CA2345326A1 - Use of essentially amorphous cellulose nanofibrils as emulsifying and/or stabilising agent - Google Patents
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Abstract
Description
UTILISATION DES NANOFIBRILLES DE CELLULOSE ESSENTIELLEMENT
AMORPHE COMME AGENT EMULSIFIANT ETlOU STABILISANT
La présente invention est relative à l'utilisation de nanofibrilles de cellulose essentiellement amorphe possédant un taux de cristallinité inférieur ou égal à
50 %, comme agent émulsifiant et/ou stabilisant d'une dispersion.
Elle concerne également l'utilisation des nanofibrilles précitées avec au moins un.
additif et éventuellement avec au moins un co-additif.
Au sens de l'invention, une dispersion désigne un système constitué d'au moins deux phases non miscibles.
Elle peut correspondre par exemple - à une émulsion liquide dans liquide, les liquides étant non miscibles l'un dans l'autre, notamment une émulsion huile dans eau, ou une émulsion eau dans huile ;
- à une émulsion multiple constituée par exemple de trois liquides dont au moins 2 sont non miscibles entre eux, notamment une émulsion eau dans huile dans eau ou huile dans eau dans huile, les phases eau et huiles pouvant âtre identiques ou différentes ;
- à une mousse constituée de gaz dispersé dan un liquide ou une émulsion ;
- à une émulsion ou suspension de solide dans un liquide, comme les latex qui correspondent à des suspensions colldidales de particules de polymères dans une phase liquide ;
- à un système formé d'un gaz et de deux liquides différents.
L'objet de la présente invention s'applique à toute dispersion telle que définie plus haut, et plus particulièrement aux sytèmes énumérés de façon non limitative.
A ce stade, il est important de définir les termes "émulsifiant" et "stabilisant".
Dans le cadre de la présente invention, le terme "émulsifiant" désigne un composé qui abaisse la tension interfaciale entre deux phases non miscibles (par exemple eau/huile) et permet ainsi une forte augmentation de la surface spécifique de la phase à émulsionner. Ainsi, (énergie mécanique nécessaire pour former la dispersion est diminuée.
L'émulsifiant peut ou non par la suite stabiliser de façon durable l'émulsion en apportant par exemple des charges à la surface des gouttelettes "stabilisation électrostatique".
Par "stabilisant", on entend tout composé qui va ralentir, voire inhiber les phénomènes de déstabilisation de (émulsion ou de la dispersion, c'est-à-dire le crémage ou la floculation qui conduisent tôt ou tard à la coalescence des gouttelettes ou à la coagulation des solides dans une dispersion. Le stabilisant peut exercer sa fonction de différentes manières - soit en s'adsorbant à la surface des gouttelettes sans nécessairement abaisser leur tension interfaciale et en les stabilisant stériquement, USE OF ESSENTIALLY CELLULOSE NANOFIBRILLES
AMORPHOUS AS AN EMULSIFYING AND / OR STABILIZING AGENT
The present invention relates to the use of nanofibrils of cellulose essentially amorphous with a crystallinity rate less than or equal to 50%, as an emulsifying and / or stabilizing agent for a dispersion.
It also relates to the use of the aforementioned nanofibrils with at minus one.
additive and optionally with at least one co-additive.
Within the meaning of the invention, a dispersion designates a system consisting of at least two immiscible phases.
It can correspond for example - a liquid-in-liquid emulsion, the liquids being immiscible one in the other, in particular an oil in water emulsion, or a water in oil emulsion;
- a multiple emulsion consisting for example of three liquids, of which minus 2 are immiscible with each other, in particular a water in oil in water emulsion or oil in water in oil, the water and oil phases possibly being identical or different;
- a foam consisting of gas dispersed in a liquid or an emulsion;
- an emulsion or suspension of solid in a liquid, such as latex which correspond to colloidal suspensions of polymer particles in a liquid phase;
- a system formed by a gas and two different liquids.
The object of the present invention applies to any dispersion such as defined more above, and more particularly to the systems listed in a nonlimiting manner.
At this stage, it is important to define the terms "emulsifier" and "stabilizing".
In the context of the present invention, the term "emulsifier" denotes a compound which lowers the interfacial tension between two immiscible phases (through water / oil example) and thus allows a large increase in the surface specific of the phase to be emulsified. Thus, (mechanical energy required to form the dispersion is decreased.
The emulsifier may or may not subsequently stabilize the emulsion in a lasting manner in for example bringing charges to the surface of the droplets "stabilization electrostatic".
By "stabilizer" is meant any compound which will slow down or even inhibit the destabilization phenomena of (emulsion or dispersion, i.e.
the creaming or flocculation which sooner or later lead to the coalescence of droplets or the coagulation of solids in a dispersion. The stabilizer can exercise his function in different ways - either by adsorbing on the surface of the droplets without necessarily lower their interfacial tension and stabilizing them sterically,
2 - soit en structurant et en viscosant le milieu de telle sorte que la vitesse de crémâge des gouttelettes ou la floculation des solides soit ralentie.
On peut ainsi dire que le stabilisant exerce sa fonction en formant une sorte de barrière mécanique empêchant les gouttelettes de crémer ou les solides de floculer.
5 La stabilisation et 1'émulsification sont donc deux fonctions distinctes mais complémentaires.
II est à noter que les conditions opératoires, comme par exemple la nature des phases, la concentration, le pH, la force ionique, la températures etc., favorisant faction d'un émulsifiant, ne favorisent pas forcément celle d'un stabilisant.
10 Ainsi, de nombreux composés sont connus pour leur fonction en tant qu'émulsifiant ou en tant que stabilisant. Plus rares sont ceux qui exercent de façon optimale les deux fonctions à la fois, et ce à des concentrations faibles et pour un grand nombre de systèmes différents.
A titre indicatif, on peut citer la gomme xanthane, les carraghénanes, les alginates 15 ou les carboxyméthylcelluloses, polysaccharides qui sont connus comme agents stabilisants des émulsions mais pas comme émulsifiant.
Un contre exemple est la gomme arabique qui a un pouvoir émulsifiant et stabilisant mais ce à des concentrations élevées.
Or, la Demanderesse a constaté de façon inattendue et surprenant que les 20 nanofibrilles de cellulose essentiellement amorphes dont le taux de cristallinité est inférieur ou égal à 50 % possédaient des propriétés émulsifantes etlou stabilisantes remarquables.
Lesdites nanofibrilles selon l'invention peuvent être à la fois agent émulsifiant etlou stabilisant à des quantités relativement basses, tout à fait comparables à celles 25 des émulsifiants usuels tels que le TWEEN 20 (polyoxyéthylène sorbitan monolaurate) et bien moins élevées que la gomme arabique.
D'autres avantages et caractéristiques de ia présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description et les exemples qui vont suivre.
La présente invention a donc pour objet l'utilisation de nanofibrilles de cellulose 30 essentiellement amorphes possédant un taux de cristallinité inférieur ou égal à 50 %, comme agent émulsifiant etlou stabilisant d'une dispersion.
Plus particulièrement, l'invention a pour objet l'utilisation de nanofibrilles de cellulose essentiellement amorphes possédant un taux de cristallinité
inférieur ou égal à
50 %, comme agent émulsifiant et stabilisant d'une dispersion 35 Dans la présente invention, les nanofibrilles sont mises en oeuvre en une quantité
suffisante pour émulsifier et/ou stabiliser.
En particulier, les nanofibrilles peuvent être présentes en une quantité
comprise entre 0,01 à 5 % en poids par rapport au poids total de la dispersion. 2 - either by structuring and viscosating the medium so that the speed creaming droplets or flocculation of solids is slowed.
We can say that the stabilizer performs its function by forming a kind of mechanical barrier preventing droplets from creaming or solids from flocculate.
5 Stabilization and emulsification are therefore two separate functions But complementary.
It should be noted that the operating conditions, such as for example the nature of the phases, concentration, pH, ionic strength, temperatures etc., favoring faction of an emulsifier, do not necessarily favor that of a stabilizer.
Many compounds are thus known for their function as as an emulsifier or as a stabilizer. Rarer are those who exercise in a way both functions at the same time, at low concentrations and for a great number of different systems.
By way of indication, mention may be made of xanthan gum, carrageenans, alginates Or carboxymethylcelluloses, polysaccharides which are known as agents stabilizers for emulsions but not as an emulsifier.
A counter example is gum arabic which has an emulsifying power and stabilizing but at high concentrations.
However, the Applicant has unexpectedly and surprisingly found that the 20 essentially amorphous cellulose nanofibrils with a rate of crystallinity is less than or equal to 50% possessed emulsifying properties and / or stabilizers remarkable.
Said nanofibrils according to the invention can be both an agent emulsifier and / or stabilizing at relatively low, fully comparable amounts those 25 of the usual emulsifiers such as TWEEN 20 (polyoxyethylene sorbitan monolaurate) and much lower than gum arabic.
Other advantages and characteristics of the present invention will become apparent more clearly reading the description and the examples which follow.
The present invention therefore relates to the use of nanofibrils of cellulose Essentially amorphous with a lower crystallinity level or equal to 50%, as an emulsifying and / or stabilizing agent for a dispersion.
More particularly, the invention relates to the use of nanofibrils of essentially amorphous cellulose with a crystallinity rate less than or equal to 50% as an emulsifying and stabilizing agent for a dispersion In the present invention, the nanofibrils are used in one amount sufficient to emulsify and / or stabilize.
In particular, the nanofibrils may be present in an amount understood between 0.01 to 5% by weight relative to the total weight of the dispersion.
3 Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, les nanofibrilles sônt présentes en quantité comprise entre 0,05 à 1% en poids, de préférence entre 0,1 et 0,8 % en poids par rapport au poids total de la dispersion.
Par essentiellement amorphes, on entend des nanofibrilles dont le taux de cristalünité est inférieur ou égal à 50 %. Selon une variante particulière de la présente invention, le taux de cristallinité est compris entre 15 % et 50 %. De préférence, le taux de cristallinité est inférieur à 50 %.
Les nanofibrilles de cellulose entrant dans la composition de la formulation selon la présente invention sont issues de cellules constituées, de préférence, d'au moins environ 80% de parois primaires.
On a de telles caractéristiques avec de la cellulose à base de cellules de parenchyme. Par exemple, les citrus, comme les citrons, pamplemousses notamment, ou encore la betterave sucrière, sont des végétaux comprenant de telles cellules.
De préférence, la quantité de parois primaires est d'au moins 85 % en poids.
Plus particulièrement, on met en oeuvre de la cellulose issue de la pulpe de betterave sucrière.
Selon une variante préférée, les nanofibrilles de l'invention présentent au moins 80 % de cellules à parois primaires.
Les nanofibrilles sont avantageusement chargées en surface en acides carboxyliques et en polysaccharides acides, seuls ou en mélange.
Par acides carboxyliques, on entend les acides carboxyliques simples, ainsi que leurs sels. Ces acides sont de préférence choisis parmi les acides uroniques, ou leurs sels. Plus particulièrement, lesdits acides uroniques sont l'acide galacturonique, l'acide glucuronique, ou leurs sels.
En tant que polysaccharides acides, on peut citer les pectines, qui sont plus particulièrement des acides polygalacturoniques. Ces polysaccharides acides peuvent être présents en mélange avec des hémicelluloses.
Un mode de réalisation très avantageux de l'invention est constitué par des nanofibrilles dont la surface est au moins chargée en acide galaturonique et/ou en acide polygalacturonique.
II est à noter qu'il ne s'agit pas ici d'un simple mélange entre lesdites nanofibrilles et les acides et polysaccharides, mais plutôt d'une combinaison étroite entre ces deux types de composés. En effet, le procédé de préparation des nanoofibrilles est tel que les acides et polysaccharides ne sont pas totalement séparés des fibres mais restent encore en surface de ces dernières, leur conférant des propriétés bien spécifiques.
Ainsi, on a constaté qu'il n'était pas possible d'obtenir les mêmes propriétés si ces acides et/ou polysaccharides étaient totalement séparés des nanofibrilles lors de leur préparation pour leur être rajoutés par la suite.
WO 00/16889 PCT/F'R99/02159 3 According to an advantageous embodiment of the invention, the nanofibrils are present in an amount between 0.05 to 1% by weight, preferably between 0.1 and 0.8% by weight relative to the total weight of the dispersion.
By essentially amorphous, we mean nanofibrils whose rate of crystallinity is less than or equal to 50%. According to a particular variant of the current invention, the degree of crystallinity is between 15% and 50%. Of preferably the rate crystallinity is less than 50%.
The cellulose nanofibrils used in the composition of the formulation according to the present invention are derived from cells preferably made up of at least less about 80% of primary walls.
We have such characteristics with cellulose based on parenchyma. For example, citrus, such as lemons, grapefruits especially, or sugar beet, are plants comprising such cells.
Preferably, the quantity of primary walls is at least 85% by weight.
More in particular, we use cellulose from pulp beet sugar.
According to a preferred variant, the nanofibrils of the invention exhibit at less 80% of cells with primary walls.
The nanofibrils are advantageously charged at the surface with acids carboxylic and acid polysaccharides, alone or as a mixture.
By carboxylic acids is meant simple carboxylic acids, as well than their salts. These acids are preferably chosen from uronic acids, or their salts. More particularly, said uronic acids are the acid galacturonic acid glucuronic, or their salts.
As acidic polysaccharides, mention may be made of pectins, which are more particularly polygalacturonic acids. These acidic polysaccharides can be present in mixture with hemicelluloses.
A very advantageous embodiment of the invention consists of nanofibrils whose surface is at least charged with galaturonic acid and / or acid polygalacturonic.
It should be noted that this is not a simple mixture between said nanofibrils and acids and polysaccharides, but rather a close combination between these two types of compounds. Indeed, the process for preparing nanoofibrils is such as acids and polysaccharides are not completely separated from the fibers but stay still on the surface of the latter, giving them good properties specific.
Thus, it was found that it was not possible to obtain the same properties if these acids and / or polysaccharides were completely separated from the nanofibrils during of their preparation to be added later.
WO 00/16889 PCT / F'R99 / 02159
4 Les nanofibrilles de cellulose présentent, par ailleurs, une section comprise entre environ 2 et environ 10 nm. Plus particulièrement, la section des microfibrilles est comprise entre environ 2 et environ 4 nm.
Les microfibrilles particulières entrant dans la composition de formulations alimentaires présentent de telles caractéristiques du fait de la mise en oeuvre d'un procédé de préparation bien particulier, qui va maintenant âtre décrit.
II est â noter que ce procédé fait entre autres l'objet de la demande de brevet EP 726 356, â laquelle on pourra se référer pour plus de détails.
Tout d'abord, ledit procédé est plus particulièrement effectué sur de la pulpe de betterave sucrière après que celle-ci a subi une étape d'extraction préalable du saccharose, selon les méthodes connues de la technique.
Le procédé de préparation comprend les étapes suivantes (a) première extraction acide ou basique, à l'issue de laquelle on récupère un premier résidu solide, (b) éventuellement seconde extraction effectuée dans des conditions alcalines du premier résidu solide, â la suite de quoi, est récupéré un second résidu solide, (c) lavage du premier ou du second résidu solide, (d) éventuellement blanchiment du résidu lavé, {e) dilution du troisième résidu solide obtenu à (issue de l'étape (d) de manière à
obtenir un taux de matières sèches compris entre 2 et 10 % en poids, (f) homogénéisation de la suspension diluée.
Dans l'étape {a), on entend par "pulpe" de la pulpe humide, déshydratée, conservée par ensilage ou partiellement dépectinée.
L'étape d'extraction (a) peut être effectuée en milieu acide ou en milieu basique.
Pour une extraction acide, la pulpe est mise en suspension dans une solution d'eau pendant quelques minutes de façon à homogénéiser la suspension acidifiée à un pH compris entre 1 et 3, de préférence entre 1,5 et 2,5.
Cette opération est mise en oeuvre avec une solution concentrée d'un acide tel que l'acide chlofiydrique ou l'acide sulfurique.
Cette étape peut être avantageuse pour éliminer les cristaux d'oxalate de calcium qui peuvent être présents dans la pulpe, et qui, du fait de leur caractère abrasif important, peuvent causer des difficultés dans l'étape d'homogénéisation.
Pour une extraction basique, la pulpe est ajoutée à une solution alcaline d'une base, par exemple de la soude ou de la potasse, de concentration inférieure à
9 % en poids, plus particulièrement inférieure à 6 % en poids. De préférence, la concentration de la base est comprise entre 1 et 2 % en poids.
On pourra ajouter une faible quantité d'un agent antioxydant soluble dans l'eau, tel que le sulfite de sodium Na2S03, afin de limiter les réactions d'oxydation de la cellulose.
L'étape (a) est effectuée en général à une température comprise entre environ 60°C et 100°C, de préférence comprise entre environ 70°C
et 95°C.
La durée de (étape (a) est comprise entre environ 1 heure et environ 4 heures.
Lors de (étape (a), il se produit une hydrolyse partielle avec libération et 4 The cellulose nanofibrils also have a cross section Between about 2 and about 10 nm. More specifically, the microfibrils is between about 2 and about 4 nm.
The particular microfibrils used in the composition of formulations have such characteristics due to the work of a very specific preparation process, which will now be described.
It should be noted that this process is among other things the subject of the request for patent EP 726 356, to which reference may be made for more details.
First of all, said process is more particularly carried out on pulp of sugar beet after it has undergone a preliminary extraction step of sucrose, according to methods known in the art.
The preparation process includes the following steps (a) first acid or basic extraction, at the end of which a first solid residue, (b) possibly second extraction carried out under alkaline conditions of first solid residue, after which a second residue is recovered solid, (c) washing the first or second solid residue, (d) optionally bleaching the washed residue, {e) dilution of the third solid residue obtained at (from step (d) of way to obtain a dry matter content of between 2 and 10% by weight, (f) homogenization of the diluted suspension.
In step {a), the term "pulp" means moist, dehydrated pulp, preserved by silage or partially defected.
The extraction step (a) can be carried out in an acid medium or in a medium basic.
For acid extraction, the pulp is suspended in a solution of water for a few minutes so as to homogenize the acidified suspension has a pH between 1 and 3, preferably between 1.5 and 2.5.
This operation is carried out with a concentrated solution of an acid such than hydrochloric acid or sulfuric acid.
This step may be advantageous for removing the oxalate crystals from calcium which may be present in the pulp, and which, due to their character abrasive important, can cause difficulties in the homogenization step.
For basic extraction, the pulp is added to an alkaline solution of a base, for example soda or potash, with a concentration lower than 9% in weight, more particularly less than 6% by weight. Preferably, the concentration of the base is between 1 and 2% by weight.
We can add a small amount of an antioxidant agent soluble in water as than sodium sulfite Na2S03, in order to limit the oxidation reactions of cellulose.
Stage (a) is generally carried out at a temperature of between approximately 60 ° C and 100 ° C, preferably between about 70 ° C
and 95 ° C.
The duration of (step (a) is between approximately 1 hour and approximately 4 hours.
During (step (a), there is a partial hydrolysis with release and
5 solubilisation de la majeure partie des pectines et des hémicelluloses, tout en préservant la masse moléculaire de la cellulose.
Le résidu solide est récupéré à partir de la suspension provenant de (étape (a) en mettant en oeuvre des méthodes connues. Ainsi, il est possible de séparer le résidu solide par centrifugation, par filtration sous vide ou sous pression, avec les toiles filtrantes, ou les filtres-presses par exemple, ou encore par évaporation.
On soumet éventuellement le premier résidu solide obtenu à une seconde étape d'extraction, effectuée dans des conditions alcalines.
On met en oeuvre une seconde étape d'extraction lorsque la première a été
conduite dans des conditions acides. Si la première extraction a été effectuée dans des conditions alcalines, ia seconde étape n'est que facultative.
Selon le procédé, cette seconde extraction est effectuée avec une base de préférence choisie parmi la soude ou la potasse, dont la concentration est inférieure à
environ 9 % en poids, de préférence comprise entre environ 1 % et environ 6 %
en poids.
La durée de (étape d'extraction alcaline est comprise entre environ 1 et environ 4 heures. Elle est de préférence égale à environ 2 heures.
A l'issue de cette seconde extraction, si elle a lieu, on récupère un second résidu solide.
Dans (étape (c) le résidu provenant de (étape (a) ou (b) est lavé abondamment à
Peau afin de récupérer le résidu de matériau cellulosique.
Le matériau cellulosique de l'étape (c) est ensuite facultativement blanchi, dans (étape (d), selon les méthodes classiques. Par exemple, on peut effectuer un traitement au chlorite de sodium, à fhypochlorite de sodium, au peroxyde d'hydrogène à
raison de 5-20 % par rapport à la quantité de matières sèches traitée.
Différentes concentrations d'agent de blanchiment peuvent être utilisées, à
des températures comprises entre environ 18°C et 80°C, de préférence entre environ 50°C
et 70°C.
La durée de cette étape (d) est comprise entre environ 1 heure et environ 4 heures, de préférence entre environ 1 et environ 2 heures.
On obtient alors un matériau cellulosique contenant entre 85 et 95 % en poids de cellulose.
A (issue de cette étape de blanchiment, il peut étre préférable de laver abondamment la cellulose avec de l'eau. 5 solubilization of most of the pectins and hemicelluloses, all in preserving the molecular weight of the cellulose.
The solid residue is recovered from the suspension from (step (a) in using known methods. So it is possible to separate the residue solid by centrifugation, by vacuum or pressure filtration, with the canvases filters, or filter presses for example, or by evaporation.
The first solid residue obtained is optionally subjected to a second step extraction, carried out under alkaline conditions.
A second extraction step is implemented when the first has been driving under acidic conditions. If the first extraction has been carried out in alkaline conditions, the second step is only optional.
According to the method, this second extraction is carried out with a base of preference chosen from soda or potash, the concentration of which is lower than about 9% by weight, preferably between about 1% and about 6%
in weight.
The duration of (alkaline extraction step is between about 1 and about 4 hours. It is preferably equal to approximately 2 hours.
At the end of this second extraction, if it takes place, we recover a second residue solid.
In (step (c) the residue from (step (a) or (b) is washed thoroughly at Skin in order to recover the residue of cellulosic material.
The cellulosic material of step (c) is then optionally bleached, in (step (d), according to conventional methods. For example, one can perform a treatment with sodium chlorite, with sodium hypochlorite, with hydrogen peroxide with Reason to 5-20% compared to the quantity of dry matter treated.
Different concentrations of bleach can be used, except of temperatures between about 18 ° C and 80 ° C, preferably between about 50 ° C
and 70 ° C.
The duration of this step (d) is between approximately 1 hour and approximately 4 hours, preferably between about 1 and about 2 hours.
A cellulosic material containing between 85 and 95% by weight is then obtained.
of cellulose.
At (after this bleaching step, it may be preferable to wash abundantly cellulose with water.
6 . La suspension résultante, éventuellement blanchie, est ensuite rediluée dans de l'eau à raison de 2 à 10 % de matières sèches, puis subit une étape d'homogénéisation.
Celle-ci correspond à un mixage, broyage ou toute opération de cisaillement mécanique élevé, suivie d'un ou plusieurs passages de la suspension de cellules à
travers un orifice de petit diamètre, soumettant la suspension à une chute de pression d'au moins 20 MPa et à une action de cisaillement à vitesse élevée suivie d'un impact.
de décélération à vitesse élevée.
Le mixage ou broyage est, par exemple, effectué par passages) au mixeur ou broyeur pendant une durée allant de quelques minutes à environ une heure, dans un appareil de type tel un WARING BLENDOR équipé d'une hélice à quatre pales ou broyeur à meule ou tout autre type de broyeur, tel un broyeur colloïdal.
L'homogénéisation proprement dite sera avantageusement effectuée dans un homogénéiseur du type MANTON GAULIN dans lequel la suspension est soumise à
une action de cisaillement à vitesse et à pression élevées dans un passage étroit et contre un anneau de choc. On peut aussi citer le MICRO FLUIDIZER qui est un homogénéiseur principalement constitué d'un moteur à air comprimé qui crée de très fortes pressions, d'une chambre d'interaction dans laquelle s'effectue l'opération d'homogénéisation {cisaillement élongationnel, chocs et cavitations) et d'une chambre basse pression qui permet la dépressurisation de la dispersion.
La suspension est introduite dans fhomogénéiseur de préférence après préchauffage à une température comprise entre 40 et 120°C, de préférence comprise entre 85 et 95°C.
La température de l'opération d'homogénéisation est maintenue entre 95 et 120°C, de préférence supérieure à 100°C.
La suspension est soumise dans fhomogénéiseur à des pressions comprises entre 20 et 100 MPa, et de préférence supérieures à 50 MPa.
L'homogénéisation de la suspension cellulosique est obtenue par un nombre de passages pouvant varier entre 1 et 20, de préférence entre 2 et 5, jusqu'à
obtention d'une suspension stable.
L'opération d'homogénéisation peut avantageusement ëtre suivie d'une opération de cisaillement mécanique élevé, par exemple dans un appareil tel l'ULTRA
TURRAX
de SYLVERSON.
II est à noter que ce procédé a été décrit dans la demande de brevet européen EP 726 356 déposée le 07/02/96, on pourra donc s'y référer si nécessaire.
L'exemple 20 de ce texte donne notamment un mode de préparation de suspension de nanofibrilles de cellulose essentiellement amorphes.
Dans le cadre de la présente invenüon, on peut utiliser les nanofibrilles sous forme de suspension aqueuse, telle qu'obtenue par le procédé décrit ci-dessus. 6 . The resulting suspension, possibly bleached, is then rediluted in of water at a rate of 2 to 10% of dry matter, then undergoes a stage homogenization.
This corresponds to mixing, grinding or any shearing operation high mechanical, followed by one or more passages of the suspension cells to through a small diameter orifice, subjecting the suspension to a fall of pressure at least 20 MPa and a high speed shearing action followed by a impact.
deceleration at high speed.
The mixing or grinding is, for example, carried out by passages) in the mixer or grinder for a period ranging from a few minutes to about an hour, in a type device such as a WARING BLENDOR equipped with a four-blade propeller or wheel mill or any other type of mill, such as a colloid mill.
The actual homogenization will advantageously be carried out in a homogenizer of the MANTON GAULIN type in which the suspension is subjected to shearing action at high speed and pressure in a passage narrow and against a shock ring. We can also cite the MICRO FLUIDIZER which is a homogenizer mainly consisting of a compressed air motor which creates very strong pressures, of an interaction chamber in which is carried out the operation homogenization (elongational shear, shock and cavitation) and a bedroom low pressure which allows the depressurization of the dispersion.
The suspension is introduced into the homogenizer preferably after preheating at a temperature between 40 and 120 ° C, preference included between 85 and 95 ° C.
The temperature of the homogenization operation is maintained between 95 and 120 ° C, preferably greater than 100 ° C.
The suspension is subjected in the homogenizer to pressures included between 20 and 100 MPa, and preferably greater than 50 MPa.
The homogenization of the cellulosic suspension is obtained by a number of passages can vary between 1 and 20, preferably between 2 and 5, up to obtaining of a stable suspension.
The homogenization operation can advantageously be followed by an operation high mechanical shear, for example in a device such as ULTRA
TURRAX
from SYLVERSON.
It should be noted that this process has been described in the European patent application EP 726 356 filed on 07/02/96, we can therefore refer to it if necessary.
Example 20 of this text gives in particular a method of preparing a suspension of essentially amorphous cellulose nanofibrils.
In the context of this invention, nanofibrils can be used under form of aqueous suspension, as obtained by the process described above.
7 Selon un mode particulier de réalisation de (invention les nanofibrilles de cellulose peuvent être associées à au moins un composé organique polyhydroxylé (polyOH).
Plus particulièrement, le composé polyhydroxylé (polyOH) est choisi parmi les hydrates de carbone et leurs dérivés, et les polyols.
5 En ce qui concerne les hydrates de carbone, on peut tout particulièrement citer les monosaccharides linéaires ou cycliques en C-3 à C-6, et de préférence en C-5 ou C-6, les oligosaccharides, les polysaccharides et leurs dérivés gras comme les sucroesters ou sucroesters d'acides gras, les hydrates de carbone alcool et leurs mélanges.
10 A titre d'exemples non limitatifs des monosaccharides, conviennent le fructose, le mannose, le galactose, le glucose, le talose, le gulose, fallose, faltrose, l'idose, farabinose, le xylose, le lyxose et le ribose.
A titre d'oligosaccharides, on peut mentionner entre autres, le saccharose, le maltose et le lactose.
15 Les polysaccharides peuvent être d'origine animale, végétale ou encore bactérienne.
En outre, ils peuvent être mis en oeuvre sous une forme anionique ou non ionique.
La gomme xanthane, les succinoglycanes, les carraghénanes, les alginates sont 20 des éléments représentatifs des polysaccharides anioniques.
Pour ce qui a trait aux polysaccharides non ioniques, on peut citer notamment les galactomannannes, comme la gomme de guar, la gomme de caroube, l'amidon et ses dérivés non ioniques, les dérivés non ioniques de la cellulose.
Quant aux dérivés des hydrates de carbone, on peut mentionner sans intention de 25 s'y limiter, les sucroesters d'acides gras, les esters d'acides gras, les hydrates de carbone d'alcools de type sorbitol, mannitol ; les hydrates de carbone d'acides comme l'acide gluconique, les acides uroniques, tels que l'acide galacturonique, l'acide glucuronique, ainsi que leurs sels, et les hydrates de carbone d'éthers comme la cellulose carboxyméthylée.
30 En ce qui concerne les polyols, on peut mettre en oeuvre dans les formulations alimentaires, du glycérol, du pentaérythritol, du propylèneglycol, de l'éthylène glycol etlou des alcools polyvinyliques.
II est à noter que les composés précédemment décrits peuvent être utilisés seuls ou en mélange.
35 Lorsque ce mode particulier de réalisation est mis en oeuvre, le(s) composés) organiques) polyhydroxylé(s) (polyOH)(s) est associés) aux nanofibrilles de cellulose dans un rapport pondérai (polyOH)(s) x 100 I [(polyOH)(s) +(NFC)J compris entre 5 et 50 %, et de préférence entre 5 et 30 %. 7 According to a particular embodiment of (invention the nanofibrils of cellulose can be combined with at least one polyhydroxylated organic compound (polyOH).
More particularly, the polyhydroxylated compound (polyOH) is chosen from carbohydrates and their derivatives, and polyols.
5 With regard to carbohydrates, we can particularly to quote linear or cyclic monosaccharides in C-3 to C-6, and preferably in C-5 or C-6, oligosaccharides, polysaccharides and their fatty derivatives such as fatty acid sucroesters or sucroesters, alcohol carbohydrates and their mixtures.
10 As nonlimiting examples of monosaccharides, the fructose, the mannose, galactose, glucose, talose, gulose, fallose, faltrose, idosis, farabinose, xylose, lyxose and ribose.
As oligosaccharides, mention may be made, among others, of sucrose, maltose and lactose.
15 The polysaccharides can be of animal, vegetable or even bacterial.
In addition, they can be used in an anionic form or not ionic.
Xanthan gum, succinoglycans, carrageenans, alginates are 20 representative elements of anionic polysaccharides.
With regard to nonionic polysaccharides, mention may be made in particular the galactomannans, such as guar gum, locust bean gum, starch and its non-ionic derivatives, non-ionic derivatives of cellulose.
As for the carbohydrate derivatives, we can mention without intention of 25 be limited thereto, fatty acid sucroesters, fatty acid esters, hydrates carbon of sorbitol-type alcohols, mannitol; carbohydrates acids like gluconic acid, uronic acids, such as galacturonic acid, acid glucuronic, and their salts, and carbohydrates of ethers like the carboxymethylated cellulose.
30 With regard to polyols, it is possible to use in the formulations food, glycerol, pentaerythritol, propylene glycol, ethylene glycol and / or polyvinyl alcohols.
It should be noted that the compounds described above can be used alone or mixed.
35 When this particular embodiment is implemented, the (s) compounds) organic) polyhydroxylated (polyOH) (s) is associated) with nanofibrils of cellulose in a weighted ratio (polyOH) (s) x 100 I [(polyOH) (s) + (NFC) J included between 5 and 50%, and preferably between 5 and 30%.
8 De manière tout à fait avantageuse, ce rapport est compris entre 10 et 30% et de préférence entre 15 et 30 % en poids.
Selon une première variante particulièrement avantageuse, le composé
polyhydroxylé est au moins de la cellulose carboxyméthylée.
La cellulose est un polymère constitué d'unités monomériques de glucose. Le groupement carboxylé est introduit de manière connue en soi, en faisant réagir l'acide'~~
chloro-acétique avec la cellulose.
Le degré de substitution correspond au nombre de groupements carboxyméthylés par unité de glucose. Le degré théorique maximal est de 3.
Selon que le degré de substitution est supérieur à 0,95, ou inférieur ou égal à
cette valeur, on précise que la cellulose carboxyméthylée est, respectivement, à haut ou à bas degré de substitution. De préférence, la carboxyméthylcellulose présente un degré de substitution est supérieur à 0,95.
Selon une seconde variante, le composé polyhydroxylé est une combinaison de cellulose carboxyméthylée avec l'un au moins des composés choisis parmi les monosaccharides, oligosaccharides, les polysaccharides non ioniques et anioniques et leur dérivés, les dérivés des hydrates de carbone comme les hydrates de carbone d'alcools, d'acides et d'éthers.
En particulier, la cellulose carboxyméthylée est mise en oeuvre en combinaison avec l'un au moins des composés suivants : la gomme xanthane, le sorbitol, le saccharose.
Éventuellement, les nanofibrilles de cellulose peuvent être associées, outre le composé polyhydroxylé précité, avec au moins un co-additif choisi parmi la cellulose carboxylée présentant un degré de substitution inférieur ou égal à.
0,95, de préférence de la cellulose carboxyméthylée, les monomères ou oligomères osidiques, les composés de formule (R~R2N)COA, formule dans laquelle R~ ou R2, identiques ou différents, représentent l'hydrogène ou un radical alkyle en C-1 à C-10, de préférence en C-1 à C-5, A représente (hydrogène, un radical alkyle en C-1 à C-10, de préférence en C-1 à C-5, ou encore le groupement R'~R'2N avec R'~, R'2, identiques ou différents, représentant l'hydrogène ou un radical alkyle en C-1 à C-10, de préférence en C-1 à C-5, les tensioactifs cationiques ou amphotères.
En ce qui concerne les composés du type (R~R2N)COA, on préfère utiliser les composés comprenant deux fonctions amides. De préférence on utilise l'urée comme co-additif.
WO 00/16888 Quite advantageously, this ratio is between 10 and 30% and of preferably between 15 and 30% by weight.
According to a first particularly advantageous variant, the compound polyhydroxylated is at least carboxymethylated cellulose.
Cellulose is a polymer made up of monomeric units of glucose. The carboxyl group is introduced in a manner known per se, by reacting acid '~~
chloroacetic with cellulose.
The degree of substitution corresponds to the number of carboxymethyl groups per unit of glucose. The maximum theoretical degree is 3.
Depending on whether the degree of substitution is greater than 0.95, or less than or equal at this value, it is specified that the carboxymethylated cellulose is, respectively, high or with a low degree of substitution. Preferably, carboxymethylcellulose presents a degree of substitution is greater than 0.95.
According to a second variant, the polyhydroxylated compound is a combination of carboxymethylated cellulose with at least one of the compounds chosen from monosaccharides, oligosaccharides, nonionic polysaccharides and anionic and their derivatives, carbohydrate derivatives such as hydrates of carbon alcohols, acids and ethers.
In particular, the carboxymethylated cellulose is used in combination with at least one of the following compounds: xanthan gum, sorbitol, sucrose.
Optionally, the cellulose nanofibrils can be combined, in addition to the aforementioned polyhydroxylated compound, with at least one co-additive chosen from carboxylated cellulose with a lower or equal degree of substitution at.
0.95, preferably carboxymethylated cellulose, osidic monomers or oligomers, the compounds of formula (R ~ R2N) COA, formula in which R ~ or R2, identical or different, represent hydrogen or a C-1 alkyl radical at C-10, preferably at C-1 to C-5, A represents (hydrogen, an alkyl radical in VS-1 to C-10, preferably in C-1 to C-5, or even the group R '~ R'2N with R '~, R'2, identical or different, representing hydrogen or an alkyl radical in C-1 to C-10, preferably to C-1 to C-5, cationic or amphoteric surfactants.
As regards the compounds of the (R ~ R2N) COA type, it is preferred to use the compounds comprising two amide functions. Preferably we use urea as co-additive.
WO 00/1688
9 PGT/FR99/02159 Les nanofibrilles de cellulose entrant dans le cadre de la présente invention, sdnt issues du séchage d'une dispersion de nanofibrilles, de préférence en présence d'un additif et éventuellement d'un co-additif.
Ainsi, les nanofibrilles de cellulose de la présente invention peuvent être employées sous forme sèche dispersable.
Un autre objet de la présente invention est l'utilisation des nanofibrilles selonq~
l'invention, le cas échéant en association avec un additif, et éventuellement un co-additif comme agent émulsifiant et/ou stabiliant dans les domaines de la cosmétique, de l'alimentaire, des constructions en béton, des fluides de forage, de la polymérisation radicalaire comme la polymérisation en émulsion directe ou inverse, en microémulsion, en suspension, en dispersion...
L'invention a en outre pour objet des compositions dans les domaines de la cosmétique, de l'alimentaire, des constructions en béton, des fluides de forage, ou des compositions à base de polymère issu d'une polymérisation radicalaire, comprenant des nanofibrilles selon l'invention, le cas échéant en association avec un additif, et éventuellement un co-additif, comme agent émulsifiant et/ou stabilisant.
Des exemples concrets mais non limitatifs de l'invention vont maintenant être présentés.
EXEMPLES
Ex~.m.1~1~1 Cet exemple a pour objet la préparation de nanofibrilles de cellulose (NFC) sous forme de suspension-mère, et sous forme sèche comprenant de la carboxyméthylcellulose (CMC).
1. Préparation de la dispersion-mère de nanofibrilles La dispersion-mère de nanofibrilles de cellulose est obtenue conformément au procédé décrit dans l'exemple 20 de la demande de brevet EP 726 356 ; elle comprend 2,3 % en nanofibrilles de cellulose et est préhomogénéisée à l'Ultra-Turrax à
trlmn -1 mn pour 100 g de dispersion).
2. Préparation de nanofibrilles séchées comprenant de la carboxyméthylcellulose (CMC) La dispersion-mère de nanofibrilles de cellulose est obtenue conformément au procédé décrit dans l'exemple 20 de la demande de brevet EP 726 356 ; elle comprend 2,3 % en microfibrilles de cellulose et est préhomogénéisée à l'Ultra-Turrax à
tr/mn - 1 mn pour 100 g de dispersion).
La carboxyméthylcellulose mise en oeuvre présente un degré de substitution égal à 1,2 ; de viscosité moyenne (produit BLANOSE 12M8P d'AQUALON).
5 La CMC est mise en solution dans de l'eau distillée puis ensuite ajoutée à
la.
dispersion-mère de {NFC) et l'ensemble est agité à la pale défloculeuse à 1000 trlmn pendant 30 mn.
La quantité de carboxyméthylcellulose ajoutée est 30 % par rapport au poids de CMC. 9 PGT / FR99 / 02159 The cellulose nanofibrils falling within the scope of the present invention, sdnt from the drying of a dispersion of nanofibrils, preferably in the presence of a additive and possibly a co-additive.
Thus, the cellulose nanofibrils of the present invention can be used in dry dispersible form.
Another object of the present invention is the use of nanofibrils according to ~
the invention, if necessary in combination with an additive, and optionally a co-additive as an emulsifying and / or stabilizing agent in the fields of cosmetics, of food, concrete constructions, drilling fluids, polymerization radical like direct or reverse emulsion polymerization, in microemulsion, suspended, dispersed ...
The invention further relates to compositions in the fields of cosmetics, food, concrete constructions, drilling, or compositions based on polymer resulting from a radical polymerization, including nanofibrils according to the invention, if necessary in combination with a additive, and optionally a co-additive, as an emulsifying and / or stabilizing agent.
Concrete but nonlimiting examples of the invention will now be presented.
EXAMPLES
Ex ~ .m.1 ~ 1 ~ 1 This example relates to the preparation of cellulose nanofibrils (NFC) under mother suspension form, and in dry form comprising carboxymethylcellulose (CMC).
1. Preparation of the mother dispersion of nanofibrils The mother dispersion of cellulose nanofibrils is obtained in accordance with process described in example 20 of patent application EP 726 356; she understands 2.3% in cellulose nanofibrils and is prehomogenized with Ultra-Turrax at trlmn -1 min for 100 g of dispersion).
2. Preparation of dried nanofibrils comprising carboxymethylcellulose (CMC) The mother dispersion of cellulose nanofibrils is obtained in accordance with process described in example 20 of patent application EP 726 356; she understands 2.3% in cellulose microfibrils and is prehomogenized with Ultra-Turrax at rpm - 1 min for 100 g of dispersion).
The carboxymethylcellulose used has a degree of substitution equal at 1.2; medium viscosity (BLANOSE 12M8P product from AQUALON).
5 The CMC is dissolved in distilled water and then added to the.
(NFC) mother dispersion and the whole is stirred with a deflocculating paddle at 1000 trlmn for 30 min.
The amount of carboxymethylcellulose added is 30% relative to the weight of CMC.
10 Le mélange est ensuite versé dans des coupelles puis séché dans une étuve ventilée à 40°C, jusqu'à un extrait sec de 77 %, contrôlé par dosage de l'eau à Paide d'une thermobalance à infrarouge.
Le mélange séché est ensuite broyé au moulin à café, puis tamisé sur un tamis de 500 Nm.
Cet exemple a pour objet de mettre en évidence le pouvoir émulsifiant des nanofibrilles de cellulose (NFC).
1. Mesure de la tension superficielle (eaulair) Les tensions superficielles sont mesurées avec un tensiomètre automatique de KREUSS (Type K 14) et une lame de WILHELMY.
t n i mèrel Les nanofibrilles de cellulose sont prédispersée sous agitation modérée dans l'eau distillé afin d'avoir une concentration massique de 0,28 %. Cette dispersion est ensuite agitée pendant 15 minutes à 1000 trlmn, puis homogénéisée à pression atmosphérique à l'Ultra Turrax pendant 2 minutes à 13500 trlmn.
Un contrôle de la qualité de l'eau et de la propreté du matériel permet de vérifier la valeur théorique de la tension superficielle de l'eau distüfée de 71,1 mN/m à
23°C.
50 mi de dispersion sont placés dans un cristallisoir du tensiomètre et laissés au repos pendant 30 minutes. La plate-forme est ensuite remontée pour immerger la lame.
On laisse la solution s'équilibrer pendant 30 secondes. La valeur de la tension superficielle est alors déterminée (cf Tableau I) II I t CMC
WO 00/16889 PC'T/FR99/02159 10 The mixture is then poured into cups and dried in an oven ventilated at 40 ° C, up to a dry extract of 77%, controlled by dosing of using water an infrared thermobalance.
The dried mixture is then ground in a coffee grinder, then sieved through a sieve of 500 Nm.
The purpose of this example is to highlight the emulsifying power of cellulose nanofibrils (NFC).
1. Measurement of surface tension (eaulair) The surface tensions are measured with an automatic tensiometer of KREUSS (Type K 14) and a WILHELMY blade.
tni mother The cellulose nanofibrils are predispersed with moderate stirring in the water distilled in order to have a mass concentration of 0.28%. This dispersion is then stirred for 15 minutes at 1000 rpm, then homogenized under pressure atmospheric at Ultra Turrax for 2 minutes at 13,500 rpm.
A control of the quality of the water and the cleanliness of the material allows check the theoretical value of the surface tension of the distilled water from 71.1 mN / m to 23 ° C.
50 ml of dispersion are placed in a crystallizer of the tensiometer and left at rest for 30 minutes. The platform is then raised to immerse the blade.
The solution is allowed to equilibrate for 30 seconds. The value of the voltage surface is then determined (see Table I) II I t CMC
WO 00/16889 PC'T / FR99 / 02159
11 Les nanofibrilles de cellulose séchées de (exemple 1 sont prédispersée sous agitation modérée dans l'eau distillée afin d'avoir une concentration massique de 0,4 %.
Cette dispersion est ensuite agitée pendant 15 minutes à 1000 tr/mn, puis homogénéisée à pression atmosphérique à l'Ultra Turrax pendant 2 minutes à
trlmn.
La mesure de la tension superficielle est réalisée comme précédemment.
tension suoe~cielle de la carboxvméth 10 La poudre sèche de CMC (dont les références sont données dans l'exemple 1 ) est prédispersée sous agitation modérée dans l'eau distillée afin d'obtenir une solution dont la concentration massique est de 0,12 %. Cette dispersion est ensuite agitée pendant 15 minutes à 1000 trlmn, puis homogénéisée à pression atmosphérique à
l'Ultra Turrax pendant 2 minutes à 13500 tr/mn.
La mesure de la tension superficielle est réalisée comme précédemment (cf Tableau 1).
Essai Comparatif : Mesure de la tension sur~erfcielle de la gomme arabiq~g La gomme arabique est prédispersée sous agitation modérée dans l'eau distillée 20 afin d'obtenir une solution dont la concentration massique est de 20 %.
Cette dispersion est ensuite agitée pendant 15 minutes à 1000 tr/mn, puis homogénéisée à
pression atmosphérique à l'Ultra Turrax pendant 2 minutes à 13500 trlmn.
La mesure de la tension superficielle est réalisée comme précédemment (cf Tableau I).
2. Mesure de la >tension interfaciale (eaulhuile) Les tensions interfaciales sont mesurées avec un tensiomètre à goutte pendante de type LAUDA TVT11.
Aucune calibration n'est nécessaire avec cet appareil, seule une vérification préalable de la propreté de Peau doit être réalisée.
Le principe de la manipulation consiste à former une goutte de liquide 1 (eau) contenant l'émulsifiant dans un milieu continu contenant le deuxième liquide 2 (huile) ou vice versa (goutte formée avec la phase huile).
A (équilibre, le poids de la goutte sera compensé par la tension interfaciale du 35 liquide. Un système de détection optique mesure le volume de la goutte dont la valeur peut être reliée à la tension interfaciale. 11 The dried cellulose nanofibrils of (Example 1 are predispersed under moderate agitation in distilled water in order to have a mass concentration 0.4%.
This dispersion is then stirred for 15 minutes at 1000 rpm, then homogenized at atmospheric pressure with Ultra Turrax for 2 minutes at trlmn.
The measurement of the surface tension is carried out as previously.
suoe ~ cielle voltage of the carboxvmeth 10 CMC dry powder (the references of which are given in Example 1) is predispersed with moderate stirring in distilled water to obtain a solution whose mass concentration is 0.12%. This dispersion is then restless for 15 minutes at 1000 rpm, then homogenized at atmospheric pressure at Ultra Turrax for 2 minutes at 13,500 rpm.
The surface tension measurement is carried out as above (cf.
Table 1).
Comparative Test: Measurement of the tension on ~ erfcielle of gum arabiq ~ g Gum arabic is predispersed with moderate stirring in distilled water 20 in order to obtain a solution whose mass concentration is 20%.
This dispersion is then stirred for 15 minutes at 1000 rpm, then homogenized at pressure atmospheric at Ultra Turrax for 2 minutes at 13,500 rpm.
The surface tension measurement is carried out as above (cf.
Table I).
2. Measurement of> interfacial tension (oil) The interfacial tensions are measured with a hanging drop tensiometer LAUDA TVT11 type.
No calibration is necessary with this device, only a verification prior cleanliness of the skin must be achieved.
The principle of manipulation is to form a drop of liquid 1 (water) containing the emulsifier in a continuous medium containing the second liquid 2 (oil) or vice versa (drop formed with the oil phase).
A (balance, the weight of the drop will be compensated by the interfacial tension of 35 liquid. An optical detection system measures the volume of the drop, the value can be related to interfacial tension.
12 Les mesures sont effectuées en mode quasi-statique, afin de laisser à l'agent émulsifiant le temps de migrer à l'interface. Les valeurs de tension interfaciale sont déterminées après un temps d'équilibre de 30 minutes.
Les résultats rassemblés dans le Tableau I montrent que les NFC abaissent de manière significative les tensions superficielles et interfaciales d'huiles de polarité très différente.
Tableau I
concentration Nature de l'huileTensions en (mNlm) Agent agent mulsifiant(30 % poidslpoidsguperficielle Interfaciale mulsifiant (poidslpoids) huileleau) huile de soja 14,1 NFC sans additifp,2g % 38,8 (dispersion-mre) hexadcane 22 huile de soja 14 C 0,4 % 40,2 N
70 30 hexadcane 21,7 huile de soja 20 CMC 0,12 71,5 (comparatif) hexadcane 42 huile de soja 15 Gomme arabique2p % 47 (comparatif) hexadcane 22,5 Les résultats du Tableau I montrent bien que les NFC ont un pouvoir émulsifiant (en terme de tensions interfaciale et superficielle) comparable à la gomme arabique, mais à des concentrations beaucoup plus faibles que la gomme arabique.
Exemple 3 Cet exemple a pour objet de mettre en évidence le pouvoir stabilisant des nanofbrilles de cellulose {NFC).
Pour cela, on a préparé des émulsions huile dans eau {hle) et mesurés de la taille des gouttelettes par granulométrie et microscopie optique.
WO 00/16889 PG"f/FR99/02159 12 Measurements are made in quasi-static mode, in order to leave the agent emulsifying time to migrate to the interface. Voltage values interfacial are determined after an equilibrium time of 30 minutes.
The results collated in Table I show that NFCs decrease by significantly the surface and interfacial tensions of very polarity different.
Table I
concentration Nature of oil Tensions in (mNlm) Agent emulsifying agent (30% body weight Interfacial emulsifier (weightweight oil) soybean oil 14.1 NFC without additive p, 2g% 38.8 (dispersion-mre) hexadcane 22 soybean oil 14 C 0.4% 40.2 NOT
70 30 hexadcan 21.7 soybean oil 20 CMC 0.12 71.5 (comparison) hexadcane 42 soybean oil 15 Gum arabic 2p% 47 (comparative) hexadcane 22.5 The results in Table I clearly show that NFCs have a power emulsifier (in terms of interfacial and surface tension) comparable to gum arabic, but at much lower concentrations than gum arabic.
Example 3 The purpose of this example is to highlight the stabilizing power of cellulose nanofbrilles (NFC).
For this, we prepared oil in water emulsions (hle) and measured the cut droplets by particle size and optical microscopy.
WO 00/16889 PG "f / FR99 / 02159
13 Préparation des émulsions Les dispersions de NFC éventuellement additivées sont réalisées dans de l'eau distillée à la concentration requise comme dans l'exemple 2.
La quantité adéquate d'huile de soja (marque RISSO) ou n-hexadécane (de MERCK) est ensuite ajoutée à la phase eau (30 % massique par rapport à la phase aqueuse) et l'ensemble est préhomogénéisé avec un homogénéiseur de type Ultra "~
Turrax IKA T25 pendant 1 minute à 9500 tr/mn.
Cette préhomogénéisation est destinée à garantir un passage uniforme dans le Microfluidiseur. En effet, on effectue 1 passage au Microfluidiseur M 110T à
500 bars les émulsions obtenues sont belles, homogènes et stables dans le temps.
Des émulsions stables d'huile silicone de type 47 V 100 (Rhodorsil) sont également préparées.
Caractérisation des émulsions La granulométrie est déterminée par granulométrie laser (appareil HORIBA de référence LA 910) et par microscopie optique (appareil OLYMPUS de référence BH-2).
Les mesures sont effectuées immédiatement après émulsification, puis à
l'intervalle régulier après stockage.
Les valeurs des diamètres moyens figurant dans le Tableau 41 montrent que l'utilisation de NFC permet l'obtention d'émulsions stables de granulométries relativement resserrés.
Aucune émulsion stable n'a pu être obtenue avec la CMC car les émulsions coalescent immédiatement après homogénéisation. 13 Preparation of emulsions The dispersions of NFC possibly additive are carried out in water distilled to the required concentration as in Example 2.
The adequate amount of soybean oil (RISSO brand) or n-hexadecane (from MERCK) is then added to the water phase (30% by mass compared to the phase aqueous) and the whole is prehomogenized with an Ultra type homogenizer "~
Turrax IKA T25 for 1 minute at 9500 rpm.
This prehomogenization is intended to guarantee a uniform passage in the Microfluidizer. In fact, we make 1 pass to the Microfluidizer M 110T at 500 bars the emulsions obtained are beautiful, homogeneous and stable over time.
Stable silicone oil emulsions of type 47 V 100 (Rhodorsil) are also prepared.
Characterization of emulsions The granulometry is determined by laser granulometry (HORIBA device of LA 910) and by optical microscopy (OLYMPUS BH- reference device 2).
The measurements are carried out immediately after emulsification, then at the regular interval after storage.
The values of the mean diameters given in Table 41 show that the use of NFC allows stable emulsions with particle sizes to be obtained relatively tight.
No stable emulsion could be obtained with CMC because the emulsions coalesce immediately after homogenization.
14 Tableau II : Evaluationulsions d'huile hexadcane et de e des m de so a, d' silicon Emulsions Granulomtrie D* Indice de (Irm) polydispersit I*
0,3 % de NFCICMC
(huile de soja) temps initial 12,1 1,1 aprs 1 mois de stockage12,8 1,2 temprature ambiante 0,5 % de NFCICMC
(hexadcane) temps initial 12,7 1,1 aprs 1 mois de stockage13 1,1 temprature ambiante 0,3 % de NFC/CMC
(huile de silicone) temps initial 21,3 1,2 aprs 1 mois de stockage22 1,2 temprature ambiante *D correspond au diamètre moyen en Nm.
*I correspond à l'indice de polydispersité : plus I estproche de 1 plus les gouttelettes sont monodisperse.
Exemple 4 Cet exemple a pour but de montrer que les NFC conjointement avec la CMC
comme agent émulsifiant et stabilisant peut conduire à l'obtention d'une émulsion multiple eau dans huile dans eau (elhle), de granulométrie relativement étroite, de 50 microns et stable dans le temps.
Composition huile de soja 30 eau de ville 48 vinaigre à 12 % 13 sucre 6 NaCI 2,5 NFC/CMC 0,5 Mode opératoire On ajoute sous agitation à 500 tr/mn le sucre puis les NFCICMC à l'eau. On porte l'agitation à 1000 trlmn et on ia maintient pendant 15 min.
5 On ajoute ensuite le vinaigre et le sel et maintient l'agitation pendant 3 minutes. ,.
L'huile est alors ajoutée et le tout est agité pendant 3 minutes.
L'ensemble est homogénéisé d'abord pendant 1 minute à 9500 tr/mn à l'Ultra Turrax IKA T25, et ensuite par passage au Microfluidiseur M 110T à 500 bars.
10 Une émulsion e/hle belle, homogène et stable dans le temps est obtenue. 14 Table II: Evaluation of hexadcane oil and e m of so a, of silicon Emulsions Granulomtrie D * Index of (Irm) polydispersit I *
0.3% of NFCICMC
(Soya oil) initial time 12.1 1.1 after 1 month of storage 12.8 1.2 ambient temperature 0.5% of NFCICMC
(hexadcan) initial time 12.7 1.1 after 1 month of storage 13 1.1 ambient temperature 0.3% NFC / CMC
(silicone oil) initial time 21.3 1.2 after 1 month of storage 22 1,2 ambient temperature * D corresponds to the average diameter in Nm.
* I corresponds to the polydispersity index: the closer I is to 1 the more droplets are monodisperse.
Example 4 The purpose of this example is to show that NFCs in conjunction with CMC
as an emulsifying and stabilizing agent can lead to the production of a emulsion multiple water in oil in water (elhle), of relatively granulometry narrow, 50 microns and stable over time.
Composition soybean oil 30 city water 48 12% vinegar 13 sugar 6 NaCI 2.5 NFC / CMC 0.5 Procedure The sugar is then added with stirring at 500 rpm, then the NFCICMC with water. We door stirring at 1000 rpm and it is maintained for 15 min.
5 Then add the vinegar and salt and keep stirring for 3 minutes. ,.
The oil is then added and the whole is stirred for 3 minutes.
The whole is homogenized first for 1 minute at 9500 rpm at Ultra Turrax IKA T25, and then by passing to the Microfluidizer M 110T at 500 bars.
10 A beautiful, homogeneous and stable w / o emulsion over time is obtained.
Claims (22)
organique polyhydroxylé (polyOH) est choisi parmi les hydrates de carbone et leurs dérivés, et les polyols. 16. Use according to claim 15, characterized in that the compound organic polyhydroxylated (polyOH) is chosen from carbohydrates and their derivatives, and polyols.
(polyOH), sont associés à au moins un co-additif choisi parmi:
la cellulose carboxylée présentant un degré de substitution inférieur ou égal à
0,95, de préférence de la cellulose carboxyméthylée, les monomères ou oligomères osidiques, les composés de formule (R1R2N)COA, formule dans laquelle R1 ou R2, identiques ou différents, représentent l'hydrogène ou un radical alkyle en C-1 à C-10, de préférence en C-1 à C-5, A représente l'hydrogène, un radical alkyle en C-1 à C-10, de préférence en C-1 à C-5, ou encore le groupement R'1R'2N avec R'1, R'2, identiques ou différents, représentant l'hydrogène ou un radical alkyle en C-1 à C-10, de préférence en C-1 à C-5, les tensioactifs cationiques ou amphotères.
ces co-additifs étant utilisés seuls ou en mélange. 18. Use according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the cellulose nanofibrils, and optionally the organic compound polyhydroxylated (polyOH), are associated with at least one co-additive chosen from:
the carboxylated cellulose having a lower or equal degree of substitution at 0.95, preferably carboxymethylated cellulose, osidic monomers or oligomers, the compounds of formula (R1R2N)COA, formula in which R1 or R2, identical or different, represent hydrogen or a C-1 alkyl radical to C-10, preferably C-1 to C-5, A represents hydrogen, an alkyl radical in VS-1 to C-10, preferably C-1 to C-5, or else the group R'1R'2N with R'1, R'2, identical or different, representing hydrogen or an alkyl radical in C-1 at C-10, preferably at C-1 to C-5, cationic or amphoteric surfactants.
these co-additives being used alone or as a mixture.
17 et éventuellement un co-additif selon la revendication 18, comme agent émulsifiant et/ou stabiliant dans les domaines de la cosmétique, de l'alimentaire, des constructions en béton, des fluides de forage, polymérisation radicalaire. 21. Use of nanofibrils according to any one of claims 1 at 14, the case optionally in combination with an additive according to any of the claims 15 to 17 and optionally a co-additive according to claim 18, as an agent emulsifier and/or stabilizer in the fields of cosmetics, food, buildings concrete, drilling fluids, free radical polymerization.
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