Composition pulvérulente d'hydrocolloïdes présentant une dispersabilïté améliorée en milieu aqueux et procédé pour leur préparation.
La présente invention concerne des compositions pulvérulentes d'hydrocolloïde(s) présentant une bonne dispersabilité en milieu aqueux (pas de formation de grumeaux) et un temps d'hydratation contrôlable. Elle concerne plus spécifiquement des compositions à base de polysaccharides tels que dérivés cellulosiques, dérivés d'amidon, galactomanannes, biopolymères tels que gomme de xanthane, etc., dont la dispersion en milieu aqueux peut être facilement et très rapidement obtenue, présentant seulement un faible retard à l'hydratation et stables au stockage.
L'invention concerne également un procédé pour la préparation de telles compositions pulvérulentes d'hydrocolloïde.
Elle concerne encore, à titre de produit intermédiaire, une poudre de réticulation potentiellement réactive destinée à la préparation des compositions précitées.
Les hydrocolloïdes solubles dans l'eau comme la gomme de xanthane ou la gomme de guar par exemple, présentent d'intéressantes propriétés texturantes, et trouvent ainsi des applications en particulier comme agents épaississants ou viscosants ou comme stabilisants, émulsifiants, gélifiants ou liants, dans les industries cosmétique, alimentaire, agrochimique et pharmaceutique et les domaines des teintures, de la détergence, du papier, des matériaux de construction, des fluides de forage, etc.
L'incorporation de ces hydrocolloïdes, sous forme pulvérulente, dans des solutions aqueuses n'est toutefois pas facile et pose des problèmes d'application liés en particulier à la formation de grumeaux. Même dans des conditions d'agitation sévères avec des durées de mélange prolongées, il est quelquefois difficile voire impossible d'obtenir une dispersion quasi totale de la poudre d'hydrocolloïde(s) sans formation de grumeaux. La formation des grumeaux rend très difficile l'hydradation de la poudre d'hydrocolloïde(s).
On a donc cherché à améliorer la dispersabilité des hydrocolloïdes.
Une des méthodes chimiques la plus couramment mise en œuvre consiste à utiliser des agents de réticulation de type aldéhyde et plus particulièrement des dialdéhydes parmi lesquels le glyoxal est le plus souvent employé compte tenu de ses propriétés chimiques spécifiques.
Dans le cas de la gomme xanthane par exemple, l'introduction de l'agent de réticulation, qui est le plus souvent le glyoxal, se fait lors de la production de la gomme par fermentation de bactéries Xanthomonas campestris. Ainsi, une solution de glyoxal est additionnée au bouillon de fermentation à pH d'environ 7 ou 8. Le glyoxal peut être également additionnée à tout moment une fois l'opération de fermentation accomplie, par exemple après précipitation et séchage de la gomme, celle-ci étant alors mélangée et broyée avec la solution de glyoxal. Dans certains cas, le mélange résultant de l'ajout de glyoxal au bouillon de fermentation, est chauffé à une température généralement comprise entre 70°C et 100°C.
Bien que l'on puisse améliorer la dispersabilité en milieu aqueux des hydrocolloïdes par traitement avec des aldéhydes, des problèmes peuvent survenir, selon les applications, du fait de la quantité d'agent de réticulation résiduel relativement importante présente dans le produit final. En effet, les teneurs en glyoxal sont généralement comprises entre 2000 et 50 000 ppm dans les produits obtenus par les procédés antérieurs Un autre problème qui peut se poser est la répartition du glyoxal par rapport à l'hydrocolloïde. Sans une bonne répartition, lorsque de faibles quantités de glyoxal sont mises en jeu (inférieures à 2 000 ppm), les poudres résultantes donnent lieu au phénomène de grumeaux lors de leur dispersion en milieu aqueux comme évoqué précédemment.
De plus, ces poudres n'ont pas une bonne stabilité au stockage en ce sens que leurs propriétés d'hydratation sont modifiées lors du stockage pendant des périodes prolongées.
Un objectif de la présente invention est de fournir des poudres d'hydrocolloïde très facilement dispersables en milieu aqueux sans formation de grumeaux.
Un autre objectif de l'invention est de fournir de telles poudres d'hydrocolloïdes qui ne contiennent au final qu'une très faible quantité résiduelle d'agent de réticulation.
Un autre objectif de la présente invention est encore de fournir de telles poudres stables au stockage même de longue durée.
Un autre objectif de l'invention est aussi de fournir des poudres d'hydrocolloïdes pour lesquelles le temps d'hydratation en milieu aqueux est contrôlable.
L'invention a également pour objectif de fournir un procédé simple et peu coûteux pour la préparation des poudres ci-dessus.
Ces buts ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre sont atteints par la présente invention qui a pour objet selon un premier mode de réalisation, un procédé pour la préparation d'une composition pulvérulente d'hydrocolloïde(s) présentant une bonne dispersabilité en milieu aqueux, sans formation de grumeaux, et dont le temps d'hydratation est contrôlable, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à :
• Préparer une poudre de réticulation potentiellement réactive par mise en contact d'une poudre-support à forte capacité d'absorption avec un agent de réticulation apte à réticuler une poudre d'hydrocolloïde(s) sous l'effet de la chaleur,
• mélanger ladite poudre de réticulation potentiellement réactive avec une poudre d'hydrocolloïde(s),
• éventuellement traiter ledit mélange des poudres, avec de l'eau contenant éventuellement des sels, traiter thermiquement ledit mélange des poudres.
Selon un autre mode de réalisation, la présente invention a pour objet un procédé pour la préparation d'une composition pulvérulente d'hydrocolloïde(s) présentant une bonne dispersabilité en milieu aqueux, sans la formation de grumeaux, et dont le temps d'hydratation est contrôlable, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à :
• Préparer une poudre de réticulation potentiellement réactive par mise en contact d'une poudre-support à forte capacité d'absorption avec un agent de réticulation apte à réticuler une poudre d'hydrocolloïde(s), • mélanger ladite poudre de réticulation potentiellement réactive avec une poudre d'hydrocolloïde(s) constituée de galactomannanes,
• éventuellement traiter ledit mélange des poudres, avec de l'eau contenant éventuellement des sels.
L'invention a également pour objet une composition pulvérulente d'hydrocolloïde(s) présentant une bonne dispersabilité en milieu aqueux, sans formation de grumeaux, et dont le temps d'hydratation est contrôlable, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un composant hydrocolloïde réticulé, une quantité résiduelle d'agent de réticulation inférieure à 1000 ppm, une poudre-support et éventuellement de l'eau.
L'invention va être décrite plus en détail ci-après :
Le procédé selon l'invention consiste tout d'abord à préparer une poudre de réticulation potentiellement réactive par mise en contact d'un agent de réticulation avec une poudre-support, cette poudre de réticulation étant destinée à être mise en réaction, de préférence par voie sèche, avec une poudre d'hydrocolloïde(s).
La poudre-support est avantageusement une poudre fine présentant une forte capacité d'absorption et qui est inerte, c'est-à-dire ne présente pas de caractère réactif, à la fois vis-à-vis de l'agent de réticulation pour lequel elle sert de support et vis-à-vis du ou des hydrocolloïde(s) avec lesquels elle sera par la suite mise en contact.
Parmi les poudres convenant aux fins de l'invention, on peut citer de manière non limitative les silices, les silicoaluminates, le kaolin, la bentonite, les argiles, la célite, les zéolithes, l'alumine, le carbonate de calcium précipité. Les caractéristiques de la poudre-support sont sélectionnées de manière à obtenir un fort pouvoir absorbant et une fine taille de particules.
Selon l'invention, on préfère utiliser de la silice par exemple de type Tixosil® (RHODIA) ou un silicoaluminate par exemple de type Tixolex® (RHODIA) De manière typique, on peut utiliser pour la mise en œuvre de l'invention, une silice possédant une taille de particules comprise entre 10 et 15 microns (mesure par granulométrie laser) et une capacité d'absorption comprise entre 250 et 350 ml d'huile pour 100 g de silicone (D.O.P : méthode de prise d'huile ISO 787/5 en mettant en œuvre du dioctyphtalate). L'agent de réticulation est quant à lui choisi de manière à pouvoir se fixer sur et/ou dans la poudre-support et à réticuler, éventuellement sous l'action de la chaleur, le ou les hydrocolloïde(s) avec lesquels il sera par la suite mis en contact.
L'agent de réticulation peut comprendre par exemple un ou plusieurs aldéhydes qui peuvent être choisis parmi les monoaldéhydes, les dialdéhydes ou les polyaldéhydes de faible poids moléculaire.
Les dialdéhydes sont préférés aux fins de l'invention parmi lesquels on choisit préférentiellement le glyoxal.
La quantité d'agent de réticulation absorbée sur et/ou dans la poudre-support est ajustée afin d'obtenir une bonne dispersion finale de la composition d'hydrocolloïde(s), notamment en fonction de la poudre d'hydrocolloïde(s) à traiter et des caractéristiques de la poudre-support. Conformément à l'invention, on prévoit généralement une quantité d'agent de réticulation inférieure à 2000 ppm en poids par rapport à l'hydrocolloïde et de préférence une quantité comprise entre 200 et 1600 ppm en poids.
Le mode de mise en contact de l'agent de réticulation avec la poudre-support n'est pas particulièrement limité selon l'invention. Elle peut être réalisée notamment par imprégnation ou par pulvérisation.
Conformément à l'invention, on préfère procéder par pulvérisation d'une solution aqueuse d'agent de réticulation sur la poudre-support.
Dans le cas d'une imprégnation, généralement un volume déterminé de solution aqueuse d'agent de réticulation, est ajouté goutte à goutte à la poudre-support.
Toujours dans le cas d'une imprégnation, on peut éventuellement envisager de tremper la poudre-support dans un volume déterminé de solution aqueuse d'agent de réticulation. Une fois la solution d'agent de réticulation ajoutée à la poudre- support, l'ensemble est mélangé pendant une durée suffisante à l'obtention d'un mélange pulvérulent homogène. La poudre de réticulation potentiellement réactive obtenue au final doit avantageusement garder un aspect finement divisé, proche de la poudre-support de départ. On peut aussi bien mélanger l'agent de réticulation et la poudre-support à la main ou
procéder par tout moyen connu, notamment dans un mélangeur classique, par exemple de type Lôdige.
La mise en contact de la poudre-support avec l'agent de réticulation est éventuellement réalisée en présence d'un acide, de préférence minéral, qui favorise l'absorption de l'agent de réticulation sur et/ou dans ladite poudre-support. Cet acide est avantageusement choisi parmi l'acide phosphorique, l'acide sulfurique et l'acide chlorhydrique ou leurs mélanges.
On peut aussi éventuellement prévoir d'ajouter de l'eau pour réaliser le mélange agent de réticulation/poudre-support.
Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, pour 100 parties de poudre-support, on prévoit 5 à 50 parties d'une solution de glyoxal à 40 %, 0 à 200 parties d'eau et 0 à 100 parties d'acide minéral.
L'invention a pour objet, à titre de produit intermédiaire, la poudre de réticulation potentiellement réactive décrite ci-dessus, destinée à la préparation de compositions pulvérulentes d'hydrocolloïde(s) telles que celles décrites plus spécifiquement ci-après.
Elle a encore pour objet l'utilisation de la poudre de réticulation potentiellement réactive précitée pour la préparation de compositions pulvérulentes d'hydrocolloïde(s) présentant une bonne dispersabilité en milieu aqueux, sans formation de grumeaux, et dont le temps d'hydratation est contrôlable, explicitées ci-dessous.
Sans que l'on soit lié par une quelconque théorie, on pense que l'utilisation d'une poudre-support pour l'agent de réticulation permet une meilleur répartition et distribution ultérieures de l'agent de réticulation par rapport à l'hydrocolloïde en particulier lorsque la quantité d'agent de réticulation est faible comme cela est le cas selon la présente invention.
Le procédé selon l'invention consiste, dans une seconde étape, à mettre en contact la poudre de réticulation potentiellement réactive avec une poudre d'hydrocolloïde.
De préférence cette mise en contact se fait par un mélange à sec. La poudre d'hydrocolloïde peut être constituée d'un hydrocolloïde ou d'un mélange d'hydrocolloïdes, d'origine animale ou végétale.
L'hydrocolloïde peut être choisi plus particulièrement parmi les galactomannanes tels que la gomme de guar, la gomme de caroube, la gomme de tara, les dérivés cellulosiques, l'amidon et ses dérivés, les biopolymères, notamment la gomme xanthane ainsi que les succinoglycanes et leurs dérivés.
L'hétéropolyssacharide BM 07 produit par la souche Agrobacterium tumefaciens 1-736 (publiquement disponible conformément au Traité de Budapest auprès de la Collection Nationale de Culture des Micro-organismes sous ce numéro depuis le 1 mars 1988), connu également sous le nom de Rheozan ®, et décrit dans la demande de brevet européen publiée le 17 janvier 1990 sous le numéro 0351303, convient également à titre d'hydrocolloïde.
Il est à noter que l'hétéropolyssacharide produit par la souche Agrobacterium radiobacter 1-2001 (publiquement disponible conformément au Traité de Budapest auprès de la Collection Nationale de Culture des Micro-organismes sous ce numéro depuis le 3 avril 1998) et décrit dans la demande de brevet internationale publiée le 20 avril 2000 sous le numéro WO 00/22154 convient également à titre d'hydrocolloïde. L'hétéropolyssacharide produit par la souche Pseudomonas sp I-
2054 (publiquement disponible conformément au Traité de Budapest auprès de la Collection Nationale de Culture des Micro-organismes sous ce numéro depuis le 22 juillet 1998) et décrit dans la demande de brevet internationale publiée le 10 octobre 2000 sous le numéro WO 00/63412 convient également à titre d'hydrocolloïde.
Le procédé selon l'invention est de préférence appliqué à la gomme xanthane ou à un mélange gommes xanthane/guar.
Le mélange des poudres peut être réalisé par tout moyen connu. On peut ainsi utiliser un mélangeur classique , par exemple de type Drais. Après cette étape, on peut éventuellement prévoir l'addition, préférentiellement par pulvérisation, d'eau ou d'eau contenant des sels, notamment des sulfates et/ou des chlorures tels que Na2SO4 et NaCI, afin de pouvoir contrôler le temps d'hydratation de la poudre d'hydrocolloïde(s) lorsqu'elle sera dispersée en milieu aqueux, cette dispersion finale n'étant alors plus instantanée selon la définition précisée ci-après.
Le mélange des poudres est ensuite traité thermiquement à une température comprise entre 30°C et 100°C, de préférence entre 50°C et 80°C.
Il est à noter que lorsque l'hydrocolloïde est choisi parmi les galactomannanes tels que la gomme de guar, le traitement thermique est facultatif.
En d'autres termes l'étape de mélange de poudre de réticulation avec les galactomannanes peut se faire sans traitement thermique au sens indiqué plus haut, par exemple à température ambiante (par exemple de 18°C à 25°C).
La durée du traitement est déterminée de manière à permettre la réticulation, au moins partielle, du ou des hydrocolloïde(s) par l'agent de réticulation. D'une manière générale, on prévoit une durée de traitement ne dépassant pas 5 heures, avantageusement comprise entre 5 minutes et 5 heures, de préférence entre 10 minutes et 1 heure.
Le procédé selon l'invention présente l'avantage de ne pas nécessiter d'opération supplémentaire de broyage ou de séchage ce qui en fait un procédé plus simple et moins coûteux que les procédés proposés jusqu'à présent.
La composition pulvérulente d'hydrocolloïde(s) selon l'invention comprend un composant hydrocolloïde réticulé, une quantité résiduelle d'agent de réticulation généralement inférieure à 1 000 ppm en poids environ par rapport à l'hydrocolloïde, de la poudre-support et éventuellement de l'eau.
La quantité d'agent de réticulation peut être déterminée par un dosage chromatographique en phase liquide de la 2,4- dinitrophénylhydrazone après extraction au méthanol. L'expression « composant hydrocolloïde » désigne ici un composé hydrocolloïde unique ou un mélange de composés hydrocolloïdes comme indiqué précédemment dans le cadre du procédé de l'invention.
La quantité résiduelle d'agent de réticulation représente la proportion d'agent de réticulation n'ayant pas réagi avec le ou les hydrocolloïdes.
Cette quantité résiduelle n'excède habituellement pas 1 000 ppm, ce qui est très faible notamment par rapport aux procédés connus jusqu'à ce jour. Cette quantité peut être plus particulièrement d'au plus 700 ppm et encore plus particulièrement au plus 500 ppm.
La poudre-support présente dans la composition finale correspond à la poudre ayant servi de support pour l'agent de réticulation et est telle que définie ci-dessus dans le cadre de la poudre de réticulation potentiellement réactive. Celle-ci représente au maximum 20 % en poids de la composition finale, de préférence 0,5 % à 5 % en poids.
La composition finale peut également comprendre de l'eau provenant essentiellement des constituants mis en réaction. Celle-ci
représente généralement 5 à 20 % en poids de la composition finale, préférentiellement 8 à 15 % en poids.
La composition pulvérulente d'hydrocolloïde selon l'invention possède la propriété de pouvoir être dispersée de manière instantanée en milieu aqueux.
Conformément à l'invention, par « bonne dispersion » on entend une dispersion sans la formation de grumeaux, que l'on peut obtenir par simple mélange audit milieu aqueux, par exemple à la main. Le temps d'hydratation est quant à lui de quelques secondes à plusieurs minutes.
Dans le cas d'une hydratation rapide, le temps d'hydratation est de quelques secondes, par exemple 1 seconde, à au plus 3 minutes, plus préférentiellement d'une dizaine de secondes, par exemple 10 secondes, à au plus 2 minutes et demi.
Dans le cas d'une hydratation lente, le temps d'hydratation est d'au moins 3 minutes à au plus 40 minutes, plus préférentiellement au plus 20 minutes.
Ceci s'oppose aux poudres d'hydrocolloïdes disponibles jusqu'à présent qui nécessitaient, des conditions de dispersion sévères et/ou des durées d'hydratation prolongées ou donnaient lieu à l'apparition d'agglomérats ne permettant pas une dispersion homogène. Le test d'hydratation consiste à mesurer le temps nécessaire pour la disparition du vortex lorsque l'on ajoute 1 ,5 g de la poudre à tester dans 150 ml d'eau synthétique (de composition 323,4 mg de CaCI2.2H2O dans 1 I d'eau distillée) avec une agitation magnétique à 750 tour/minutes. A titre d'exemple, le Rhodopol® 50 MD (commercialisé par la société Rhodia) présente un temps d'hydratation de 20 minutes.
L'expression « milieu aqueux » utilisée ici désigne de l'eau ou de l'eau additionnée de sel (saumur) dont le pH est généralement voisin de la neutralité.
Comme cela a été décrit précédemment, les compositions d'hydrocolloïde selon l'invention peuvent présenter une dispersion contrôlée c'est-à-dire, une dispersion qui n'est pas « instantanée » au sens donné ci- dessus mais qui est néanmoins déterminée dans le temps.
Les compositions pulvérulentes d'hydrocolloïdes selon l'invention présentent l'avantage d'être stables au stockage c'est-à-dire qu'elles conservent leurs propriétés, en particulier celles explicitées ci-dessus, pendant une durée d'au moins 6 mois.
Les compositions selon l'invention trouvent des applications comme agents épaississants ou viscosants ou comme stabilisants, émulsifiants, gélifiants ou liants, dans les industries cosmétique, alimentaire, agrochimique et pharmaceutique et les domaines des teintures, de la détergence, du papier, des matériaux de construction, des fluides de forage, etc.
La présente invention est illustrée ci-après à l'aide des exemples suivants qui ne doivent pas être considérés comme limitatifs.
EXEMPLES EXEMPLE 1 2,3 parties d'un mélange composé de 100 parties de silice Tixosil® (commercialisée par la société Rhodia), de 100 parties d'eau et de 30 parties d'une solution contenant 40% de glyoxal en masse sont mélangés de façon homogène à 100 parties de gomme xanthane. Le mélange est porté à 60°C pendant 60 minutes puis tamisé pour éliminer les particules supérieures à 450μm. Le refus du tamis est le plus souvent inférieur à 0,5%. Le produit
obtenu se disperse dans l'eau sans grumeaux. La teneur résiduelle en glyoxal dans le produit final est de 464 ppm. Le temps d'hydratation est de 20 secondes.
EXEMPLE 2
2,3 parties d'un mélange composé de 100 parties de silice Tixosil® (commercialisée par Rhodia), de 87,5 parties d'eau, de 12,5 parties d'un acide phosphorique à 75% et de 30 parties d'une solution contenant 40% de glyoxal en masse, sont mélangés de façon homogène à 100 parties de gomme guar. Le mélange est porté à 70°C pendant 1 heure puis tamisé pour éliminer les particules supérieures à 450μm. Le refus du tamis est le plus souvent inférieur à 0,5%. Le produit obtenu se disperse dans l'eau sans grumeaux. Le temps d'hydratation est de 2 minutes et 10 secondes
EXEMPLE 3
1 ,8 parties d'un mélange composé de 100 parties de silicoaluminate Tixolex®-17 (commercialisé par la société Rhodia), 50 parties d'eau et de 30 parties d'une solution contenant 40% de glyoxal en masse sont mélangés de façon homogène à 100 parties de gomme xanthane. Le mélange est porté à 70°C pendant 1 heure puis tamisé pour éliminer les particules supérieures à 450 μm. Le refus du tamis est le plus souvent inférieur à 0,5%. Le produit obtenu se disperse dans l'eau sans grumeaux. La teneur résiduelle en glyoxal dans le produit final est de 860 ppm. Le temps d'hydratation est de 25 secondes.
EXEMPLE 4
2,3 parties d'un mélange composé de 100 parties de silice Tixosil® (commercialisée par la société Rhodia), de 100 parties d'eau et de 30 parties d'une solution contenant 40% de glyoxal en masse sont mélangés de façon
homogène à 100 parties d'un mélange contenant 90% de gomme xanthane et 10% de gomme de guar. Le mélange est porté à 60°C pendant 30 minutes puis tamisé pour éliminer les particules supérieures à 450μm. Le refus du tamis est le plus souvent inférieur à 0,5%. Le produit obtenu se disperse dans l'eau sans grumeaux. La teneur résiduelle en glyoxal dans le produit final est de 685 ppm. Le temps d'hydratation est de 35 secondes.
EXEMPLE 5
4 parties d'un mélange composé de 100 parties de silice Tixosil® (commercialisé par la société Rhodia), de 55 parties d'eau, de 50 parties d'une solution contenant 75% d'acide phosphorique en masse et de 10,75 parties d'une solution contenant 40% de glyoxal en masse sont mélangés de façon homogène à 100 partie de gomme de guar. Le mélange est laissé à température ambiante pendant au moins 5 jours puis tamisé pour éliminer les particules supérieures à 450μm. Le refus tamis est le plus souvent inférieur à 1%. Le produit obtenu se disperse sans grumeaux. Le temps d'hydratation est d'environ 28 minutes.
EXEMPLE 6 4 parties d'un mélange composé de 100 parties de silice Tixosil® (commercialisé par la société Rhodia), de 100 parties d'eau, de 50 parties d'une solution contenant 75% d'acide phosphorique en masse et de 16,6 parties d'une solution contenant 40% de glyoxal en masse sont mélangés de façon homogène à 100 partie de gomme de xanthane. Le mélange est porté à 80°C pendant 1 heure puis tamisé pour éliminer les particules supérieures à 450μm. Le refus tamis est le plus souvent inférieur à 1%. Le produit obtenu se disperse sans grumeaux. Le temps d'hydratation est d'environ 8 minutes.
EXEMPLE 7
4 parties d'un mélange composé de 100 parties de Tixosil® (commercialisé par la société Rhodia), de 106,4 parties d'eau, de 42,5 parties d'une solution contenant 75% d'acide phosphorique en masse et de 20 parties d'une solution contenant 40% de glyoxal en masse sont mélangés de façon homogène à 100 partie de Rheozan® (commercialisé par la société Rhodia). Le mélange est porté à 70°C pendant 2 heures puis tamisé pour éliminer les particules supérieures à 450μm. Le refus tamis est le plus souvent inférieur à 0,5%. Le produit obtenu se disperse sans grumeaux. Le temps d'hydratation est d'environ 45 secondes. La teneur résiduelle en glyoxal dans le produit final est de 490ppm.