ES2866893T3

ES2866893T3 - Composiciones de complejo de polielectrolito bioderivado con elevada hidrofobia que comprenden compuestos grasos

Info

Publication number: ES2866893T3
Application number: ES17764465T
Authority: ES
Inventors: Juhanes Aydin; Maria Wennman
Original assignee: Organoclick AB
Current assignee: Organoclick AB
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2021-10-20
Anticipated expiration: 2037-08-24
Also published as: WO2018038670A1; US11685820B2; CN109844005B; EP3504262A1; EP3504262B1; CN109844005A; JP7145514B2; JP2019532189A; US20190284368A1; DK3504262T3

Abstract

Un método de tratamiento de materiales basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos con una composición de complejo de polielectrolito (PEC) bioderivado adecuada como aglutinante, dicha composición de PEC comprende biopolímero catiónico, biopolímero aniónico, ácido y conservante, en donde - la carga neta del PEC es catiónica, - la relación de carga entre el biopolímero aniónico y el biopolímero catiónico es <=1, - el biopolímero catiónico es quitosano, en donde el quitosano tiene un grado de desacetilación que es 66-100 %, - el biopolímero aniónico es un polianión derivado de la naturaleza, - el ácido es un ácido de Brønsted y/o un ácido de Lewis, en donde el ácido de Brønsted se selecciona de cualquier ácido orgánico y/o inorgánico, en donde el ácido de Lewis se selecciona de cualquier átomo catiónico mono- o multivalente, - la relación ponderal entre biopolímero catiónico y biopolímero aniónico es 1:0,1 a 1:20, - la relación ponderal entre el biopolímero catiónico y el ácido es 1:0,01 a 1:30, - el pH es inferior a 7, y en donde dicha composición comprende además uno o más compuestos grasos.

Description

DESCRIPCIÓN

Composiciones de complejo de polielectrolito bioderivado con elevada hidrofobia que comprenden compuestos grasos

Campo de la invención

La presente invención se refiere a composiciones de complejo de polielectrolito (abreviadamente en lo sucesivo PEC por la expresión inglesa PolyElectrolyte complex) bioderivado que son medioambientalmente benignas, renovables y biodegradables. Las composiciones de PEC comprenden quitosano como polímero catiónico, siendo un polímero aniónico representado por polianiones derivados de la naturaleza, especialmente polisacáridos, y uno o más aditivos.

Las composiciones de PEC según la presente invención son adecuadas como aglutinantes para materiales derivados de fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos. El tratamiento de materiales basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos con la composición de PEC de la presente invención proporciona materiales que tienen resistencia en seco y/o húmedo más altas, es decir, índices de tracción en seco y/o húmedo más altos. Gracias al uno o más aditivos que contienen, las composiciones de PEC de la presente invención pueden transferir propiedades específicas de los aditivos a los materiales tratados, tales como la hidrofobia.

Información previa

Los PEC son complejos de asociación formados entre partículas de carga opuesta, tales como polímero-polímero, polímero-fármaco y polímero-fármaco-polímero. Estos complejos se forman debido a la interacción electrostática entre poliiones de carga opuesta y así se evita el uso de agentes de reticulación química (S. Lankalapalli, 2009). Según el origen, los PEC se clasifican como polielectrolitos naturales, polielectrolitos sintéticos y biopolímeros químicamente modificados.

La composición de PEC según la presente invención comprende moléculas orgánicas de origen biológico (es decir, biopolímeros) representadas por polianiones derivados de la naturaleza que son o polielectrolitos naturales o biopolímeros químicamente modificados. Por tanto, los PEC no comprenden polímeros sintéticos ni polielectrolitos sintéticos y, por tanto, las composiciones de PEC según la presente invención son composiciones de PEC bioderivado.

El documento de patente EP0723047 se refiere a suspensiones de PEC para la fabricación de papel. Sin embargo, las suspensiones de PEC no comprenden quitosano como catión. En su lugar, el catión es un polímero sintético, tal como un copolímero de acrilamida con cloruro de dialildimetilamonio. Por tanto, los PEC en el documento de patente EP0723047 no son PEC bioderivados. Y, lo que es más importante, no hay datos ni referencia a (i) cualquier aumento en la resistencia en húmedo de los materiales tratados, (ii) efecto sobre la rigidez a la tracción de los materiales tratados, y/o (iii) estabilidad de los PEC durante un periodo de varios meses.

El documento de patente EP1918455 se refiere a la producción de bandas fibrosas usando PEC que tienen una carga neta negativa. Además, los PEC no comprenden quitosano como catión. En su lugar, el catión es un polímero sintético, tal como polímeros acrílicos, poliacrilamidas y polímeros de amido-amina. Por consiguiente, los PEC según el documento de patente EP1918455 no son bioderivados.

Los documentos de patente US8993505, US9012389 y US9273220 se refieren a PEC para la reducida tendencia al ensuciamiento, reducido esfuerzo de limpieza y reducción de la exposición microbiana. Sin embargo, los PEC no son completamente de origen biológico, puesto que además de biopolímeros, también comprenden polímero sintético tal como (i) el homopolímero de cloruro de dialildimetilamonio "DADMAC" desvelado en la reivindicación 1 del documento de patente US8993505, (ii) el homopolímero de ácido acrílico o un copolímero al azar de ácido acrílico desvelado en la reivindicación 1 del documento de patente US9012389, (iii) los homo- o copolímeros de los siguientes monómeros aniónicos: ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, anhídrido maleico, ácido itacónico, ácido estirenosulfónico y ácido acrilamidopropanosulfónico desvelados en el documento de patente US9273220. Por consiguiente, los PEC según los documentos de patente US8993505, US9012389 y US9273220 no son bioderivados. Y, lo que es más importante, no hay datos ni referencia a (i) cualquier aumento en la resistencia en seco y la resistencia en húmedo de los materiales tratados, (ii) efecto sobre la rigidez a la tracción de los materiales tratados, y/o (iii) estabilidad de los PEC durante un periodo de varios meses. Por tanto, ninguno de los documentos de patente US8993505, US9012389 y US9273220 tiene el fin u objetivo que la presente invención.

El documento de patente US2013216592 se refiere a un PEC que consiste en biopolímeros. Sin embargo, los PEC están en forma de partículas y no en disolución. Y lo que es más importante, no hay datos ni referencia a (i) cualquier aumento en la resistencia en seco y la resistencia en húmedo de los materiales tratados, (ii) efecto sobre la rigidez a la tracción de los materiales tratados, y/o (iii) estabilidad de los PEC durante un periodo de varios meses. Por tanto, el documento de patente US2013216592 no tiene el fin u objetivo que la presente invención.

El documento de patente US6936746 se refiere a sistemas de material sólido de PEC. Por tanto, los PEC están en forma de materiales sólidos y no como disoluciones. Además, el documento de patente US6936746 no dice nada sobre la carga neta de los PEC. Además, el documento de patente US6936746 tampoco dice nada sobre la relación de carga entre el polímero catiónico y el polímero aniónico. Y, lo que es más importante, no hay datos ni referencia a (i) cualquier aumento en la resistencia en seco y la resistencia en húmedo de los materiales tratados, (ii) efecto sobre la rigidez a la tracción de los materiales tratados, y/o (iii) estabilidad de los PEC durante un periodo de varios meses. Por tanto, el documento de patente US6936746 no tiene el fin u objetivo que la presente invención.

Además, las realizaciones específicas de la composición de PEC descritas en el estado de la técnica tienen una concentración de 0,04 % de PEC debido a problemas de estabilidad. Por tanto, también hay una necesidad de una composición de PEC que tenga una mayor concentración de PEC.

Objeto de la invención

Es un objeto de la presente invención vencer los inconvenientes y las desventajas de las composiciones anteriormente descritas y proporcionar una composición de PEC bioderivado que sea medioambientalmente benigna, renovable y biodegradable.

Es un objeto adicional de la presente invención transferir la hidrofobia a materiales tratados con una composición de PEC.

Es un objeto adicional de la presente invención transferir las propiedades mecánicas (resistencia en seco, resistencias en húmedo, rigidez a la tracción y/o debilidad a la tracción) a materiales tratados con una composición de PEC.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar una composición de PEC bioderivado que sea estable durante al menos 1,5 meses.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar una composición de PEC bioderivado que comprenda al menos 0,04 %, preferentemente al menos 1,5 % en peso de PEC, más preferentemente al menos 4 % en peso de PEC, lo más preferentemente 4-10 % en peso de PEC.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar una composición de PEC bioderivado que no se enmohezca.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar una composición de PEC bioderivado que comprenda un biopolímero aniónico que sea de bajo coste.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar una composición de PEC bioderivado que sea adecuada como aglutinante para materiales basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos, y para pasta, papel y cartón.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar una composición de PEC bioderivado que sea estable en agua de grifo. Según el estado de la técnica, los minerales en el agua desestabilizan el PEC.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar una composición de PEC bioderivado que transfiera propiedades específicas de los aditivos, tales como resistencia a la tracción en húmedo, hidrofobia, etc., a los materiales basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos.

Es un objeto adicional según la invención proporcionar una composición de PEC de biopolímero, en donde los materiales no tejidos sean fibras minerales, tales como fibras de vidrio o de roca.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar un método de preparación de las composiciones de PEC bioderivado anteriores.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar materiales basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos que tengan (i) hidrofobia y (ii) alta resistencia a la tracción en húmedo, y/o (iii) alta resistencia a la tracción en seco y/o (iv) debilidad a la tracción y/o (v) rigidez.

También es posible cualquier combinación de los objetivos anteriores.

Compendio de la invención

Los objetos de la invención se obtienen por una composición de PEC bioderivado que comprende biopolímero catiónico, biopolímero aniónico, ácido y conservante, en donde - la carga neta del PEC es catiónica, - la relación de carga entre el biopolímero aniónico y el biopolímero catiónico es <1, - el biopolímero catiónico es quitosano, en donde el quitosano tiene un grado de desacetilación que es 66-100 %, - el biopolímero aniónico es un polianión derivado de la naturaleza, - el ácido es un ácido de Bronsted y/o un ácido de Lewis, en donde el ácido de Bronsted se selecciona de cualquier ácido orgánico y/o inorgánico, en donde el ácido de Lewis se selecciona de cualquier átomo catiónico mono- o multivalente, - la relación ponderal entre biopolímero catiónico y biopolímero aniónico es 1:0,1 a 1:20, - la relación ponderal entre el biopolímero catiónico y el ácido es 1:0,01 a 1:30, - el pH es inferior a 7, y en donde dicha composición comprende además uno o más compuestos grasos y la relación ponderal de PEC:compuesto graso es 1:0,5 a 1:1. La expresión bioderivado indica que la composición de PEC es de origen biológico.

Por compuestos grasos se entiende en el presente documento cualquier aceite, grasa, cera y otro compuesto hidrófobo con densidad inferior a 1 g/cm3 (es decir, que flota en el agua).

La composición de PEC de la presente invención puede comprender además uno o más aditivos. Mientras que la composición de PEC es de origen biológico, los compuestos grasos y los aditivos pueden ser, independientemente entre sí, de origen natural, semisintético o sintético.

La carga neta de la composición de PEC es catiónica y la relación de carga entre el polímero aniónico y el polímero catiónico es <1. Además, la relación ponderal entre polímero catiónico y polímero aniónico es 1:0,1 a 1:20. Las relaciones en la presente invención son relaciones ponderales, a menos que se indique lo contrario.

La composición de PEC según la presente invención comprende quitosano que confiere un mayor índice de tracción cuando se compara con otros cationes, tales como almidón catiónico y celulosa catiónica. Por tanto, las realizaciones preferidas de la invención comprenden quitosano catiónico como biopolímero catiónico. La concentración de quitosano en la composición es 0,005-30 %. Además, el quitosano tiene preferentemente un grado de desacetilación que varía desde 66 %-100 %. El grado de desacetilación es importante para las propiedades físicas del quitosano en la composición de PEC.

El biopolímero aniónico que es un polianión derivado de la naturaleza se puede seleccionar de lignina alcalina, ácido lignosulfónico, o un polisacárido, tal como carboximetilcelulosa (CMC), ácido algínico (preferentemente la sal de sodio), goma xantana, pectina, carragenina y celulosa nanocristalina (abreviadamente en lo sucesivo NCC, por la expresión inglesa NanoCrystalline Cellulose) y goma arábiga. La lignina alcalina y el ácido lignosulfónico pueden estar preferentemente en forma de su sal de sodio. La concentración de biopolímero aniónico en la composición es 0,005 30 % en peso. Las concentraciones en % en la presente invención son concentraciones en % en peso, a menos que se indique lo contrario.

El pH de la composición de PEC es inferior a pH 7 y esto se puede lograr por un ácido de Bronsted y/o un ácido de Lewis. Preferentemente, el pH de la composición de PEC es inferior a 6,5. Los ácidos de Bronsted se seleccionan de cualquier ácido orgánico o inorgánico, en donde la concentración del ácido es 0,01 -30 % en peso. Los ácidos de Lewis se seleccionan de cualquier átomo catiónico mono- o multivalente, en donde la concentración del ácido de Lewis es 0,01-30 % en peso. La composición de PEC tiene preferentemente un valor de pH de 2-4. La relación ponderal entre el polímero catiónico y el ácido es 1:0,01 a 1:30 en la composición de PEC. El ácido de la composición de PEC se selecciona de uno o más de ácido acético, ácido acetilsalicílico, ácido adípico, ácido bencenosulfónico, ácido canforsulfónico, ácido cítrico, ácido dihidroxifumárico, ácido fórmico, ácido glicólico, ácido glioxílico, ácido clorhídrico, ácido láctico, ácido málico, ácido malónico, ácido maleico, ácido mandélico, ácido oxálico, ácido para-toluenosulfónico, ácido ftálico, ácido pirúvico, ácido salicílico, ácido sulfúrico, ácido tartárico y ácido succínico, más preferentemente ácido cítrico, ácido oxálico y ácido tartárico, incluso más preferentemente ácido cítrico, y lo más preferentemente ácido cítrico monohidratado.

La concentración del PEC en la composición de PEC es al menos 0,04 % en peso de PEC, preferentemente al menos 1,5 % en peso de PEC, más preferentemente al menos 4 % en peso de PEC, lo más preferentemente 4-10 % en peso de PEC. Además, la composición de PEC según la presente invención es diluible. Es ventajosa la fabricación de composiciones de PEC altamente concentradas en vista de reducir el coste del transporte, es decir, la composición de PEC se puede preparar con una alta concentración y luego diluir después del envío por el usuario o cliente.

El disolvente de la composición de PEC es agua, seleccionada de agua destilada, agua de grifo y agua desionizada. Las composiciones de PEC que comprenden quitosano se conocen en el estado de la técnica por ser inestables en agua de grifo y, por tanto, se preparan en agua destilada. Sin embargo, las composiciones de PEC según la presente invención son estables en agua de grifo.

La composición de PEC de la presente invención también se puede preparar en forma pura, es decir, la composición de PEC no comprende agua añadida.

El conservante se puede seleccionar de uno o más de un fungicida, bactericida, conservante farmacéutico, conservante cosmético y conservantes alimentarios. La concentración de conservante es 0,005-10 % en peso, preferentemente 0,005-1,5 % en peso, más preferentemente 0,005-0,5 % en peso. Además, el conservante es preferentemente biodegradable y/o renovable. Se prefieren los conservantes alimentarios, conservantes farmacéuticos y conservantes cosméticos, puesto que son no tóxicos. La inclusión de un conservante ayuda a inhibir el crecimiento de moho en la composición de PEC. Además, los presentes inventores han descubierto que las composiciones de PEC sin conservante se vuelven más amarillas/marrones que una composición que comprende conservante. Aunque el rendimiento sea el mismo entre la composición de PEC más amarilla y la menos amarilla, el color amarillo se transfiere al material y provoca el amarilleamiento, que no se desea, especialmente para materiales no tejidos y materiales basados en fibra, tales como textiles.

La composición de PEC de la presente invención comprende uno o más compuestos grasos. Los compuestos grasos en la composición de PEC comprenden grasa y/o aceite y/o ácido graso. La capacidad de la composición para incorporar y transportar los compuestos grasos da la oportunidad de transferir las propiedades hidrófobas de los compuestos grasos mencionados a diferentes materiales tratados con la composición de PEC. Esta capacidad se explora por la presente invención.

Los compuestos grasos de la presente invención pueden estar presentes en la composición de PEC a una relación ponderal de PEC:compuesto graso de 1:0,01 a 1:50, preferentemente 1:0,05 a 1:20, más preferentemente 1:0,1 a 1:10, lo más preferentemente 1:0,5 a 1:1.

El uno o más compuestos grasos según la presente invención se seleccionan independientemente entre sí del grupo que consiste en aceite natural, aceite sintético, cera líquida, resina líquida, ácido graso, alcohol graso, silanos grasos, siloxanos grasos, amina grasa, amida grasa, epóxido graso, imina grasa, aldehído graso, imida grasa, tiol graso, sulfato graso, éster graso, cetona grasa, otros tipos de lípidos; se seleccionan preferentemente de aceite natural, cera y/o ácido graso, y mezclas de los mismos.

El aceite natural puede ser un aceite vegetal, seleccionado preferentemente del grupo que consiste en aceite de girasol, aceite de soja, aceite de maíz, aceite de semilla de algodón, aceite de palma, aceite de oleina de palma, aceite de semilla de palma, talloil, aceite de pino, aceite de cacahuete, aceite de colza, aceite de alazor, aceite de sésamo, aceite de salvado de arroz, aceite de coco, aceite de canola, aceite de aguacate, aceite de oliva, aceite de linaza, semilla de uva, aceite de cacahuete, aceite de salvado de arroz, aceite de perilla, aceite de tsubaki, aceite de semilla de cáñamo, aceite de tung, aceite de kapok, aceite de semilla de té, aceite de almendra, aceite de aloe vera, aceite de hueso de albaricoque, aceite de baobab, aceite de caléndula, aceite de maíz, aceite de onagra vespertina, aceite de uva, aceite de semilla de uva, aceite de avellana, aceite de jojoba, aceite de macadamia, aceites naturales, aceite de neem, aceites no hidrogenados, aceites parcialmente hidrogenados, aceite de sésamo, o similares, aceites vegetales epoxidados, tales como aceite de soja epoxidado, ésteres metílicos de ácidos grasos epoxidados, seleccionado preferentemente de aceite de girasol, aceite de soja, talloil, aceite de maíz, aceite de colza, aceite de coco y aceite de palma, y más preferentemente de aceite de girasol, y mezclas de los mismos.

El aceite natural puede ser también un aceite esencial, seleccionado preferentemente del grupo que consiste en aceites extraídos de anís, albahaca, benzoína, bergamota, pimienta negra, alcanfor, zanahoria, madera de cedro, manzanilla alemana, manzanilla marroquí, manzanilla romana, hoja de canela, yemas de clavo, ciprés, eneldo, Eucalyptus globulus, cansancio, hinojo, incienso, jengibre, abeto gigante, pomelo, semilla de uva, avellana, hisopo, jojoba, enebro, cono de enebro, lavanda, limón, citronela, melisa, satureja montana, mirto rojo, neroli, niaouli, pachuli, menta, pino, mirto rojo, remedio de rescate, geranio rosa, romero, madera de sándalo, mejorana española, mejorana dulce, tomillo dulce, tagetes, árbol del té, tomillo rojo, tomillo dulce, ylang-ylang, y mezclas de los mismos.

El aceite natural puede ser un aceite animal, seleccionado preferentemente del grupo que consiste en grasa o aceite animal, aceite de esperma, manteca, sebo, aceite de pescado o de ballena, aceite de hígado de pescado, grasa de la leche, aceite de la lana, grasa de la lana, lanolina, aceite de hueso, aceite de manteca, grasa de ganso, seleccionado preferentemente de aceite de pescado y aceite de hueso, y mezclas de los mismos.

El aceite natural también puede ser un aceite natural polimerizado, seleccionado preferentemente de cualquier aceite polimerizado como se ha descrito anteriormente, tal como aceite de soja polimerizado, y mezclas de los mismos.

El compuesto graso puede ser un aceite sintético, seleccionado preferentemente del grupo que consiste en puro o combinaciones de mezclas ligeras de alcanos superiores de una fuente mineral, tales como aceite mineral, aceite blanco, parafina líquida y petróleo líquido, aceite completamente sintético, aceite de poli-alfa-olefina (PAO), aceite de base del grupo V, tipo de grupo I, II, II+ y III de aceite de base mineral (como se define por API), aceite semisintético, tal como una mezcla de aceite mineral y aceite sintético, seleccionado preferentemente de parafina líquida y aceite mineral, lo más preferentemente de parafina líquida, y mezclas de los mismos.

Además, el compuesto graso puede ser una cera líquida vegetal que tiene un punto de fusión inferior a 40 °C, seleccionado preferentemente del grupo que consiste en cera de abeja, cera de lana, cera secretada de insecto, tal como cera china, cera de candelilla, ozocerita, cera de salvado de Oryza sativa (arroz), cera de Japón, carbocera, ceras de Fischer-T ropsch, cera de carnaúba, cera de uricuri, cera de jojoba, ésteres de jojoba, cera vegetal (Copernicia cerifera), ésteres cetílicos, espermaceti, manteca de semilla de Theobroma cacao (cacao), cera de palma, cera del árbol de cera, cera de ricino, cera de esparto, cera de Japón, cera de salvado de arroz, cera de soja, cera del árbol de sebo, y similares, seleccionado preferentemente de cera de abeja, cera de lana, cera candelilla, cera carnaúba, cera de jojoba, cera de palma, cera de ricino y cera de soja, y mezclas de las mismas.

La cera también puede ser una cera sintética líquida y/o cera de petróleo que tiene un punto de fusión inferior a 40 °C, seleccionada preferentemente del grupo que consiste en cera de parafina, cera montana, cera ceresina, ozocerita, cera de turba, cera microcristalina, y mezclas de las mismas.

Cuando el compuesto graso es una resina líquida, puede ser una resina natural, seleccionada preferentemente del grupo que consiste en resina de colofonia, ésteres metílicos de resinas de pino, resinas de pino, resinas de talloil, resinas de pícea, resinas de colofonia, ésteres metílicos de colofonia, ésteres metílicos hidrogenados de resinas de colofonia, Shellac, resinas de goma, oleo-resinas, polirresina, y mezclas de los mismos.

La resina líquida también puede ser una resina de petróleo y/o sintética, seleccionada preferentemente del grupo que consiste en asfaltita, resina Utah, resinas epoxi, metacrilato de metilo, resina de acetal, y mezclas de los mismos, en donde dicha resina es líquida a temperaturas de 0 °C-35 °C

El compuesto graso puede ser un ácido graso. Este puede ser un carboxiácido C4-C40 lineal o ramificado, seleccionado preferentemente del grupo que consiste en ácido caproico, ácido caprílico, ácido cáprico, ácido láurico, ácido mirístico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido araquídico, ácido behénico, ácido lignocérico, ácido miristoleico, ácido palmitoleico, ácido oleico, ácido octanoico, ácido gadoleico, ácido erúcico, ácido ricinoleico, ácido linoleico, acido linolénico, ácido licánico, ácido clupanodónico, ácido graso de talloil, palma de oleina, soja de oleina, ácido graso de aceite de soja destilado o no destilado, ácido graso de aceite de girasol destilado o no destilado, ácido graso de aceite de girasol conjugado o no conjugado, más preferentemente seleccionado de ácido linoleico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido oleico, ácido graso de talloil, ácido octanoico, ácido ricinoleico, lo más preferentemente seleccionado de ácido linoleico, ácido ricinoleico y ácido oleico, y mezclas de los mismos.

El ácido graso también puede estar en forma de su sal correspondiente, tal como palmato de potasio, talato de potasio, cocoato de potasio, palmato de sodio, talato de sodio, cocoato de sodio, y mezclas de los mismos.

Además, el ácido graso puede ser un éster de ácido graso de sorbitano, seleccionado preferentemente del grupo que consiste en oleato de sorbitano, laurato de sorbitano, palmitato de sorbitano, estearato de sorbitano, y mezclas de los mismos.

El compuesto graso puede ser un alcohol graso C4-C40 lineal o ramificado, seleccionado preferentemente del grupo que consiste en alcohol terc-butílico, alcohol terc-amílico, 3-metil-3-pentanol, etclorvinol, 1-octanol (alcohol caprílico), alcohol pelargónico (1-nonanol), 1-decanol (alcohol decílico, alcohol cáprico), alcohol undecílico (1-undecanol, undecanol, hendecanol), alcohol láurico (dodecanol, 1-dodecanol), alcohol tridecílico (1-tridecanol, tridecanol, isotridecanol), alcohol miristílico (1-tetradecanol), alcohol pentadecílico (1-pentadecanol, pentadecanol), alcohol cetílico (1-hexadecanol), alcohol palmitoleico (cis-9-hexadecen-1-ol, heptadecanol), alcohol estearílico (1-octadecanol), alcohol nonadecílico (1-nonadecanol), alcohol araquidílico (1-eicosanol), alcohol heneicosílico (1-heneicosanol), alcohol behénico (1-docosanol), alcohol erucílico (cis-13-docosen-1-ol), alcohol lignocerílico (1-tetracosanol), alcohol cerílico (1-hexacosanol), 1-heptacosanol, alcohol montanílico (alcohol cluitílico, 1-octacosanol), 1-nonacosanol, alcohol miricílico (alcohol melisílico, 1-triacontanol), 1-dotriacontanol (alcohol lacerílico), alcohol gedílico (1-tetratriacontanol), alcohol cetearílico. El alcohol graso se puede seleccionar preferentemente de alcohol láurico, alcohol estearílico, alcohol oleico, alcohol palmitoleico, alcohol erucílico, alcohol cetílico, alcohol miristílico, alcohol cerílico y alcohol behénico, más preferentemente de alcohol estearílico, alcohol oleico, alcohol palmitoleico, alcohol cetílico, alcohol cerílico y alcohol behénico (debido a su baja toxicidad), y mezclas de los mismos.

El compuesto graso también puede ser un silano graso, que tiene al menos un resto hidrófobo y de uno a tres grupos hidrolizables alcoxi, hidroxi y/o haluro, respectivamente, en donde el resto hidrófobo se selecciona de n-, iso, cíclico o mezclas de los mismos de cadenas de carbono C1-C30 saturadas o insaturadas, y en donde el grupo alcoxi es un grupo alcoxi que comprende 1-4 átomos de carbono, seleccionado preferentemente del grupo que consiste en acetoxi, metoxi, etoxi, propoxi o butoxi. El silano graso se puede seleccionar del grupo que consiste en metiltrialcoxisilano, metilsiliconato de potasio, propiltrietoxisilano, butiltrietoxisilano, hexiltrietoxisilano, octiltrietoxisilano, dodeciltrimetoxisilano, hexadeciltrimetoxisilano, hexadeciltrietoxisilano, octadeciltrimetoxisilano, octadeciltrietoxisilano, seleccionado preferentemente de octiltrietoxisilano y hexadeciltrimetoxisilano, y mezclas de los mismos.

El compuesto graso puede ser un siloxano graso que tiene un esqueleto de polidimetilsiloxano, funcionalizado con uno o más grupos organofuncionales seleccionados del grupo que consiste en grupos hidroxi, epoxi, amina, amida, aldehído, carboxi, tiol, éter, éster, oxima, imina, cianato, isocianato bloqueado, uretano, alquilo, alqueno, alquino, arilo, acetoxi, metoxi, etoxi, propoxi (por ejemplo, n-propoxi, isopropoxi) o butoxi. El siloxano graso también se puede seleccionar del grupo que consiste en aminosiloxano reactivo o no reactivo, polidimetilsiloxano, alquilaminosiloxano, etilfenil-polidimetilsiloxano, polidimetilsiloxano terminado en hidroxi, hexadecil-N-etilaminpropilpolidimetilsiloxano, octil-N-etilaminpropilpolidimetilsiloxano, hexadecilaminopropilo, polidimetilsiloxano, hexadecilpolidimetilsiloxano, hexadecilpolidimetilsiloxano, y mezclas de los mismos, más preferentemente de aminosiloxano modificado con hexadecilo.

Además, el compuesto graso puede ser una amina grasa, amida grasa, epóxido graso, imina grasa, aldehído graso, imida grasa, tiol graso, sulfato graso, éster graso o cetona grasa, que tiene una cadena lineal y/o ramificada que comprende 4 a 40 átomos de carbono, estando dicha cadena saturada o insaturada con uno o más enlaces dobles y/o triples, y mezclas de los mismos.

Además, el compuesto graso puede ser otro tipo de lípido, tal como fosfolípido, glicérido, triglicérido, glicolípido, en donde dicho fosfolípido es preferentemente lecitina, en donde dicho triglicérido contiene al menos uno de los ácidos grasos de la reivindicación 26, y mezclas de los mismos.

Es obvio para el experto en la técnica que el uno o más compuestos grasos según la presente invención se pueden seleccionar independientemente entre sí de una o más de las categorías y subcategorías anteriormente enumeradas de compuestos.

La composición de PEC puede comprender además uno o más aditivos seleccionados de plastificante soluble en grasa, plastificante soluble en agua, antiespumante, espumante, humectante, agente de coalescencia, catalizador, tensioactivo, emulsionante, conservante, reticulante, modificador de la reología, carga, polímero no iónico, colorante, pigmento. Dichos aditivos se seleccionan dependiendo del método de aplicación y las propiedades esperadas del material final, en donde la concentración del aditivo es 0-99 % en peso, preferentemente 0-50 % en peso, lo más preferentemente 0-30 % en peso.

La composición puede comprender además un catalizador ácido o básico que tiene en particular la función de ajustar la temperatura a la que empieza la reticulación. El catalizador se puede elegir de bases y ácidos de Lewis, tales como arcillas, sílice coloidal o no coloidal, aminas orgánicas, aminas cuaternarias, óxidos metálicos, sulfatos metálicos, cloruros metálicos, sulfatos de urea, cloruros de urea y catalizadores basados en silicatos.

El catalizador también puede ser un compuesto que comprende fósforo, por ejemplo, una sal de hipofosfito de metal alcalino, un fosfito de metal alcalino, un polifosfato de metal alcalino, un hidrogenofosfato de metal alcalino, un ácido fosfórico o un ácido alquilfosfónico. Preferentemente, el metal alcalino es sodio o potasio.

El catalizador también puede ser un compuesto que comprende flúor y boro, por ejemplo ácido tetrafluorobórico o una sal de este ácido, en particular un tetrafluoroborato de metal alcalino, tal como tetrafluoroborato de sodio o tetrafluoroborato de potasio, un tetrafluoroborato de metal alcalinotérreo, tal como tetrafluoroborato de calcio o tetrafluoroborato de magnesio, un tetrafluoroborato de cinc y un tetrafluoroborato de amonio. Preferentemente, el catalizador es hipofosfito de sodio, fosfito de sodio y las mezclas de estos compuestos.

La cantidad de catalizador introducida en la composición puede representar hasta el 20 % en peso, preferentemente hasta el 10 %, y ventajosamente es al menos igual al 1 %.

En una realización preferida de la invención, la composición de PEC comprende quitosano, CMC y ácido cítrico. La composición de PEC puede comprender 0,75-6 % en peso de quitosano, 0,75-6 % en peso de CMC y 6-30 % en peso de ácido cítrico monohidratado. El compuesto graso comprende preferentemente un aceite natural, ácido graso y/o lecitina. El ácido graso comprende preferentemente ácidos grasos de talloil, ácido octanoico, ácido oleico, palma de oleina, soja de oleina, ácido graso de aceite de soja, ácido graso de aceite de girasol, ácido graso de aceite de girasol conjugado, oleato de sorbitano, palmato de potasio, talato de potasio, cocoato de potasio, lecitina de soja, polisorb ID46, éster de isosorbida, éster metílico de colofonia y/o éster metílico hidrogenado de colofonia. El aceite natural comprende preferentemente aceite vegetal (opcionalmente epoxidado) y los aceites vegetales más preferidos comprenden aceite de girasol, aceite de girasol alto oleico, aceite de colza, aceite de ricino y/o aceite de soja espesado al sol y/o aceite de soja.

En una realización de la invención, la composición de PEC comprende 0,75-4 % en peso de quitosano, 0,75-4 % en peso de CMC y 6-24 % en peso de ácido cítrico monohidratado. El compuesto graso comprende preferentemente un aceite natural, ácido graso y/o lecitina. El ácido graso comprende preferentemente ácidos grasos de talloil, ácido octanoico, ácido oleico, palma de oleina, soja de oleina, ácido graso de aceite de soja, ácido graso de aceite de girasol, ácido graso de aceite de girasol conjugado, oleato de sorbitano, palmato de potasio, talato de potasio, cocoato de potasio, lecitina de soja, polisorb ID46, éster de isosorbida, éster metílico de colofonia y/o éster metílico hidrogenado de colofonia. El aceite natural comprende preferentemente aceite vegetal (opcionalmente epoxidado) y los aceites vegetales más preferidos comprenden aceite de girasol, aceite de girasol alto oleico, aceite de colza, aceite de ricino y/o aceite de soja espesado al sol y/o aceite de soja.

En una realización de la invención, la composición de PEC comprende 0,75-2 % en peso de quitosano, 0,75-2 % en peso de CMC, 9-12 % en peso de ácido cítrico monohidratado y 0,75-2 % en peso de compuesto graso. El compuesto graso comprende preferentemente un aceite natural, ácido graso y/o lecitina. El ácido graso comprende preferentemente ácidos grasos de talloil, ácido octanoico, ácido oleico, palma de oleina, soja de oleina, ácido graso de aceite de soja, ácido graso de aceite de girasol, ácido graso de aceite de girasol conjugado, oleato de sorbitano, palmato de potasio, talato de potasio, cocoato de potasio, lecitina de soja, polisorb ID46, éster de isosorbida, éster metílico de colofonia y/o éster metílico hidrogenado de colofonia. El aceite natural comprende preferentemente aceite vegetal (opcionalmente epoxidado) y los aceites vegetales más preferidos comprenden aceite de girasol, aceite de girasol alto oleico, aceite de colza, aceite de ricino y/o aceite de soja espesado al sol y/o aceite de soja.

En una realización de la invención, la composición de PEC comprende 0,75 % en peso de quitosano, 0,75 % en peso de CMC, 9 % en peso de ácido cítrico monohidratado y 0,75 % en peso de compuesto graso. El compuesto graso comprende preferentemente un aceite natural, ácido graso y/o lecitina. El ácido graso comprende preferentemente ácidos grasos de talloil, ácido octanoico, ácido oleico, palma de oleina, soja de oleina, ácido graso de aceite de soja, ácido graso de aceite de girasol, ácido graso de aceite de girasol conjugado, oleato de sorbitano, palmato de potasio, talato de potasio, cocoato de potasio, lecitina de soja, polisorb ID46, éster de isosorbida, éster metílico de colofonia y/o éster metílico hidrogenado de colofonia. El aceite natural comprende preferentemente aceite vegetal (opcionalmente epoxidado) y los aceites vegetales más preferidos comprenden aceite de girasol, aceite de girasol alto oleico, aceite de colza, aceite de ricino y/o aceite de soja espesado al sol y/o aceite de soja.

En una realización de la invención, la composición de PEC comprende 2 % en peso de quitosano, 2 % en peso de CMC, 12 % en peso de ácido cítrico monohidratado y 2 % en peso de compuesto graso. El compuesto graso comprende preferentemente un aceite natural, ácido graso y/o lecitina. El ácido graso comprende preferentemente ácidos grasos de talloil, ácido octanoico, ácido oleico, palma de oleína, soja de oleína, ácido graso de aceite de soja, ácido graso de aceite de girasol, ácido graso de aceite de girasol conjugado, oleato de sorbitano, palmato de potasio, talato de potasio, cocoato de potasio, lecitina de soja, polisorb ID46, éster de isosorbida, éster metílico de colofonia y/o éster metílico hidrogenado de colofonia. El aceite natural comprende preferentemente aceite vegetal (opcionalmente epoxidado) y los aceites vegetales más preferidos comprenden aceite de girasol, aceite de girasol alto oleico, aceite de colza, aceite de ricino y/o aceite de soja espesado al sol y/o aceite de soja.

Los objetos de la invención también se obtienen por un método de preparación de las realizaciones anteriormente desveladas de composiciones de PEC. El método comprende las etapas de mezclar quitosano, polímero aniónico, ácido, conservante, agua y uno o más compuestos grasos. El método puede comprender una o más etapas de homogeneización.

En una realización preferida, el método comprende las etapas de:

a) Añadir el polímero aniónico a agua,

b) Añadir quitosano a la mezcla resultante en la etapa a,

c) Mezclar el ácido con agua, y añadir la disolución ácida resultante a la mezcla resultante en la etapa b, d) Añadir uno o más compuestos grasos a la mezcla resultante en la etapa c,

e) Añadir un conservante a la mezcla resultante en d, y

en donde las mezclas resultantes en las etapas a-e se mezclan y opcionalmente se homogeneízan.

Los objetos de la invención también se obtienen usando las realizaciones anteriormente desveladas de composiciones de PEC como un aglutinante para materiales basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos. El uso de la composición de PEC es preferentemente para proporcionar propiedades mecánicas a dichos materiales basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos, y en donde dichas propiedades mecánicas se seleccionan de resistencia en seco, resistencias en húmedo, rigidez a la tracción y debilidad a la tracción.

Los objetos de la invención también se obtienen por materiales basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos que comprenden las realizaciones anteriormente desveladas de las composiciones de PEC como un aglutinante. Los objetos de la invención también se obtienen por un aparato que comprende las realizaciones anteriormente desveladas de las composiciones de PEC como un aglutinante. El aparato es cualquier tipo de equipo de laboratorio o industrial que use bajas o altas fuerzas de cizallamiento para producir las composiciones de PEC. Este podría ser un agitador de imán, agitador superior con hélice o dispersador o similar, homogeneizador con o sin alta presión, homogeneizadores en línea o externos, prensas extrusoras, equipo de agitación, mortero y pistilo, instrumento de tipo mezcladora, cualquier tipo de mezcladora (mezcladora estática, micromezcladora, mezcladora con vórtex, mezcladora industrial, mezcladora de cinta, mezcladora en V, procesador continuo, mezcladora de husillo cónico, mezcladora de husillo, mezcladora cónica doble, planetaria doble, mezcladora de alta viscosidad, contrarrotación, árbol doble y triple, mezcladora a vacío, rotor-estator de alto cizallamiento, mezcladora de dispersión, paleta, mezcladora de chorro, mezcladora móvil, mezcladora de tambor, mezcladora de entremezcla, mezcladora planetaria, mezcladora Banbury o similares), prensa francesa, desintegradora, molino (trituración por molino de perlas, molino coloidal, molino de martillos, molino de bolas, molino de barras, molino autógeno, trituración semiautógena, molino de guijarros, rodillos de trituración de alta presión, molino de piedras molares, molino de impacto de árbol vertical, molino de torre o similar), tratamiento ultrasónico, equipo mecánico de rotor-estator, cualquier tipo o hélice o mezcladora, emulsionantes de bitumen a alta temperatura y/o alta presión o combinaciones de los anteriores.

Los objetos de la invención también se obtienen por un método de tratamiento de materiales basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos con las realizaciones anteriormente desveladas de composiciones de PEC como un aglutinante, que comprende las etapas de:

a. T ratar los materiales basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos con una composición de PEC por

i. adición a suspensiones de materiales basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos, ii. recubrimiento por pulverización,

iii. recubrimiento por inmersión,

iv. recubrimiento por rodillo,

v. impregnación,

vi. fulardado,

vii. recubrimiento por tamiz,

viii. impresión,

ix. métodos de recubrimiento directo que incluyen recubrimiento por cuchilla, recubrimiento por rasqueta, recubrimiento por barra enrollada con alambre, recubrimiento por barra redonda y recubrimiento por espuma (por ejemplo, recubrimiento por espuma triturada), y similares,

x. métodos de recubrimiento indirecto que incluyen recubrimiento por barra Mayer, recubrimiento directo por rodillo, recubrimiento por contacto, recubrimiento por grabado y recubrimiento por rodillo inverso,

xi. chorro de tinta y/o boquilla con ranura/boquilla con ranura ancha, y similares, y

b. opcionalmente curar los materiales celulósicos, textiles, tejidos y no tejidos tratados.

En una realización preferida, el método de tratamiento comprende la etapa de curar los materiales basados en fibra y no tejidos tratados. En una realización preferida adicional, el curado se realiza a 20 °C a 200 °C, preferentemente a 80 °C a 190 °C, más preferentemente a 120 °C a 180 °C.

Breve descripción de los dibujos

Figura 1 Hidrofobia frente a rigidez después de un lavado según el Método 5 (véase Parte experimental) para diferentes textiles tratados con PEC:SO 1:0,5 con dos diluciones diferentes (1 parte de formulación con respecto a 1 parte de agua o 1 parte formulación con respecto a 4 partes de agua). Hidrófilo: la gota permanece <10 s sobre la superficie. Hidrófobo: la gota permanece >60 s sobre la superficie. "Ni hidrófilo ni hidrófobo": la gota permanece 10-30 s.

Figura 2 Hidrofobia frente a rigidez después de uno, dos y cinco lavados según el Método 5 (véase Parte experimental) para diferentes textiles tratados con PEC:SO 1:0,5 con dos diluciones diferentes (1 parte de formulación con respecto a 1 parte de agua o 1 parte de formulación con respecto a 4 partes de agua). Hidrófobo: la gota permanece >60 s sobre la superficie. "Ni hidrófilo ni hidrófobo": la gota permanece 10-30 s.

Figura 3 Transferencia de hidrofobia de diferentes compuestos grasos añadidos al sistema de PEC (OC). Emulsiones preparada según el Método 1 (véase Parte experimental) para crear la relación PEC:compuesto graso 1:0,5. Hidrofobia ensayada en 100 % de no tejidos de viscosa tratados con los aglutinantes según el Método 5. Grados de hidrofobia (según el Método 6): -- = hidrófilo y en expansión, - = hidrófilo, = gotita permanece aproximadamente 1 s, + = gotita permanece 10-30 s, ++ = gotita permanece 60 s.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La presente invención se refiere a composiciones de PEC bioderivado que comprenden biopolímero catiónico, biopolímero aniónico, ácido y conservante, en donde - la carga neta del PEC es catiónica, - la relación de carga entre el biopolímero aniónico y el biopolímero catiónico es <1, - el biopolímero catiónico es quitosano, en donde el quitosano tiene un grado de desacetilación que es 66-100 %, - el biopolímero aniónico es un polianión derivado de la naturaleza, - el ácido es un ácido de Bronsted y/o un ácido de Lewis, en donde el ácido de Bronsted se selecciona de cualquier ácido orgánico y/u inorgánico, en donde el ácido de Lewis se selecciona de cualquier átomo catiónico mono- o multivalente, - la relación ponderal entre biopolímero catiónico y biopolímero aniónico es 1:0,1 a 1:20, - la relación ponderal entre el biopolímero catiónico y el ácido es 1:0,01 a 1:30,- el pH es inferior a 7, y en donde dicha composición comprende además uno o más compuestos grasos y la relación ponderal de PEC:compuesto graso es 1:0,5 a 1:1 que son mezclas medioambientalmente benignas, renovables y biodegradables de un biopolímero catiónico y un biopolímero aniónico. Los polímeros catiónicos y aniónicos se equilibran de manera que la carga neta del PEC sea catiónica. Las composiciones de PEC se preparan en presencia de un ácido y conservante y comprenden además uno o más compuestos grasos. Las composiciones de PEC son adecuadas como aglutinantes para materiales basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos, así como tratamiento superficial hidrófobo de dichos materiales o como aditivos en la fabricación del papel en la parte húmeda.

Según la invención, el uso de las palabras textiles, tejidos y no tejidos puede incluir paños o telas y se pueden basar en fibras naturales o sintéticas y mezclas de las mismas. Los textiles, tejidos y no tejidos pueden consistir en una red de fibras naturales y/o sintéticas frecuentemente denominada hebra o hilo. El hilo se produce por hilado de fibras en bruto de lana, lino, algodón u otro material para producir largas cadenas. Los textiles se forman por tejeduría plana, tejeduría de punto, ganchillo, anudado o presionando las fibras juntas (fieltro). Las palabras tela y paño se pueden usar, por ejemplo, en trabajos de ensamblaje textil (tales como sastrería y costura) como sinónimos de textil. Textil puede referirse a cualquier material hecho de fibras o textiles no tejidos entrelazados. Tela se refiere a cualquier material hecho por tejeduría plana, tejeduría de punto, extensión, ganchillo o unión que se pueda usar en la producción de artículos adicionales (prendas, etc.). Paño se puede usar sinónimamente con tela, pero frecuentemente se refiere a un trozo acabado de tela usado para un fin específico (por ejemplo, mantel). Las palabras textiles, tejido y no tejido según la presente invención pueden incluir todos los tipos diferentes de textiles descritos anteriormente. Los textiles, el tejido y el no tejido según la invención se pueden preparar a partir de muchos tipos diferentes de materiales y fibras, por ejemplo, basados en animal, vegetal, madera, mineral, sintético, azúcar, basados en proteína, por ejemplo, lana, seda, mohair, lana de cachemira, pygora, pelusa de camello, alpaca, llama, vicuña, guanaco, angora, qiviut, ramio, ortiga, algodoncillo, algodón, lino, yute, cáñamo, viscosa, asbestos, fibra de vidrio, fibra de roca, nailon, elastano, poliéster, acrílico, poliamida, polipropileno, poliuretano y sus derivados, fibra de maíz, fibra de coco, yuca, sisal, fibra de bambú (rayón), cacahuete, basada en soja, basada en quitina, basada en caseína de la leche, basada en queratina y basada en ácido poliláctico, etc. Además, los materiales no tejidos son materiales de tipo tela hechos de fibras largas, unidas juntas por tratamiento químico, mecánico, calor o disolvente. Las telas no tejidas también se definen como estructuras en hojas o bandas unidas juntas por enmarañamiento de fibra o filamentos (y perforando películas) mecánicamente, térmicamente o químicamente. El término se usa en la industria de la fabricación de textiles para indicar telas, tales como fieltro, que no están ni tejidas ni tejidas en punto. Son hojas porosas planas o crestadas que se fabrican directamente a partir de fibras separadas, plástico fundido o película de plástico.

Los materiales basados en fibra se refieren a materiales tales como materiales de papel que comprenden un alto grado de celulosa. Como se entenderá por los expertos en el presente campo de la técnica, se pueden hacer numerosos cambios y modificaciones a las realizaciones anteriormente descritas y otras realizaciones de la presente invención, sin apartarse de su alcance como se define en las reivindicaciones adjuntas. Por ejemplo, las pastas para la fabricación de materiales basados en fibra pueden ser cualquier tipo de pasta, es decir, pasta mecánica, pasta termomecánica, pasta quimiomecánica, pasta al sulfato, pasta al sulfito, pasta blanqueada, pasta no blanqueada, pasta de fibra corta, pasta de fibra larga, fibras recicladas, mezclas de diferentes grados de pasta, etc. La invención funciona independientemente del tipo de pasta elegida.

Los ejemplos se refieren a estudios comparativos para la investigación de las propiedades emulsionantes y de dispersión de las composiciones de PEC que comprenden diferentes compuestos de grasa y aceites. Además de crear una buena emulsión y/o dispersión, es objeto de estos estudios investigar la posibilidad de transferir las propiedades de los compuestos emulsionados y/o dispersados de la composición de PEC a diferentes materiales.

La composición de PEC de la presente invención se puede usar como un vehículo en el sentido de que la composición tiene tanto espacio como combustible para transportar otras moléculas. En términos más específicos, la composición de PEC puede formar una micela alrededor de, por ejemplo, compuestos grasos contenidos en la composición de PEC y gracias a su carga positiva, puede a partir de entonces disponerse él mismo hacia fibras negativamente cargadas y así transferir las propiedades de los compuestos grasos al material de fibra.

Sección experimental

Relación de carga

Se midió la densidad de carga usando el dispositivo Mütek PCD 02. La carga (símbolo: q, unidad: meqv) se calculó usando la Ec. 1.

q [meqv] = C^contraión[eqv/L] ■ V^contraión[L] ■ 1000

(1)

donde el contraión es uno de polietilensulfato de sodio (PES-Na, aniónico) o poli(cloruro de dialil-dimetil-amonio) (polidadmac, catiónico), dependiendo de la carga del coloide. Si se representa la carga a diferentes concentraciones frente a la masa del coloide actual, la densidad de carga (unidad: meqv/g) es la pendiente de la curva lineal. La masa del coloide se puede calcular con la Ec. 2.

m [g de coloide] = % en peso de coloide [g de coloide / g de disolución] ■ g [g de disolución para 10 mL] ■ 0,0

(2)

Cuando se conocía las densidades de carga para un policatión y un polianión, se calculó la relación de carga entre los polielectrolitos de manera que la carga global del complejo fuera positiva (es decir, relación de carga <1), véase la Ec. 3.

[parte de complejo ■ densidad de carga]poiiamón

Relación de carga = -------------------------------------------------- -— --------- (3)

[parte de complejo ■ densidad de carga]poi¡catión

El método anterior es para medir la densidad de carga y luego calcular la relación de carga.

Experimentos 1-12 - Estudio de diversos compuestos grasos incluidos en la composición de PEC y evaluación de dichas composiciones de PEC en no tejidos y textiles

La mayoría de los aglutinantes 100 % bioderivados a la venta son hidrófilos. Para aumentar la cuota de mercado para aglutinantes bioderivados, la hidrofobia se debe incluir dentro de las características del aglutinante, junto con propiedades mecánicas tales como la rigidez y/o la debilidad a la tracción y la resistencia en seco y en húmedo. La fórmula de los aglutinante OC-C (véanse los detalles en las abreviaturas, experimentos 1-12) se basa en el complejo de polielectrolito (PEC). El PEC proporciona buenas propiedades mecánicas en seco y en húmedo a materiales basados en fibra, no tejidos, papel y textiles. El PEC también se puede observar como una micela que puede emulsionar, por ejemplo, compuestos grasos. La mezcla de PEC y compuestos grasos puede, por tanto, conducir a una emulsión/dispersión que tanto proporciona buenas propiedades mecánicas a los materiales (la parte de PEC de la emulsión) como que crea una superficie hidrófoba sobre el material (la parte grasa de la emulsión).

Los experimentos a continuación muestran que PEC puede soportar y estabilizar los compuestos grasos en agua para formar emulsiones/dispersiones. Estos se usan entonces aún más como aglutinantes/aditivos en diferentes materiales y se miden las propiedades. En los siguientes ejemplos, el término composición de PEC grasa se refiere a emulsión/dispersión de complejo de polielectrolito que contiene un compuesto graso, mientras que una formulación de complejo de polielectrolito sin compuestos grasos se denomina composición de PEC no grasa.

Equipo usado en los experimentos 1-12

Lista de equipos usados en los experimentos 1-12.

• El pH en las formulaciones se midió con pHenomenal pH1000H de VWR con el electrodo Hamilton Polilyte Lab Temp BNC (calibrado con tampones a pH 4, 7 y 10).

• Se realizaron ensayos de tracción usando M250-2.5AT de Testometric (capacidad de la máquina 2,5 kN) junto con el software Wintest.

• La homogenización de las formulaciones a escala de laboratorio se hizo usando T25 digital Ultra-Turrax de IKA.

• Se midió la viscosidad de las formulaciones con el viscosímetro DV-II+ Pro LV de Brookfield junto con el software Rheocal usando el husillo LV4 a 200, 150, 100, 50, 10 y 6 rpm.

• El recubrimiento de papel y no tejido se realizó con un fulard horizontal WI-MU 505 A de Wichelhaus.

• El secado del papel y no tejido tratados se hizo en un horno de Termaks (con bastidor de tensado de Wichelhaus Wi-LD3642 Stenter). El secado de los trozos de material después del lavado se realizó en un horno Termaks, sujeto por abrazaderas.

• El lavado se hizo en una máquina normalizada Wascator FOM71 CLS de Electrolux.

• La evaluación visual de las emulsiones se realizó usando una lente Microphot - FXA de Nikon con 10x.

Productos químicos usados en los experimentos 1-12

A continuación, se enumeran todos los productos químicos usados en los experimentos 1-12.

Abreviaturas en los experimentos 1-12

A continuación, se enumeran todas las abreviaturas usadas en los experimentos 1-12.

Métodos empleados en los experimentos 1-12

A continuación, se enumeran todos los métodos empleados en los experimentos 1-12.

• Método 1: Se homogeneízan 50 g de formulación con Ultra Turrax T25 con velocidad 9000 rpm durante 1 minuto después de la adición de aceite.

• Método 2: Recubrimiento de no tejido y tela con fulard con velocidad 11,6 y presión 0,1 MPas. Secado en el horno Termaks en un bastidor con tensado a 150 °C durante 3 minutos.

• Método 3: Se hacen fotografías con el ocular con la cámara de fotos del teléfono móvil LG G3. La lente en el microscopio tiene 10x.

• Método 4: Se realizó un ciclo de lavado con cinco lavados en un programa habitual a 40 °C (Procedimiento N° 4N de ISO/CD 6330) con detergente habitual (IEC(A) - 2012: N° 6 - que contiene blanqueante óptico - etiqueta rosa - detergente N° 3 en la norma) seguido por secado en el horno de Termaks a 150 °C en 3 min entre los lavados.

• Método 5: El ensayo de hidrofobia poniendo gotas de agua sobre la superficie. Grados de hidrofobia: --= hidrófilo y en extensión, - = hidrófilo, = la gotita permanece aproximadamente 1 s, + = la gotita permanece 10-30 s, ++ = la gotita permanece >60 s y se define como hidrófobo.

• Método 6: Formulaciones diluidas al 1 % en peso (basado en el contenido en seco medido con el Método 9) y no tejido tratado con foulard con velocidad 11,6 y presión 0,1 MPa, seguido por secado en bastidor con tensado en el horno de Termaks a 150 °C durante 3 min, colgadas con pinzas de la ropa.

• Método 7: Se realizó el ensayo de tracción para no tejido seco usando M250-2.5AT de Testometric (pretensión:

0,01 N, longitud de la muestra: 200 mm, anchura: 50 mm, velocidad: 100 mm/min, celda de carga 1: 50 kgf) después de tener los especímenes de prueba al menos 20 h a 23 °C y 50 % de HR. Se trataron tres hojas no tejidas y se cortaron y ensayaron dos espécimen de prueba para cada trozo tratado.

• Método 8: Se realizó el ensayo de tracción para no tejido húmedo usando M250-2.5AT de Testometric (pretensión: 0,01 N, longitud de la muestra: 200 mm, anchura: 50 mm, velocidad: 100 mm/min, celda de carga 1: 50 kgf) después de tener los especímenes de prueba al menos 20 h a 23 °C y 50 % de HR y luego se sumergieron en agua durante 15 min. Se trataron tres hojas no tejidas y se cortaron y ensayaron dos espécimen de prueba para cada trozo tratado.

• Método 9: Se midió el contenido en seco poniendo tres veces 10 g de formulación en vasos de aluminio en el horno de Termaks durante 20-24 h (105 °C). Entonces se calculó el contenido en seco teórico por la ecuación (W2-W0)/W1 donde W0 = peso del vaso, W1 = peso de la muestra original, W2 = peso del vaso y la muestra final.

• Método 10: Formulaciones diluidas al 1 % en peso y no tejido tratado con foulard con velocidad 11,6 y presión 0,1 MPa, seguido por secado en bastidor con tensado en horno de bastidor con tensado para diferentes temperaturas y tiempos elevados.

• Método 11: Descripción general del método de producción para la composición de PEC no grasa sin aceite/grasa como aditivo (100 g de formulación): 1. Homogeneizar 71,8 g de agua y 2 g de CMC Finnfix 5 con Ultraturrax T25 a 9000 rpm durante 3 min. 2. Dispersar 2 g de quitosano en la disolución de CMC. 3. Disolver 12 g de ácido cítrico monohidratado en 12 g agua y añadir a la disolución de biopolímero. Homogeneizar a 12000 rpm durante 3 min. 4. Añadir 0,2 g de Nipacide BSM. Homogeneizar 1 min.

• Método 12: Descripción general del método de producción para la composición de PEC grasa (100 g de la formulación): 1. Homogeneizar 69,8 g de agua y 2 g de CMC Finnfix 5 con Ultraturrax T25 a 9000 rpm durante 5 min. 2. Dispersar 2 g de quitosano en la disolución de biopolímero. 3. Disolver 12 g de ácido cítrico monohidratado en 12 g de agua y añadir a la disolución de CMC. Homogeneizar a 12000 rpm durante 5 min. 4. Añadir 2 g de aceite/grasa a la mezcla. Homogeneizar a 12000 rpm durante 5 min. 5. Añadir 0,2 g de Nipacide BMS. Homogeneizar 1 min.

• Método 13: Descripción general del método de producción para la composición de PEC grasa que comprende un plastificante soluble en agua (100 g de formulación): 1. Homogeneizar 40 g de agua y 25 g de Neosorb 70 durante 2 min. 2. Añadir 0,75 g de CMC Finnfix 5 y homogeneizar con Ultraturrax T25 a 9000 rpm durante 5 min.

2. Dispersar 0,75 g de quitosano en la disolución de CMC. 3. Disolver 9 g de ácido cítrico monohidratado en 24,3 g de agua y añadir a la disolución de biopolímero. Homogeneizar a 9000 rpm durante 5 min. 4. Añadir 0,2 g de Nipacide BSM. Homogeneizar 1 min.

Experimento 1 - Estudio de las propiedades emulsionantes de PEC

En el experimento 1, se añadió aceite o ácido graso a disoluciones acuosas de CMC, quitosano o PEC, respectivamente, para investigar las propiedades emulsionantes de los diferentes biopolímeros. La relación entre PEC o polímero y el aceite se describen en la Tabla 1. Las emulsiones se prepararon según el Método 1.

Tabla 1. Formulaciones para las composiciones de PEC grasas

Se obtuvieron emulsiones estables de PEC:SO 1:0,05 y PEC:SO 1:0,5. La evaluación microscópica de la emulsión PEC:SO 1:0,5 según el Método 3 muestra una distribución del tamaño de partículas uniforme que contiene pequeñas gotitas esféricas de emulsión.

También se ensayó la emulsión de PEC:SO 1:0,5 diluyéndola con agua para ver si ocurría sedimentación/precipitación/cremado /flotación/inversión de fases. La emulsión no mostró signos de separación en 7 días.

Experimento 2 - Estudio de la hidrofobia conferida por la composición de PEC grasa

Se usó el método de recubrimiento 2 para aplicar composiciones de PEC grasas en la Tabla 1 sobre 100 % de material no tejido de viscosa. Se ensayó la hidrofobia poniendo gotitas de agua sobre el material tratado. Para OA con tanto C como PEC, el material fue hidrófilo. Para las relaciones 1:0,1 de C:SO y PEC:SO, el material fue hidrófilo. Para la relación PE:SO 1:0,5, 1:1 y 1:2 y C:SO 1:1, los materiales tuvieron un carácter hidrófobo que mejoró aún más después de 5 días de tratamiento. Las gotitas de agua añadidas al material hidrófobo maduro permanecieron sobre la superficie hasta que se evaporaron y no se absorbieron.

CMC siguió la misma tendencia que C y PEC con respecto al desarrollo de hidrofobia con el tiempo. Sin embargo, una semana después del tratamiento, las gotitas permanecieron sobre la superficie durante un minuto, pero a partir de entonces fueron absorbidas por el material.

Experimento 3 - Estudio de la hidrofobia conferida por la composición de PEC grasa mediante mediciones del ángulo de contacto

Se midió el ángulo de contacto estático en el no tejido de 100 % de viscosa tratado con PEC:SO 1:0,5. La formulación se produjo según el Método 1 y el material se trató según el Método 2. La medición del ángulo de contacto se realizó seis días después del tratamiento mostrando los siguientes ángulos de contacto: 129,5°, 126,7°, 120,7°, 122,9°, 127,3°, 118,0° y 124,3°, dando un ángulo de contacto promedio de 124,2°. El ángulo de contacto dinámico para el mismo material durante un periodo de 60 s se observa en la Tabla 2.

Tabla 2. Ángulo de contacto dinámico para 100 % de NW de viscosa con PEC:SO 1:0,5 tratado seis días antes del ensayo

No se pudo medir el ángulo de contacto en el mismo material no tejido tratado con la composición de PEC no grasa.

Experimento 4 - Estudio de la estabilidad de las composiciones de PEC grasas a 40 °C y 50 °C

Se almacenó OC-D producido según el Método 12 a 40 °C y 50 °C. Se observó una delgada línea de cremado sobre la superficie, sin embargo, el cremado se redispersó fácilmente cuando se agitó.

NW tratado con OC-D que se había almacenado un mes a 50 °C y un mes y medio a 40 °C muestran la misma hidrofobia que OC-D recién producido. NW se trató según el Método 2 y la hidrofobia se evaluó según el Método 6 (véase la Tabla 3).

Tabla 3. Hidrofobia para NW tratado con formulaciones envejecidas

1) Todas las gotas desaparecieron después de 60-70 s. 2) La mitad de la cantidad de gotas están todavía sobre la superficie después de cinco minutos. 3) Todas las gotas están todavía sobre el material después de diez minutos y ruedan fácilmente cuando se inclina el material.

No se puede observar diferencia entre las diferentes composiciones de PEC grasas recién preparadas y envejecidas de la invención.

Experimento 5 - Estudio de la durabilidad al lavado de la hidrofobia sobre material NW tratado con la composición de PEC

Para investigar si el aceite en la composición de PEC se une covalentemente al material, se ensayó lavando un trozo de 100 % de NW de viscosa según el Método 4. El lavado se realizó 3 semanas después del tratamiento con la composición de PEC OC-D. La hidrofobia no se vio afectada por el lavado.

Experimento 6 - Rendimiento de hidrofobización y durabilidad de la composición de PEC grasa en diferentes materiales

Para investigar si la composición de PEC grasa OC-D transfiere la hidrofobia a diferentes tipos de fibras, y no solo a la viscosa como se ensayó anteriormente, se realizó un ensayo aplicando OC-D según el Método 2 sobre los siguientes textiles y NW

1. 100 % de cáñamo, ligamento tafetán, 203 g/m2, textil

2. 100 % de satén de algodón, blanco, 145 g/m2, textil

3. Algodón impreso, diferentes colores, textil 100 % de poliéster, blanco, textil

4. 100 % de PLA, blanco, textil

5. 100 % de poliéster, blanco, no tejido,

Los trozos se trataron con OC-D diluido, o 1 parte de OC-D 1 parte de agua (denominado 1:1) o 1 parte de OC-D y 4 partes de agua (denominado 1:4) y se recubrieron según el Método 2. Véanse los resultados de la hidrofobia (antes y después de lavar según el Método 4) en la Tabla 4 y la hidrofobia frente a la rigidez en la Figura 1.

Tabla 4. Hidrofobia en materiales tratados con diluciones 1:1 o 1:4 de OC-D después de lavar según el Método 4. La hidrofobia se evaluó según el Método 5.

1(NW no se lavó puesto que NW se hace pedazos más fácilmente que los textiles

El estudio muestra que la composición de PEC grasa OC-D es compatible con diversos textiles, puesto que se vuelven hidrófobos y rígidos y que la hidrofobia permanece después del lavado.

Después del ensayo anteriormente presentado, se realizó un estudio más amplio en materiales usando 5 ciclos de lavado según el Método 4. Véanse los resultados en la Tabla 5. La hidrofobia en relación con la rigidez se muestra en la Figura 2.

Tabla 5. Diferentes textiles y no tejidos tratados con la composición de PEC OC-D y lavados según el Método 4. La hidrofobia se evaluó según el Método 5.

1) Solo se lavó dos veces puesto que es no tejido y se hace pedazos más fácilmente que los textiles.

Experimento 7 - Influencia sobre la hidrofobia de diferentes grasas/aceites/ácidos grasos/resinas incluidos en la composición de PEC grasa

Se realizó un barrido de diferentes aceites, ácidos grasos, resinas y sales, véase la Figura 3.

Se trató 100 % de no tejido de viscosa con composiciones de PEC grasas que consistían en PEC y RO, CO, S2 y ESBO con la relación PEC:aceite 1:0,5 según el Método 6. Las composiciones de PEC grasas se produjeron según el Método 1. La hidrofobia se ensayó según el Método 5. De ensayos previos, se mostró que la hidrofobia se desarrolla con el tiempo. Ninguna de las composiciones de PEC grasas con RO, CO y S2 fue hidrófoba en el día 0, pero sí PEC:ESBO, y el material tratado mantuvo una gotita de agua sobre la superficie durante aproximadamente 1 s. Día 1, el material tratado con las composiciones de PEC grasas con PEC y RO, CO, S2 y ESBO dio hidrofobia variable sobre el material, véase la Figura 3.

Entre los compuestos ensayados, la lecitina dio lugar a un material de NW muy hidrófobo. Ya después de un día mostró + a ++ (véase la Figura 3) y después de cuatro días ++. Además, Span 80 dio lugar a ++ después de una semana, pero todos los días antes de eso NW fue hidrófilo.

Experimento 8 - Estudio de la compatibilidad entre la composición de PEC con PEC y RO, CO, S2 y ESBO y diverso textil y material NW

Se produjeron cuatro composiciones de PEC grasas que incluyeron los compuestos grasos RO, CO, ESBO y S2 con la relación PEC:aceite 1:0,5 según el Método 12 y luego se ensayaron en tres telas diferentes (las formulaciones se diluyeron al 1 % en peso antes del tratamiento y se usaron según el Método 2). El material tratado se lavó según el Método 4. Véase la Tabla 6 para la hidrofobia determinada según el Método 5.

Tabla 6. Se trataron textiles de cáñamo, poliéster y PLA con composiciones de PEC grasas que incluían diferentes aceites, todas con la relación PEC:aceite 1:0,5. La hidrofobia se detectó antes del lavado y después de uno, tres y cinco lavados. Los grados de hidrofobia son según el Método 5.

El estudio muestra que diversas composiciones de PEC grasas dan lugar a textiles hidrófobos y que la hidrofobia sigue después del lavado.

Experimento 9 - Investigación de la hidrofobia de la composición de PEC que comprende PEC, plastificante soluble en agua y aceite

Para aumentar la debilidad a la tracción del material de NW tratado con la composición de PEC grasa y mantener la hidrofobia, se desarrollaron cuatro composiciones de PEC grasas nuevas que contenían plastificante soluble en agua adicional del siguiente modo:

A 50 g de OC-B se añadió 0,375 g de SO según el Método 1 (OC-B_SO_0,375)

A 50 g de OC-B se añadió 0,75 g de SO según el Método 1 (OC-B_SO_0,75)

A 50 g de OC-B se añadió 0,375 g de S2 según el Método 1 (OC-B_S2_0,375)

A 50 g de OC-B se añadió 0,75 g de S2 según el Método 1 (OC-B_S2_0,75)

Se trató 100 % de no tejido de viscosa con las cuatro formulaciones según el Método 6. Para NW tratado con OC-B_SO_0,375 y OC-B_SO_0,75, el material fue hidrófilo en el día 0, pero ya después de dos días las gotitas permanecieron sobre el material durante más de diez minutos (+++ según el Método 5).

Para NW tratado con OC-B_S2_0,375, después de 2 días, las gotitas solo permanecieron durante algunos segundos (+ según el Método 6), mientras que el NW tratado con OC-B_S2_0,75, después de 2 días, las gotitas permanecieron sobre el material hasta un minuto (++ a ++ según el Método 5)

Experimento 10 - Influencia de la composición de PEC grasa sobre las propiedades mecánicas

Según la Figura 3, algunas composiciones de PEC grasas produjeron NW tratados con un carácter hidrófobo. Estos se eligieron para ensayar las propiedades mecánicas según el Método 7 y 8 en material NW tratado según el Método 6. El resultado se puede observar en la Tabla 7.

Tabla 7. Propiedades mecánicas en seco y en húmedo para no tejido tratado con diversas composiciones de PEC grasas.

Basándose en los resultados resumidos en la Tabla 7, se puede llegar a la conclusión de que las diversas composiciones de PEC grasas contribuyen a diversas propiedades mecánicas, entre las cuales se puede elegir dependiendo de la aplicación.

Ejemplo 11 - Estabilidad en el rendimiento de las composiciones de PEC grasas envejecidas

Para examinar la estabilidad en el rendimiento de las composiciones de PEC grasas, se realizaron ensayos de tracción según el Método 8 para NW tratados con las composiciones de PEC grasas envejecidas y recién preparadas OC-D y PEC:S2 1:0,5 (producidas según el Método 13). Véase la Tabla 8 para los resultados.

Tabla 8. Propiedades en húmedo de NW tratado con composiciones de PEC grasas recién preparadas y envejecidas

La Tabla 11 muestra que NW tratados con las formulaciones envejecidas en comparación con recién preparadas dan una variación aceptable en las propiedades mecánicas. La hidrofobia sigue intacta en todos los casos.

Experimento 12 - Estudio de viscosidad con el tiempo para diversas composiciones de PEC grasas

Se siguió la viscosidad para las composiciones de PEC grasas OC-D y PEC:S2 1:0,5, producidas según el Método 12, con el tiempo a 23 °C, 40 °C y 50 °C. De las Tablas 9-12 se llega a la conclusión de que la viscosidad cambia con el tiempo y la temperatura es aceptable.

Tabla 9. Viscosidades para la composición de PEC OC-D a 23 °C.

Tabla 10. Viscosidades para la composición de PEC OC-D a 40 °C.

Tabla 11. Viscosidades para la composición de PEC OC-D a 50 °C.

Tabla 12. Viscosidades para la composición de PEC PEC:S2 1:0,5 a 23 °C y 502C.

Resumen de experimentos 1-12

El uso PEC como emulsionante para aceites/grasas/ácidos grasos da como resultado emulsiones/dispersiones estables. Cuando se combinan aceites y PEC, el resultado es una composición de PEC grasa que se puede usar como aglutinante/aditivo hidrófobo para materiales no tejidos, tejidos, textiles y basados en fibra con hidrofobia duradera.

Las composiciones de PEC grasas con aceite de girasol son excepcionales cuando se trata de transferir hidrofobia de la composición de PEC grasa a materiales. La hidrofobia aparece rápido (ya un día después del tratamiento) y es duradera (dura varios lavados de tela y NW tratados) cuando se aplica sobre varias telas y NW diferentes, tanto de origen natural como sintético. El ácido graso de talloil (S2) es otra composición que transfiere su hidrofobia a telas y NW. También mostró hidrofobia duradera en, por ejemplo, tela de PES. Un ejemplo de aceites comprendidos en la composición de PEC grasa que muestra hidrofobia ya el mismo día que se trató son ESBO y aceites de soja espesados al sol. Las telas tratadas con Span 80 no mostraron hidrofobia los primeros días después del tratamiento, sino que una semana después del tratamiento se volvió hidrófoba. Es interesante señalar que Span 80 es parcialmente soluble en agua.

También se ha mostrado que las diversas composiciones de PEC grasas contribuyen a diversas propiedades mecánicas, entre las que se puede elegir dependiendo de la aplicación. Por ejemplo, el aceite de girasol puede ser el compuesto graso comprendido en la composición de PE cuando se desea hidrofobia duradera para un cierto material, los aceites espesados al sol pueden ser el compuesto graso comprendido en la composición de PEC cuando se necesita hidrofobia instantánea y Span 80 puede ser el compuesto graso comprendido en la composición de PEC para aplicaciones donde se requiere una hidrofobia retrasada una semana.

Experimentos 13-14 - Estudio de la capacidad de las composiciones de PEC que se van a usar como aditivo en la fabricación de papel de la parte húmeda

Para evaluar la capacidad de la composición de PEC grasa para transferir propiedades hidrófobas a las fibras en una suspensión de fibra, se produjeron hojas de papel donde la composición de PEC no grasa y la composición de PEC grasa se añadieron en el extremo húmedo del proceso de papel. Se evaluaron las hojas de papel formadas con ensayos de tracción, ángulo de contacto y Gurley.

Equipo usado en los experimentos 13-14

A continuación, se enumera todo el equipo usado en los experimentos 13-14.

• El pH en las formulaciones y la suspensión de papel se midió con pHenomenal pH1000H de VWR con el electrodo Hamilton Polilyte Lab Temp BNC (calibrado con tampones a pH 4, 7 y 10).

• Se creó una suspensión de pasta usando un reductor a pasta papelera Tico 732 Hengstler de PTI Austria.

• Se produjeron hojas de papel a escala de laboratorio usando el formador de hojas de tipo RK-2A de Rapid-Kothen.

• Se hizo la agitación de las formulaciones y las suspensiones de pasta con un agitador superior de IKA (o Eurostar digital IKA-Werke o IKA RW28 basic) junto con una hélice.

• Se hizo el secado adicional de papel de Rapid Kothen en un horno de Termaks (colgado con abrazaderas).

• Se realizaron ensayos de tracción usando M250-2.5AT de Testometric (capacidad de la máquina 2,5 kN) junto con el software Wintest Analysis.

• Se midió el ángulo de contacto usando PGX Serial 50585 de FIBRO Systems AB junto con el software The PocketGonimeter Program versión 3.3

• Se midió Gurley usando L&W Densometer (Tipo: 6_4, N°: 2241) de Lorentzen & Wettre.

Productos químicos usados en los experimentos 13-14

A continuación, se enumeran todos los productos químicos usados en los experimentos 13-14.

Abreviaturas usadas en los experimentos 13-14

A continuación, se enumeran todas las abreviaturas usadas en los experimentos 13-14.

Métodos usados en los experimentos 13-14

A continuación, se enumeran todos los métodos usados en los experimentos 13-14.

• Método 14: Se preparó una suspensión de pasta que consistía en fibras de CTMP blanqueadas con hidrogenosulfato de sodio (longitud media de la fibra 1,2-1,5 mm) de Rottneros en agua de grifo a 18-22 °C y se diluyó hasta 0,5 % en peso. La cantidad total (40 L) se dividió en alícuotas de 2,5 L y el pH se ajustó a 5,5-6,5 con disolución de ácido cítrico (ácido cítrico monohidratado:agua de grifo, 1:2) en cada lote, ante de uso. Entonces se añadió el sistema de resistencia (es decir, composición de PEC) a la suspensión de pasta en diferentes cantidades y se agitó vigorosamente con una hélice 10 min antes de que empezara la formación de la hoja. El pH se controló 1-2 veces durante estos 10 min y se ajustó a <6,5 si había subido.

• Método 15: Se produjeron hojas de papel usando el formador de hojas Rapid Kothen y luego se secaron durante 8 min a 92 °C a vacío (aproximadamente 100 kPa). Las hojas resultantes tuvieron una densidad de papel de aproximadamente 60 g/m2. Se prepararon cinco hojas en cada momento del ensayo. En algunos casos, se realizó secado adicional a 190 °C durante 3 min en el horno de Termaks.

• Método 16: Se realizaron ensayos de tracción para los papeles secos usando M250-2.5AT de Testometric (pretensión: 0,1 N, longitud de la muestra: 100 mm, anchura de la muestra: 15 mm, velocidad: 20 mm/min, celda de carga 0: 50 kgf) después de la aclimatación de especímenes de ensayo a 23 °C y 50 % de HR durante al menos 1 día. Se cortaron y se ensayaron tres especímenes de prueba para cada hoja de papel. •

• Método 17: Descripción general del método de producción para la composición de PEC sin aceite/grasa como aditivo (100 g de formulación): 1. Homogeneizar 71,8 g de agua y 2 g de CMC Finnfix 5 con Ultraturrax T25 con velocidad 9000 rpm durante 3 min. 2. Dispersar 2 g de quitosano en la disolución de CMC. 3. Disolver 12 g de ácido cítrico monohidratado en 12 g de agua y añadir a la disolución de biopolímero. Homogeneizar usando 12000 rpm durante 3 min. 4. Añadir 0,2 g de Nipacide BSM. Homogeneizar 1 min.

• Método 18: Descripción general del método de producción para la composición de PEC que incluye aceite/grasa como aditivo (100 g de formulación): 1. Homogeneizar 69,8 g de agua y 2 g de CMC Finnfix 5 con Ultraturrax T25 con velocidad 9000 rpm durante 5 min. 2. Dispersar 2 g de quitosano en la disolución de biopolímero. 3. Disolver 12 g de ácido cítrico monohidratado en 12 g de agua y añadir a la disolución de CMC. Homogeneizar usando 12000 rpm durante 5 min. 4. Añadir 2 g de aceite/grasa a la mezcla. Homogeneizar con velocidad 12000 rpm durante 5 min. 5. Añadir 0,2 g de Nipacide BMS. Homogeneizar 1 min.

Experimento 13 - Mediciones del rendimiento mecánico y del ángulo de contacto del papel tratado con la composición de PEC grasa

Se preparó suspensión de pasta según el Método 14 y se produjeron papeles con y sin composiciones de PEC (grasas y no grasas) según el Método 16. Puesto que la cantidad de PEC en relación con las fibras es importante, se decidió añadir las dos composiciones (OC-C y OC-E) a la suspensión de papel de manera que la cantidad de PEC con respecto a fibras fuera 1 y 0,5 % (s/s). Las formulaciones se diluyeron al 1 % en peso basado en PEC, para facilitar la mezcla de PEC en suspensión de fibra, antes de la adición a la suspensión de pasta. Se realizaron ensayos de tracción en seco usando el Método 16. Los resultados se muestran en la Tabla 13.

Tabla 13. Propiedades mecánicas de papeles producidos con y sin adiciones de OC-C y OC-E a la suspensión de pasta. La adición a la fibra se calcula según el contenido de sólidos de PEC en las formulaciones.

A partir de la Tabla 13 se observa que la adición de la composición de PEC grasa OC-E da como resultado un mayor aumento en la deformación final que el uso de solo PEC OC-C como aditivo cuando se añade una pequeña cantidad de aditivo (0,5 % s/s) en relación con fibra. Por tanto, el aumento en la rigidez a la tracción es mayor para las cantidades más grandes de aditivo en relación (1 % s/s) con fibra para la composición de PEC grasa OC-E en comparación con solo OC-C.

Un segundo ensayo donde las composiciones se añadieron a la suspensión de pasta de manera que la cantidad de contenido total de sólidos con respecto a fibras fuera 0,5 y 1 % (s/s), en lugar del contenido de sólidos de PEC con respecto a fibras como se muestra anteriormente. Las formulaciones se diluyeron al 1 % en peso basado en el contenido total de sólidos, para facilitar la mezclar de PEC en la suspensión de fibra, antes de la adición. Se realizaron ensayos de tracción en seco usando el Método 15. Los resultados se muestran en la Tabla 14.

Tabla 14. Propiedades mecánicas de papeles producidos con y sin adiciones de OC-C y OC-E a la suspensión de pasta. La adición a fibra se calcula basándose en el contenido total de sólidos en las formulaciones.

A partir de la Tabla 19 es obvio que el aumento en la deformación final se duplica para la composición de PEC grasa OC-E en comparación con solo OC-C. Basándose en los resultados de la Tabla 18 y 19, se llega a la conclusión de que una pequeña adición de la composición de PEC grasa OC-E es mejor que una gran adición cuando se necesita mayor deformación para el material.

La Tabla 15 muestra el ángulo de contacto dinámico durante un periodo de 60 s para papel que contiene OC-C y la composición de PEC grasa OC-E como aditivo cuando las adiciones de 0,5 % y 1 % (s/s) a fibra se calcularon basándose en el contenido de sólidos de PEC.

Tabla 15. Ángulos de contacto de papel producidos con y sin adiciones de OC-C y OC-E a la suspensión de pasta. La adición a fibra se calcula basándose en el contenido de sólidos de PEC en las formulaciones. Los tres ensayos se hacen en la misma hoja.

Los resultados en la Tabla 15 muestran que el uso de OC-C como aditivo a la suspensión de pasta da ángulos de contacto iniciales relativamente altos, pero que el agua es absorbida por el papel en 60 s. El uso de la composición de PEC grasa OC-E como aditivo para la suspensión de pasta da como resultado un papel hidrófobo que tiene un ángulo de contacto inicial de aproximadamente 100° que no se afecta durante al menos 60 s.

Experimento 14 - Cambio en la permeabilidad al aire conferida por la composición de PEC grasa cuando se usa como aditivo para la suspensión de pasta

Se preparó la suspensión de pasta según el Método 13 y se produjeron papeles con las composiciones de PEC grasas según el Método 15. Para determinar la permeabilidad al aire de los papeles se usó el método de Gurley y se determinaron los segundos de Gurley para 100 cm3. Se midieron dos hojas de papel para cada momento de ensayo en tres puntos diferentes. Los resultados se muestran en la Tabla 16.

Tabla 16. Gurley (100 cm3) para papeles producidos con y sin adiciones de OC-C y OC-E a la suspensión de pasta.

La adición a fibra se calcula basándose en el contenido de sólidos de PEC en las formulaciones.

A partir de la Tabla 16 se puede llegar a la conclusión de que no hay diferencia significativa entre el papel de referencia sin tratar y el papel donde se usan OC-C y la composición de PEC grasa OC-E como aditivo. Por tanto, la composición de PEC grasa no afecta o afecta ligeramente la permeabilidad al aire.

Resumen del experimento 13-14

Los experimentos 14-15 muestran que la composición de PEC grasa de la invención es un aditivo de la parte húmeda altamente adecuado en el proceso de fabricación de papel, donde se pueden afectar tanto las propiedades mecánicas como superficiales.

Los materiales tratados con la composición de PEC de la presente invención necesitan el curado para desarrollar las propiedades mecánicas e hidrófobas que se pretenden mediante el tratamiento. El curado se puede hacer a temperaturas entre 20 °C y 200 °C, preferentemente entre 80 °C y 190 °C, más preferentemente entre 120 °C y 180 °C. Para lograr los mejores resultados, se necesita optimizar la temperatura y el tiempo de curado para cada material y proceso.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método de tratamiento de materiales basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos con una composición de complejo de polielectrolito (PEC) bioderivado adecuada como aglutinante, dicha composición de PEC comprende biopolímero catiónico, biopolímero aniónico, ácido y conservante, en donde

- la carga neta del PEC es catiónica,

- la relación de carga entre el biopolímero aniónico y el biopolímero catiónico es <1,

- el biopolímero catiónico es quitosano, en donde el quitosano tiene un grado de desacetilación que es 66-100 %, - el biopolímero aniónico es un polianión derivado de la naturaleza,

- el ácido es un ácido de Bronsted y/o un ácido de Lewis, en donde el ácido de Bronsted se selecciona de cualquier ácido orgánico y/o inorgánico, en donde el ácido de Lewis se selecciona de cualquier átomo catiónico mono- o multivalente,

- la relación ponderal entre biopolímero catiónico y biopolímero aniónico es 1:0,1 a 1:20,

- la relación ponderal entre el biopolímero catiónico y el ácido es 1:0,01 a 1:30,

- el pH es inferior a 7, y

en donde dicha composición comprende además uno o más compuestos grasos.

2. El método según la reivindicación 1 que proporciona propiedades mecánicas y/o hidrofobia a materiales basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos, que comprende las siguientes etapas de

a. tratar los materiales basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos con una composición de PEC por i. adición a suspensiones de materiales basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos ii. recubrimiento por pulverización,

iii. recubrimiento por pulverización,

iv. recubrimiento por rodillo,

v. impregnación,

vi. fulardado,

vii. recubrimiento por tamiz,

viii. impresión,

ix. métodos de recubrimiento directo que incluyen recubrimiento por cuchilla, recubrimiento por rasqueta, recubrimiento por barra enrollada con alambre, recubrimiento por barra redonda y recubrimiento por espuma triturada,

x. métodos de recubrimiento indirecto que incluyen recubrimiento por barra Mayer, recubrimiento directo por rodillo, recubrimiento por contacto, recubrimiento por grabado y recubrimiento por rodillo inverso, xi. chorro de tinta y/o boquilla con ranura/boquilla con ranura ancha,

b. opcionalmente curar los materiales tratados basados en fibra, textiles materiales tejidos y no tejidos, preferentemente el curado se realiza a 20 °C a 200 °C.

3. El método según la reivindicación 2, que comprende curar los materiales tratados basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos, preferentemente el curado se realiza a 120 a 180°.

4. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende diluir la composición de PEC con agua seleccionada de agua destilada, agua de grifo y agua desionizada y tratar los materiales basados en fibra, textiles, materiales tejidos y no tejidos con la composición de PEC diluida.

5. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la composición de PEC tiene una relación ponderal de PEC:compuesto graso de 1:0,5 a 1:1.

6. Una composición de PEC que comprende biopolímero catiónico, biopolímero aniónico, ácido y conservante, en donde

- la carga neta del PEC es catiónica,

- el biopolímero catiónico es quitosano, en donde el quitosano tiene un grado de desacetilación que es 66-100 %,

- el biopolímero aniónico es un polianión derivado de la naturaleza,

- el ácido es un ácido de Brensted y/o un ácido de Lewis, en donde el ácido de Brensted se selecciona de cualquier ácido orgánico y/o inorgánico, en donde el ácido de Lewis se selecciona de cualquier átomo catiónico mono- o multivalente,

- el pH es inferior a 7, y

en donde dicha composición comprende además uno o más compuestos grasos y la relación ponderal de PEC:compuesto graso es 1:0,5 a 1:1.

7. La composición de PEC según la reivindicación 6, en donde dicho uno o más compuestos grasos se seleccionan independientemente entre sí del grupo que consiste en aceite natural, aceite sintético, cera líquida, resina líquida, ácido graso, alcohol graso, silano graso, siloxano graso, amina grasa, amida grasa, epóxido graso, imina grasa, aldehído graso, imida grasa, tiol graso, sulfato graso, éster graso, cetona grasa, otros tipos de lípidos, seleccionados preferentemente de aceite natural, cera líquida y/o ácido graso, y mezclas de los mismos.

8. La composición de PEC según una cualquiera de las reivindicaciones 6 o 7, en donde el biopolímero aniónico se selecciona del grupo que consiste en lignina alcalina, ácido lignosulfónico y un polisacárido, preferentemente se elige del grupo que consiste en carboximetilcelulosa (CMC), ácido algínico, pectina, carragenina, goma arábiga y nanocelulosa cristalina (NCC), más preferentemente se selecciona del grupo que consiste en carboximetilcelulosa, ácido algínico, lignina alcalina, NCC y goma arábiga, lo más preferentemente carboximetilcelulosa; y en donde la concentración del biopolímero aniónico es 0,005-30 % en peso, y el ácido algínico y el ácido lignosulfónico están presentes preferentemente como sus sales de sodio.

9. La composición de PEC según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en donde la concentración del ácido es 0,01-30 % en peso, y el ácido se selecciona del grupo que consiste en ácido acético, ácido acetilsalicílico, ácido adípico, ácido bencenosulfónico, ácido canforsulfónico, ácido cítrico, ácido dihidroxifumárico, ácido fórmico, ácido glicólico, ácido glioxílico, ácido clorhídrico, ácido láctico, ácido málico, ácido malónico, ácido maleico, ácido mandélico, ácido oxálico, ácido para-toluenosulfónico, ácido ftálico, ácido pirúvico, ácido salicílico, ácido sulfúrico, ácido tartárico y ácido succínico, preferentemente ácido cítrico, ácido oxálico y ácido tartárico, más preferentemente ácido cítrico, lo más preferentemente ácido cítrico monohidratado.

10. La composición de PEC según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en donde la composición de PEC comprende además agua, y dicho agua se selecciona de agua de grifo, agua destilada y/o agua desionizada.

11. La composición de PEC según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, en donde dicho pH está en el intervalo de 1,8-4.

12. La composición de PEC según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11, que comprende al menos 0,04 % en peso de PEC.

13. La composición de PEC según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 12, en donde la concentración del biopolímero aniónico es 0,005-30 % en peso.

14. Composición de PEC según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 13, en donde la concentración de quitosano es 0,005-30 % en peso.

15. Composición de PEC según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 14, en donde la concentración del ácido es 0,01-30 % en peso.

16. Composición de PEC según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 15, en donde la composición comprende uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste en plastificante no soluble en agua, plastificante soluble en agua, antiespumante, espumante, humectante, agente de coalescencia, catalizador, tensioactivo, emulsionante, conservante, reticulante, modificadores de la reología, cargas, polímeros no iónicos, colorante, pigmento, en donde la concentración del aditivo es 0-99 % en peso.

17. Composición de PEC según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 16, en donde el conservante se selecciona de fungicida, bactericida, conservante farmacéutico, conservante cosmético y/o conservantes alimentarios, y en donde el conservante alimentario se selecciona de ácido benzoico, benzoato de sodio, hidroxibenzoato y derivados de los mismos, ácido láctico, ácido propiónico y propionato de sodio, dióxido de azufre y sulfitos, ácido sórbico y sorbato de sodio, ácido ascórbico, ascorbato de sodio, hidroxitolueno butilado, hidroxianisol butilado, ácido gálico y galato de sodio y tocoferoles, y en donde el fungicida o bactericida se selecciona de 1,2-bencisotiazolin-3-ona, y en donde el conservante cosmético se selecciona de 2-metil-4-isotiazolin-3-ona, y en donde el conservante farmacéutico se selecciona de 2-bromo-2-nitro-1,3-propanodiol, preferentemente la composición comprende 0,005-10 % en peso del conservante.

18. Composición de PEC según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 17, que comprende un plastificante no soluble en agua que es de origen natural, seleccionado preferentemente del grupo que consiste en éster de isosorbida, diéster de isosorbida, éster metílico de colza, amida de éster oligomérico, y mezclas de los mismos.