, como plásticos, incluindo materiais fibrosos como a celulose.
Os moinhos incluem telas perfuradas com aberturas circulares com um diâmetro compreendido entre 6 e 20 mm.
Os moinhos granuladores podem ser encontrados no mercado comercializados, por exemplo, pelas empresas Rone Moinhos (Carapicuíba, Brasil) ou Laval Lab (Lavai, Canadá).
A celulose compactada é geralmente triturada a um tamanho médio compreendido entre 2 mm e 20 mm, por exemplo um tamanho médio de 2 mm ou 10 mm.
Os fragmentos de celulose compactada apresentam uma densidade aparente
9/20 maior do que aquela de fragmentos de celulose não compactada, que está, em geral, compreendida entre 0,04 e 0,06 g/ml.
Os fragmentos de celulose compactada possuem, normalmente, uma densidade aparente compreendida entre 0,10 e 0,25 g/ml, preferivelmente entre 0,15 e 0,25 g/ml, e até mais preferivelmente entre 0,20 e 0,25 g/ml.
A figura 1 apresenta a proveta graduada (A) que contém 35 g de celulose qualidade papel triturada, porém sem compactação prévia. A citada celulose possui uma densidade aparente de aproximadamente 0,06 g/ml. A proveta graduada (B) também contém 35 g de celulose qualidade papel compactada e triturada, e possui uma densidade aparente de aproximadamente 0,23 g/ml.
Pode ser observado na figura 2 que uma suspensão em água de celulose qualidade papel triturada, porém sem compactação prévia, em uma concentração de 9,8% por peso/volume (proveta A), ocupa o mesmo volume que uma suspensão aquosa de celulose qualidade papel compactada e triturada com uma concentração de 21,8% expressa por peso/volume (proveta C), isto é, a suspensão aquosa da proveta (C) contém mais que o dobro de sólidos que a suspensão da proveta (A). Portanto, a capacidade de produção de celulose microcristalina pode ser aumentada para uma instalação industrial específica quando da utilização de celulose compactada de acordo com o método da invenção.
Redução parcial do grau de polimerização da celulose e isolamento da celulose microcristalina
O grau de polimerização é um parâmetro que indica o número de unidades de glicose que formam as cadeias de celulose. Pode ser determinado a partir da viscosidade de uma solução da celulose em uma solução de cupramônio, como descrito no artigo de O.A. Battista, Ind. Eng. Chem., 1950,42 (3), 502-507.
A celulose microcristalina que é obtida com o método da invenção apresenta uma redução parcial do grau de polimerização da celulose de partida e está, em geral, compreendido entre 220 e 340. De maneira semelhante, a celulose microcristalina obtida de acordo com o método da invenção apresenta um grau de polimerização menor do que aquele da celulose de partida.
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A redução parcial do grau de polimerização da celulose compactada pode ser realizada por meio de diferentes métodos bem conhecidos por um especialista na área, como a degradação em meio ácido, degradação por vapor pressurizado em temperaturas elevadas, degradação enzimática, degradação com um agente oxidante em meio alcalino, ou degradação em meio alcalino seguida por hidrólise em meio ácido.
Um método para reduzir parcialmente o grau de polimerização da celulose que inclui a degradação em meio ácido está descrito, por exemplo, na patente norteamericana US 2,978,446 ou no pedido de patente PCT WO-A-99/15564.
O uso de degradação por vapor pressurizado em temperaturas elevadas compreendidas entre 180°C e 350°C está descrito, por exemplo, na patente norteamericana US 5,769,934 ou no pedido de patente PCT WO-A-99/60027.
O uso de degradação enzimática para a redução do comprimento das cadeias de celulose está descrito, por exemplo, no pedido de patente PCT WO-A-92/14760.
Um exemplo de degradação com agente oxidante em meio alcalino pode ser encontrado, por exemplo, na patente norte-americana US 6,392,034.
Um método que inclui a degradação em meio alcalino seguida por hidrólise em meio ácido está descrito, por exemplo, na patente norte-americana US 7,005,514.
A degradação em meio ácido é preferivelmente utilizada no método da invenção.
Os ácidos que podem ser utilizados incluem os ácidos minerais fortes como o ácido clorídrico, ácido sulfurico e ácido fosfórico; o ácido clorídrico é preferivelmente utilizado.
No método da invenção, assim que ocorre a redução parcial no grau de polimerização da celulose, a celulose microcristalina obtida é isolada.
Para este propósito, o método da invenção para a obtenção da celulose microcristalina inclui etapas adicionais que conduzem ao isolamento do produto. Estas etapas podem, possivelmente, incluir uma neutralização no caso de se ter utilizado meio ácido ou alcalino para a hidrolisação da celulose, uma filtração da suspensão que contém a celulose microcristalina, uma purificação por meio de
11/20 operações de lavagem com água purificada, secagem, trituração e classificação granulométrica de acordo com o tamanho das partículas.
A eliminação das impurezas na celulose microcristalina após o processo de redução do grau de polimerização permite obter um produto que é compatível com a maioria dos princípios ativos farmacêuticos. Sabe-se que a presença de impurezas inorgânicas na celulose microcristalina reduz, consideravelmente, a estabilidade de alguns destes citados princípios ativos.
Um processo típico para a realização da redução parcial do grau de polimerização da celulose compactada em meio ácido está compreendido pelo carregamento de água desmineralizada em um reator de aço inoxidável preparado para suportar a pressão de vapor aquecido a 140°C e o aquecimento do mesmo a uma temperatura compreendida entre 88°C e 92°C. Ácido mineral, por exemplo, ácido clorídrico concentrado a 33% por peso, e celulose triturada e compactada são adicionados sob agitação.
A concentração da celulose na água está, em geral, compreendida entre 16,6% e 23,3% expressa por peso/volume, preferivelmente entre 20,0% e 22,0%; a concentração expressa por peso/peso está compreendida entre 14,2% e 18,9%, preferivelmente entre 16,7% e 18,2%, e a molaridade do ácido clorídrico está, normalmente, compreendida entre 0,0052 e 0,0130 M, preferivelmente entre 0,0052 e 0,0085 M.
O reator é, então, fechado e a suspensão é aquecida até uma temperatura compreendida entre 90°C e 160°C, preferivelmente entre 130°C e 140°C.
A suspensão de celulose é mantida sob agitação na citada temperatura por um período compreendido, em geral, entre 2 e 5 horas, preferivelmente entre 2,5 e 3,5 h.
Uma vez finalizado o período de hidrólise ácida da celulose, a celulose microcristalina obtida é isolada. Para este propósito, o reator é resfriado e desgaseificado até alcançar a pressão atmosférica.
Quando a temperatura da suspensão está entre 85°C e 100°C, preferivelmente entre 90°C e 100°C, o ácido residual é neutralizado com um composto alcalino, por exemplo, carbonato de sódio, até que o pH esteja em um valor compreendido entre
12/20
5,5 e 7,0.
Para isolar a celulose microcristalina, a suspensão neutralizada pode ser filtrada sob vácuo em uma temperatura compreendida, em geral, entre 70°C e 95°C, preferivelmente entre 85°C e 90°C.
O bolo de celulose microcristalina que é obtido é lavado com água desmineralizada para eliminar os resíduos dos sais formados durante a neutralização até a obtenção da condutividade dos efluentes que é, normalmente, igual a ou menor do que 300 pS.
O bolo úmido de celulose microcristalina substancialmente livre de sais pode ser secada em um secador de leito fluidizado a uma temperatura de aproximadamente 65°C até alcançar um teor de umidade compreendido, em geral, entre 2,0% e 6,0%. O rendimento da produção de celulose microcristalina está compreendido, em geral, entre 82% e 84%.
Finalmente, a celulose microcristalina pode ser triturada e classificada granulometricamente de acordo com o tamanho das partículas.
O grau de polimerização da celulose microcristalina obtido com o método da invenção está, em geral, compreendido entre 220 e 340.
O consumo total de água desmineralizada que corresponde à etapa de hidrólise e à purificação está compreendido, em geral, entre 18 e 27 1 de água por kg de celulose microcristalina, normalmente incluído entre 19 e 23 1 de água por kg de celulose microcristalina.
O consumo térmico é, em geral, estimado como estando compreendido entre 2500 e 3000 kWh por kg de celulose microcristalina, normalmente incluído entre 2500 e 2750 kWh por kg de celulose microcristalina.
O método da invenção para a obtenção de celulose microcristalina apresenta vantagens em relação ao método que não inclui a etapa prévia de compactação da celulose.
Por exemplo, no caso da realização de uma redução parcial do grau de polimerização na presença de ácido clorídrico em um reator industrial com um volume de 9000 1 de água, as diferenças entre um método que utiliza celulose
13/20 compactada como matéria-prima e um método que utiliza celulose não compactada estão apresentadas na Tabela I:
TABELA I
Parâmetro Unidades Processo com celulose não compactada Processo com celulose compactada
Densidade aparente kg/m3 40-60 200 - 250
Peso de celulose kg 920 1800-2000
Concentração de celulose em água % (P/V) 10,2 20,0-22,2
Concentração de celulose na suspensão % (P/P) 9,3 16,7-18,2
Peso de ácido clorídrico (100%) kg 4,3 1,7-2,8
Peso de ácido clorídrico (100%) sobre o peso de celulose kgHCl/ kg celulose 0,0046 0,00085 - 0,0016
Peso de carbonato de sódio kg 6,24 2,46-4,06
Peso de cloreto de sódio formado kg 6,89 2,72-4,49
Peso de dióxido de carbono formado kg 2,59 1,02 -1,69
Consumo de água na hidrólise e na purificação 1 água/kg CMC 29-33 18-23
Consumo de água na secagem 1 água/kg CMC 1,6-2,2 0,8 -1,2
Consumo de energia kCal/kg CMC 4500 - 5500 2500 - 3000
14/20
Pode ser observado que o método para a preparação de celulose microcristalina no qual a celulose compactada é utilizada antes da realização da hidrólise da mesma apresenta consumos baixos de energia, água e produtos químicos por kg de celulose microcristalina obtida em comparação com os métodos nos quais a celulose não compactada é utilizada.
Além do mais, foi descoberto que uma redução maior do grau de polimerização é alcançado se a celulose compactada for utilizada. A Tabela II apresenta os graus de polimerização (GP) alcançados em diferentes tempos durante a hidrólise em meio ácido em escala de laboratório de uma celulose compactada e de uma celulose não compactada, e também o grau de polimerização obtido em relação ao valor inicial em forma de porcentagem:
TABELA II
Tempo Celulose compactada (GP) % Celulose não-compactada (GP) %
Inicial 1236 100 1458 100
1 hora 284 22,9 417 28,6
2 horas 279 22,5 397 27,2
3 horas 248 20,1 392 26,9
Pode ser observado que a compactação de celulose produz uma redução complementar do grau de polimerização da celulose: este passa de 1458 para 1236, o que implica em uma redução de aproximadamente 15%. Também pode ser observado que nas condições de hidrólise, o grau de polimerização da celulose que foi previamente compactada é reduzido em uma velocidade maior do que no caso da celulose que não foi compactada.
Foi observado, ao mesmo tempo, que a compactação permite a obtenção de valores de grau de polimerização que fazem com que a celulose microcristalina obtida a partir da celulose compactada apresente propriedades desintegrantes semelhantes aquelas da celulose microcristalina obtida por atomização, que possui um método para obtenção destas com um custo energético mais alto.
15/20
Os citados resultados estão descritos no Exemplo 4 localizado no final desta descrição. O citado exemplo descreve testes de desintegração de comprimidos placebo produzidos a partir de diferentes lotes de celulose microcristalina obtidos de acordo com o método da invenção, da celulose microcristalina obtida a partir de celulose não compactada e a partir do produto comercial AVICEL PH-102 obtido por atomização.
Foi observado, de maneira surpreendente, que a inclusão da etapa de compactação da celulose antes da realização da redução do grau de polimerização da mesma alcança:
- o aumento da concentração de sólidos no reator,
- a redução do consumo energético,
- a redução do consumo de água necessária para a purificação da celulose microcristalina,
- a redução do consumo de produtos químicos,
- a utilização de celulose “qualidade papel”, uma matéria-prima mais econômica e de maior disponibilidade, para a preparação de celulose microcristalina e,
- a obtenção de uma celulose microcristalina com propriedades desintegrantes comparáveis aquelas de uma celulose microcristalina obtida por atomização, um processo que envolve um maior consumo energético.
Os exemplos a seguir servem para ilustrar, porém não limitam a invenção. Exemplos
Exemplo comparativo - Preparação de celulose microcristalina sem a etapa prévia de compactação litros de água desmineralizada foram carregados em um reator e aquecidos a uma temperatura compreendida entre 88°C e 92°C.
Entre 23,1 g de 33% de ácido clorídrico por peso e 1635 g de celulose “qualidade papel” foram adicionados sob agitação. Em seguida, o reator foi fechado e a suspensão foi aquecida a uma temperatura compreendida entre 130°C e 140°C.
A suspensão de celulose foi mantida sob agitação na citada temperatura por um período compreendido entre 1 h 40 min e 2 h 20 min.
16/20
Uma vez finalizado o período da hidrólise ácida da celulose, o reator foi resfriado e desgaseificado até alcançar a pressão atmosférica.
Quando a temperatura alcançou 95°C, 11,1 g de carbonato de sódio foram adicionados para ajustar o pH a um valor compreendido entre 5,5 e 7,0.
A suspensão neutralizada foi filtrada sob vácuo a uma temperatura compreendida entre 70°C e 95°C. O bolo de celulose microcristalina foi lavado com água desmineralizada para eliminar o cloreto de sódio formado na neutralização até que a condutividade dos efluentes fosse igual a ou menor do que 300 pS.
O bolo úmido de celulose microcristalina substancialmente livre de sais foi secado em um secador de leito fluidizado a uma temperatura de 65°C até alcançar um teor de umidade compreendido entre 2,0% e 6,0%. 1206 g de celulose microcristalina foram obtidos.
A celulose microcristalina foi, então, triturada e granulometricamente classificada de acordo com o tamanho das partículas.
A celulose microcristalina obtida apresentou um grau de polimerização de 325.
O consumo total de água desmineralizada que corresponde à etapa de hidrólise e à purificação esteve compreendido entre 29 e 33 1 de água por kg de celulose microcristalina.
O consumo energético foi estimado como estando compreendido entre 4500 e 5500 kcal por kg de celulose microcristalina.
Exemplo 1 - Produção de celulose compactada e triturada
Tiras de celulose “qualidade papel” com uma espessura compreendida entre 2,10 e 2,25 mm, um comprimento compreendido entre 80 e 100 cm e uma largura compreendida entre 10 e 15 cm, foram utilizadas. A gramatura da citada celulose estava compreendida entre 730 e 780 g/m2.
As citadas tiras de celulose foram introduzidas entre os cilindros giratórios de um laminador modelo LA-6 da empresa Guttman (São Paulo, Brasil) e foram submetidas à compactação sob uma força compreendida entre 245 N e 400 N, com torques compreendidos entre 6560 e 9200 Nm.
17/20
As tiras de celulose compactadas foram trituradas em um moinho granulador giratório modelo FB-5530 da empresa Rone Moinhos (Carapicuíba, Brasil), que incluía telas perfuradas com aberturas circulares com um diâmetro compreendido entre 6 e 20 mm.
A celulose compactada e triturada, que é adequada para ser submetida a um processo para a redução do grau de polimerização da mesma, foi obtida.
A densidade aparente da celulose compactada e triturada foi 0,23 g/ml, enquanto a densidade aparente da celulose não compactada e triturada foi 0,07 g/ml. Exemplo 2 - Produção de celulose microcristalina litros de água desmineralizada foram carregados em um reator e aquecidos a uma temperatura compreendida entre 88°C e 92°C.
8,5 g de 33% ácido clorídrico por peso e 3555 g de celulose compactada e triturada obtida no Exemplo 1 foram adicionados sob agitação. Em seguida, o reator foi fechado e a suspensão foi aquecida a uma temperatura compreendida entre 130°C e 140°C.
A suspensão de celulose foi mantida sob agitação na citada temperatura por um período compreendido entre 2,5 e 3,5 horas.
Uma vez finalizado o período da hidrólise ácida da celulose, o reator foi fechado e desgaseificado até alcançar a pressão atmosférica.
Quando a temperatura alcançou 95°C, 4,0 g de carbonato de sódio foram adicionados para ajustar o pH para um valor compreendido entre 5,5 e 7,0.
A suspensão neutralizada foi filtrada sob vácuo a uma temperatura compreendida entre 70°C e 95°C. O bolo de celulose microcristalina foi lavado com água desmineralizada para eliminar o cloreto de sódio formado na neutralização até que a condutividade dos efluentes fosse igual a ou menor do que 300 pS.
O bolo úmido de celulose microcristalina substancialmente livre de sais foi secado em um secador de leito fluidizado a uma temperatura de 65°C até alcançar um teor de umidade compreendido entre 2,0% e 6,0%. 2590 g de celulose microcristalina foram obtidos.
A celulose microcristalina foi, então, triturada e granulometricamente
18/20 classificada de acordo com o tamanho de partículas.
O grau de polimerização da celulose microcristalina que foi obtida estava compreendido entre 220 e 340.
O consumo total de água desmineralizada que corresponde à etapa de hidrólise e à purificação estava compreendido entre 18 e 27 1 de água por kg de celulose microcristalina.
O consumo de água durante a etapa de secagem estava compreendido entre 0,8 e 1,61 de água por kg de celulose microcristalina.
O consumo energético foi estimado como estando compreendido entre 2500 e 3000 kcal por kg de celulose microcristalina.
Exemplo 3 - Teste de hidrólise em meio ácido em escala de laboratório
3190 ml de água desmineralizada foram carregados em um balão de fundo redondo e aquecidos a uma temperatura compreendida entre 88°C e 92°C.
Entre 70,2 g de 33% ácido clorídrico por peso e 100 g de celulose compactada e triturada obtida no Exemplo 1 foram adicionado sob agitação. Em seguida, a suspensão foi aquecida a uma temperatura compreendida entre 98°C e 101 °C, isto é, sob refluxo.
A suspensão de celulose foi mantida sob agitação na citada temperatura por um período de 3 horas.
Uma vez finalizado o período da hidrólise ácida, o balão de fundo redondo foi resfriado.
Quando a temperatura alcançou 90°C, 32,0 g de carbonato de sódio foram adicionados para ajustar o pH para um valor compreendido entre 5,5 e 7,0.
A suspensão neutralizada foi filtrada sob vácuo a uma temperatura compreendida entre 70°C e 95°C. O bolo de celulose microcristalina foi lavado com água desmineralizada para eliminar o cloreto de sódio formado na neutralização até que a condutividade dos efluentes fosse igual a ou menor do que 300 pS.
O bolo úmido de celulose microcristalina substancialmente livre de sais foi secado em um secador de leito fluidizado a uma temperatura de 65°C até alcançar um teor de umidade compreendido entre 2,0% e 6,0%. 70 g de celulose
19/20 microcristalina foram obtidas.
A celulose microcristalina foi, então, triturada e granulometricamente classificada de acordo com o tamanho de partículas.
O grau de polimerização da celulose microcristalina que foi obtida está descrito na Tabela II.
Exemplo 4 - Produção de comprimidos placebo
Comprimidos placebo foram produzidos por meio da utilização de diferentes lotes de celulose microcristalina obtida de acordo com o processo descrito no Exemplo 2 como desintegrante. Os lotes 1 e 2 eram compostos de celulose microcristalina obtida a partir de celulose “qualidade papel” compactada e triturada para um tamanho de 2 mm, enquanto no caso do lote 3, a celulose foi triturada para um tamanho de 10 mm. Também foram produzidos comprimidos a partir de celulose microcristalina obtida sem compactação prévia da celulose (Exemplo comparativo) e por meio da utilização do produto comercial AVICEL PH-102 da empresa FMC Biopolymer, que é obtido por atomização.
Os comprimidos que possuem celulose microcristalina como um componente único foram produzidos em uma máquina de compressão LAWES 2000 da empresa Lawes (Brasil). Os comprimidos apresentaram um peso médio de 450 mg e foram comprimidos para duas durezas: 107,8 N (equivalente all kp) e 294 N (equivalente a 30 kp) com uma marcação de 12 mm.
A Tabela III apresenta os tempos de desintegração determinados a partir dos comprimidos produzidos neste exemplo:
TABELA III
Celulose microcristalina Grau de polimerização Tempo de desintegração
107,8 N 294 N
Exemplo 2, lote 1 191 42 s 5 min 14 s
Exemplo 2, lote 2 199 29 s 3 min 8 s
Exemplo 2, lote 3 220 36 s 4 min 10 s
20/20
Exemplo comparativo 325 13 min 10 s >2h
AVICEL PH-102 237 35 s 6 min 8 s
A desintegração dos comprimidos foi determinada em um aparelho de desintegração padrão de acordo com o processo descrito na U.S. Pharmacopoeia, na qual seis comprimidos selecionados de maneira aleatória e 750 ml de água a uma temperatura de 37 ± 2°C foram utilizados. O tempo de desintegração mostrado na 5 Tabela ΙΠ expressa o tempo de desintegração do último comprimido em cada teste.
A dureza dos comprimidos foi determinada em um durômetro da empresa VanKel, e o resultado expressa a dureza média de dez comprimidos selecionados de maneira aleatória.
Pode ser observado que a celulose microcristalina produzida de acordo com o 10 método da invenção apresenta um grau de polimerização menor do que aquele da celulose microcristalina produzida a partir da celulose que não foi previamente compactada.
Também pode ser observado que o tempo de desintegração determinado para os comprimidos produzidos com celulose microcristalina produzidos de acordo com 15 o método da invenção é comparável com o tempo de desintegração determinado para os comprimidos produzidos com celulose microcristalina comercial obtida por atomização.

Claims (10)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. ) MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DE CELULOSE MICROCRISTALINA, caracterizado por ser compreendido por:
    1 - compactação da celulose substancialmente seca,
  2. 2 - redução parcial do grau de polimerização da celulose compactada, e
  3. 3 - isolamento da celulose microcristalina obtida na etapa 2.
    2. ) MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DE CELULOSE MICROCRISTALINA, de acordo coma reivindicação 1, caracterizado pela celulose ser selecionada a partir de um grupo composto por: celulose qualidade papel, celulose qualidade dissolução e/ou as misturas das mesmas.
    3. ) MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DE CELULOSE MICROCRISTALINA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pela mistura da celulose “qualidade papel” e celulose “qualidade dissolução” ser utilizada.
  4. 4. ) MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DE CELULOSE MICROCRISTALINA, método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela mistura de celulose “qualidade papel” e celulose “qualidade dissolução” ser utilizada compreendida entre 90:10 e 100:0.
  5. 5. ) MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DE CELULOSE MICROCRISTALINA, de acordo com quaisquer das reivindicações 1, 2, 3 e 4, caracterizado por um laminador que possui dois cilindros ser utilizado na compactação.
  6. 6. ) MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DE CELULOSE MICROCRISTALINA, de acordo com quaisquer das reivindicações 1, 2, 3, 4 e 5, caracterizado pela redução parcial do grau de polimerização da celulose ser realizada por meio de um processo selecionado a partir de um grupo composto por: degradação em meio ácido, degradação por vapor pressurizado em temperaturas elevadas, degradação enzimática, degradação com um agente oxidante em meio alcalino ou degradação em meio alcalino seguida por hidrólise em meio ácido:
  7. 7. ) MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DE CELULOSE MICROCRISTALINA, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela redução parcial do grau de polimerização da celulose ser realizada por meio da degradação em meio ácido.
    e **
    2/2
  8. 8.) MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DE CELULOSE MICROCRISTALINA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo meio ácido ser gerado por um ácido selecionado a partir de um grupo composto por ácido clorídrico, ácido sulfurico e ácido fosfórico.
    5
  9. 9.) MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DE CELULOSE MICROCRISTALINA, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por ácido clorídrico ser utilizado.
  10. 10.) MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DE CELULOSE MICROCRISTALINA, de acordo com quaisquer das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9, caracterizado por incluir como etapas adicionais para o isolamento da neutralização da celulose
    10 microcristalina no caso de ter utilizado meio ácido ou alcalino para hidrolisar a celulose, filtração da suspensão que contém a celulose microcristalina, purificação por meio de operações de lavagem com água purificada, secagem, trituração e classificação granulométrica de acordo com o tamanho das partículas.
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