ES2907731T3

ES2907731T3 - Procesamiento de celulosa

Info

Publication number: ES2907731T3
Application number: ES18800877T
Authority: ES
Inventors: Conrardus Hubertus Joseph Theeuwen; Wit Paulus Pieter De; Ingen Gijsbert Adriaan Van; Franciscus Adrianus Ludovicus Maria Staps
Original assignee: Cooeperatie Koninklijke Cosun U A; Koninklijke Cooperatie Cosun UA; Nouryon Chemicals International BV
Current assignee: Cooeperatie Koninklijke Cosun U A; Koninklijke Cooperatie Cosun UA; Nouryon Chemicals International BV
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2018-11-05
Publication date: 2022-04-26
Anticipated expiration: 2038-11-05
Also published as: US20200270429A1; EP3707201B8; EP3707201B1; WO2019086675A1; PL3707201T3; US20230357542A1; CN111587271B; US11739197B2; EP3707201A1; CN111587271A

Abstract

Proceso de producción de una composición que comprende un componente de celulosa y una carboxicelulosa; donde el proceso comprende los pasos de: a) proporcionar una mezcla de un líquido acuoso y un material de celulosa derivada de una planta o un microorganismo; b) combinar una cantidad de carboxicelulosa con la mezcla para alcanzar una proporción de material de celulosa a carboxicelulosa (p/p) superior a 90/10; c) someter la mezcla o la suspensión obtenida en el paso b) a un tratamiento de fibrilación mecánico/físico y/o enzimático; d) deshidratar mecánicamente la composición obtenida en el paso c) para alcanzar un contenido de materia seca de al menos el 5 % en peso, preferiblemente de al menos el 10 % en peso, más preferiblemente de al menos el 20 % en peso; y e) combinar una cantidad adicional de la carboxicelulosa con la composición obtenida en el paso d).

Description

DESCRIPCIÓN

Procesamiento de celulosa

Campo de la invención

[0001] La presente invención se refiere a métodos para convertir materiales de celulosa derivados de plantas y/o microorganismos en reología/agentes estructurantes. Más en particular, la invención se refiere a métodos donde pulpa derivada de plantas se coprocesa con carboxicelulosa. La invención también proporciona productos que se pueden obtener mediante estos procesos. Además, la invención se refiere a los usos de tales productos.

Estado de la técnica

[0002] La celulosa es un polímero orgánico muy abundante. Ocurre naturalmente en tejido vegetal leñoso y no leñoso, así como en algas, oomicetos y bacterias determinados. La celulosa se ha usado para producir papel y cartón desde la antigüedad. Más recientemente, la celulosa (y sus derivados) ganó(aron) un interés sustancial como modificador de la reología.

[0003] La celulosa derivada de plantas normalmente se encuentra en una mezcla con hemicelulosa, lignina, pectina y otras sustancias, dependiendo del tipo de célula (tejido) de la que se deriva. Las plantas forman dos tipos de pared celular que difieren en función y en composición. Las paredes primarias rodean las células vegetales en crecimiento y división y proporcionan resistencia mecánica, pero también deben expandirse para permitir que la célula crezca y se divida. Las paredes primarias contienen hemicelulosa y pectina como principales constituyentes, además de la celulosa. La pared secundaria mucho más gruesa y fuerte, que representa la mayor parte de los carbohidratos en la biomasa, se deposita una vez que la célula deja de crecer. Las paredes secundarias se fortalecen con la incorporación de grandes cantidades de lignina.

[0004] En su forma natural, los polímeros de celulosa se apilan y forman microfibrillas de celulosa. Cuando los polímeros de celulosa se apilan perfectamente, se crean regiones altamente cristalinas. Sin embargo, también se producirá un desorden en el apilamiento, lo que deja más regiones amorfas en la microfibrilla. Las regiones cristalinas en las microfibrillas y la proporción de aspecto muy alta le confieren al material una gran resistencia. Se han desarrollado diversas formas de celulosa procesada que tienen un área superficial (relativa) mucho más alta que la materia prima de celulosa y, por lo tanto, también una gran cantidad de grupos hidroxilo accesibles. Se ha descubierto que dichos materiales poseen propiedades reológicas beneficiosas y han atraído mucha atención como agentes viscosificantes y/o estructurantes para sistemas acuosos en muchos campos de aplicación. Los desarrollos importantes en esta área comenzaron en la década de 1980 cuando Turbak et al. desarrollaron/divulgaron materiales (US US4374702) y Weibel (EP0102829), denominados "Celulosa microfibrilada" (MFC) y "Celulosa de células parenquimatosas" (PCC), respectivamente.

[0005] La MFC desarrollada por Turbak et al. se obtuvo a partir de células de la pared celular secundaria a través de un proceso de homogeneización de alta energía. La MFC se obtiene típicamente a partir de pulpa de madera, por ejemplo, pulpa de madera blanda al sulfito o pulpa Kraft. El proceso de fabricación de pulpa elimina la mayor parte de la lignina y la hemicelulosa incrustantes de las paredes celulares secundarias, de modo que la celulosa nanofibrosa puede liberarse mediante tratamientos que utilizan un alto cizallamiento mecánico. La MFC es una masa enredada de fibras con diámetros típicamente en el rango de 20-100 nm y longitudes de decenas de micrometros, también denominadas "nanofibras".

[0006] La PCC desarrollada por Weibel se produce a partir de materiales vegetales de pared celular primaria (pared celular parenquimatosa). La PCC se puede obtener a partir de desechos de procesamiento agrícola, por ejemplo, pulpa de remolacha azucarera o pulpa de patata. La PCC desarrollada inicialmente por Weibel adopta la forma de fragmentos de pared de células parenquimatosas, de los cuales se han eliminado sustancialmente todos los otros componentes que forman la pared primaria (pectina y hemicelulosa). Según Weibel, estos fragmentos deben someterse a un tratamiento de homogeneización de alto cizallamiento para distender y dislocar microfibrillas en la estructura de membrana celular, por lo que se crean las denominadas membranas extendidas o peludas, que constituyen la forma "activada" del material.

[0007] Aunque materiales como MFC y PCC inicialmente parecían muy prometedores, la producción a gran escala y la comercialización real se han visto seriamente obstaculizadas. Uno de los desafíos en la comercialización de MFC y PCC ha sido desarrollar un proceso para el tratamiento de la celulosa que sea factible a gran escala (escala comercial). La fibrilación de la celulosa y el manejo del material durante el proceso pueden ser un desafío. Sin embargo, el mayor desafío en el desarrollo de MFC/PCC es proporcionar formas (suficientemente) concentradas y/o secas del material, que puedan redispersarse fácilmente mientras se mantiene o recupera gran parte del rendimiento inicial del material. La MFC y la PCC normalmente se producen en un contenido sólido muy bajo, normalmente en una consistencia (contenido de materia seca) de entre el 1 % y el 5 % en peso. Se necesita un mayor contenido de materia seca para que el transporte y el procesamiento posterior sean más factibles. Al aumentar el contenido de materia seca (MS), se produce una fuerte agregación y cambios en la superficie de la fibra (un proceso llamado hornificación), lo que hace que la redispersión/reactivación después del secado sea difícil, sino imposible. A escala piloto, los productos de MFC y/o PCC se han proporcionado en estado húmedo, típicamente como concentrado "húmedo", que tiene, por ejemplo, hasta 20 o 30 % de MS. Dichos concentrados aun pueden reactivarse para recuperar gran parte del rendimiento inicial. Sin embargo, esto requiere el uso de equipos costosos (como mezcladores de alto cizallamiento) que normalmente no están disponibles en los procesos de formulación estándar, y una entrada de energía sustancial. Adicionalmente, ciertos productos formulados en los que se van a aplicar los materiales de PCC y/o MFC no siempre pueden alojar la cantidad de agua asociada. Por lo tanto, estos aspectos han obstaculizado el uso real (a escala comercial) de MFC, PCC y materiales similares.

[0008] Como era de esperar, este problema ha sido objeto de importantes esfuerzos de investigación, como ilustran las enseñanzas de Dinand (documento US 5.964.983), que se dispuso a desarrollar una variante de la PCC de Weibel que puede suspenderse después de la deshidratación. Según Dinand, esto se logró sometiendo el material de la pared de célula parenquimatosa a un proceso que, en términos generales, implica un tratamiento químico menos intenso y más cizallamiento mecánico, en comparación con el proceso de Weibel. Esto da como resultado un producto nanofibrilado en el que se retiene parte de la pectina y las hemicelulosas. El tratamiento mecánico da como resultado el desenredo de la celulosa.

[0009] En la US 6,231,657 de Cantiani et al., se muestra que el material desarrollado por Dinand no puede redispersarse (fácilmente) después de la deshidratación/el secado para recuperar (sustancialmente) las propiedades reológicas beneficiosas. Para superar estos inconvenientes, Cantiani propone combinar el producto nanofibrilado de Dinand con una carboxicelulosa. Los desarrollos y hallazgos similares han sido descritos por Butchosa et al. (“Water redispersible cellulose nanofibrils adsorbed with carboxymethyl cellulose”; Cellulose (2014) 2I:4349—4358). Como se puede deducir de los hallazgos experimentales descritos en estos documentos, y según lo experimentado por los presentes inventores, los materiales desarrollados por Cantiani y Butchosa et al. todavía sufren varias deficiencias, como el hecho de que no se pueden secar hasta un % (suficientemente) alto de MS y/o requieren la presencia de aditivos adicionales (en cantidades significativas) y/o no se pueden redispersar fácilmente y/o no recuperan las propiedades reológicas de la PCC o MFC original en un grado satisfactorio. Además, estas (y otras) enseñanzas del estado de la técnica se limitan al procesamiento de celulosa a escala de laboratorio y fallan por completo en abordar los problemas encontrados en el desarrollo de la producción a escala comercial (económicamente factible).

[0010] Un objeto de la presente invención es proporcionar procesos que permitan dicha producción a escala comercial de una manera económicamente viable, para producir materiales que superen algunos o todos los inconvenientes asociados con los productos del estado de la técnica.

Resumen de la invención

[0011] Para este fin, los presentes inventores desarrollaron un método en el que el material de celulosa derivado de plantas o microorganismos se coprocesa con una carboxicelulosa. Los métodos de la presente invención proporcionan una variedad de beneficios, en términos de eficiencia y escalabilidad del proceso, así como en relación con las propiedades de los materiales obtenidos. Por ejemplo, se ha descubierto que los productos (altamente) concentrados producidos usando el método de la invención son fácilmente (re)dispersibles en agua y sistemas acuosos para recuperar gran parte del rendimiento reológico original del componente de celulosa. Sin desear vincularse a ninguna teoría en particular, los inventores creen que, en las composiciones de la invención, el componente de celulosa sirve principalmente para conferir las propiedades reológicas/estructurantes deseadas, mientras que la carboxicelulosa sirve principalmente para permitir que el componente de celulosa se convierta en una suspensión concentrada, pasta o polvo húmedo, con bajo contenido de agua, que se puede dispersar sin la aplicación de altas fuerzas mecánicas de cizallamiento mientras se recupera la mayor parte o la totalidad del rendimiento del componente de celulosa. La interacción precisa entre el componente de celulosa y la carboxicelulosa y/o la forma en que se "asocian" en el producto puede no entenderse completamente. Se han obtenido resultados satisfactorios con varias combinaciones de componentes de celulosa y carboxicelulosas.

[0012] Por lo tanto, un primer aspecto de la invención se refiere a un proceso para producir una composición que comprende un componente de celulosa y una carboxicelulosa; donde el proceso comprende los pasos de:

a) proporcionar una mezcla de un líquido acuoso y un material de celulosa derivado de una planta o un microorganismo;

b) combinar una cantidad de carboxicelulosa con la mezcla para alcanzar una proporción de material de celulosa a carboxicelulosa (p/p) de más de 90/10;

c) someter la mezcla o la suspensión obtenida en el paso b) a un tratamiento de fibrilación mecánico/físico y/o enzimático;

d) deshidratar mecánicamente la composición obtenida en el paso c) para alcanzar un contenido de materia seca de al menos el 5 % en peso, preferiblemente de al menos el 10 % en peso, más preferiblemente de al menos el 20 % en peso; y

e) combinar una cantidad adicional de la carboxicelulosa con la composición obtenida en el paso d).

[0013] Un aspecto adicional de la invención se refiere a los productos que se pueden obtener usando los procesos definidos aquí.

[0014] En otro aspecto de la invención, se proporciona el uso de las presentes composiciones para conferir propiedades estructurantes y/o reológicas en productos acuosos, tales como formulaciones de detergentes, por ejemplo, formulaciones para lavavajillas y lavado de ropa; en productos de cuidado personal y cosméticos, tales como acondicionadores para el cabello y productos para peinar el cabello; en formulaciones para el cuidado de telas, tales como suavizantes de telas; en formulaciones de pinturas y revestimientos, tales como, por ejemplo, formulaciones de pinturas acrílicas a base de agua, composiciones de alimentos y piensos, tales como bebidas, productos congelados y productos lácteos cultivados; formulaciones de pesticidas; productos biomédicos, tales como apósitos para heridas; productos de construcción, como, por ejemplo, en asfalto, hormigón, mortero y yeso proyectado; adhesivos; tintas; fluidos para la industria del petróleo y el gas, tales como fluidos de perforación, fracking y terminación; productos de papel y cartón o no tejidos; productos farmacéuticos.

[0015] Estos y otros aspectos de la invención se pondrán de manifiesto basándose en la siguiente descripción detallada y los ejemplos adjuntos.

Descripción detallada de la invención

[0016] Por lo tanto, un primer aspecto de la invención se refiere a un proceso para producir una composición que comprende un componente de celulosa y una carboxicelulosa; donde el proceso comprende los pasos de: a) proporcionar una mezcla de un líquido acuoso y un material de celulosa derivado de plantas o microorganismos;

d) deshidratar mecánicamente la composición obtenida en el paso c) para alcanzar un contenido de materia seca de al menos el 5 % en peso, preferiblemente de al menos el 10 % en peso, más preferiblemente al menos el 20 % en peso; y

Material de celulosa — paso a)

[0017] En formas de realización preferidas de la invención, una suspensión que comprende un material de celulosa se usa como uno de los materiales de partida. Según la invención, el material de partida de celulosa se proporciona en forma de una suspensión acuosa que comprende una mezcla de un líquido acuoso, normalmente agua, y el material de celulosa.

[0018] Este material de celulosa puede tener su origen en varias fuentes, incluidas las partes de plantas leñosas y no leñosas. Por ejemplo, se puede utilizar una o varias de las siguientes materias primas que contienen celulosa: (a) materias primas a base de madera, como maderas duras y/o maderas blandas, (b) materias primas de origen vegetal, como achicoria, raíz de remolacha, nabo, zanahoria, patata, cítrico, manzana, uva, tomate, hierbas, como hierba elefante, paja, corteza, cariopsis, verduras, algodón, maíz, trigo, avena, centeno, cebada, arroz, lino, cáñamo, abacá, sisal, kenaf, yute, ramio, bagazo, bambú, carrizo, algas, hongos y/o combinaciones de los mismos, y/o (c) fibras recicladas de, por ejemplo, pero sin limitación, periódicos y/o otros productos de papel; y/o (d) celulosa bacteriana.

[0019] Como entienden generalmente los expertos en la técnica, las materias primas de celulosa se pueden someter a tratamientos químicos, enzimáticos y/o fermentativos que dan como resultado (principalmente) la eliminación de componentes no celulósicos típicamente presentes en el tejido vegetal parenquimatoso y no parenquimatoso, tales como pectina y hemicelulosa, en el caso de material celulósico parenquimatoso, y lignina y hemicelulosa en el caso de materiales derivados de partes de plantas leñosas. Tales tratamientos preferiblemente no dan como resultado una degradación o modificación apreciable de la celulosa y/o un cambio sustancial en el grado y el tipo de cristalinidad de la celulosa. Estos tratamientos se denominan colectivamente tratamiento "(bio-)químico". En formas de realización preferidas de la invención, el tratamiento (bio-)químico es o comprende un tratamiento químico, como un tratamiento con un ácido, un álcali y/o un agente oxidante.

[0020] Conforme a la invención, se prefiere que la materia prima de celulosa usada en el proceso sea originada o se origine a partir de una pared celular parenquimatosa que contenga material vegetal. La pared celular parenquimatosa, que también pueda denominarse "pared celular primaria", se refiere al tejido blando o suculento, que es el tipo de pared celular más abundante en las plantas comestibles. El material vegetal que contiene pared celular parenquimatosa adecuado incluye remolacha azucarera, frutas cítricas, tomates, achicoria, patatas, piña, manzana, arándanos, uvas, zanahorias y similares (excluyendo los tallos y las hojas).

Por ejemplo, en las remolachas azucareras, las células parenquimatosas son el tejido más abundante que rodea los tejidos vasculares secundarios. Las paredes celulares parenquimatosas contienen paredes celulares relativamente finas (en comparación con las paredes celulares secundarias) que están unidas entre sí por pectina. Las paredes celulares secundarias son mucho más gruesas que las células parenquimatosas y están unidas entre sí con lignina. Esta terminología se entiende bien en la técnica. El material de celulosa según la invención es preferiblemente un material procedente de remolacha azucarera, tomate, achicoria, patata, piña, manzana, arándano, cítrico, uva y/o zanahoria, más preferiblemente un material procedente de remolacha azucarera, patata y/o achicoria, más preferiblemente de remolacha azucarera y/o achicoria, más preferiblemente de remolacha azucarera.

[0021] En formas de realización preferidas de la invención, la suspensión proporcionada en el paso a) comprende un material de celulosa que comprende, en peso seco, al menos 50 % en peso, al menos 60 % en peso, al menos 70 peso, %, al menos 75 % en peso, al menos 80 % en peso, al menos 85 % en peso, al menos 90 % en peso o al menos 95 % en peso de celulosa. En una forma de realización particularmente preferida de la invención, el componente de celulosa es un material de celulosa de células parenquimatosas procesadas que contiene, en peso seco, al menos 50 % de celulosas, 0,5-10 % de pectina y 1-15 % de hemicelulosa. El término "pectina", como se utiliza en este caso, se refiere a una clase de polisacáridos heterogéneos de pared celular vegetal que se pueden extraer mediante tratamiento con ácidos y agentes quelantes. Típicamente, el 70-80 % de la pectina se encuentra como una cadena lineal de monómeros de ácido D-galacturónico con enlaces a-(1-4). Se prefiere que el material de celulosa parenquimatoso comprenda 0,5-5 % en peso de pectina, por peso seco del material de celulosa, más preferiblemente 0,5-2,5 % en peso. El término "hemicelulosa" se refiere a una clase de polisacáridos de pared celular vegetal que pueden ser cualquiera de varios homo- o heteropolímeros. Los ejemplos típicos de los mismos incluyen xilano, arabinano, xiloglucano, arabinoxilano, arabinogalactano, glucuronoxilano, glucomanano y galactomanano. Los componentes monoméricos de hemicelulosa incluyen, pero de forma no limitativa: D-galactosa, L-galactosa, D-manosa, L ramnosa, L-fucosa, D-xilosa, arabinosa L y ácido D-glucurónico. Esta clase de polisacáridos se encuentra en casi todas las paredes celulares junto con la celulosa. La hemicelulosa tiene un peso más bajo que la celulosa y no se puede extraer con agua caliente o agentes quelantes, pero se puede extraer con álcali acuoso y/o ácido. Las cadenas poliméricas de hemicelulosa se unen a la pectina y la celulosa en una red de fibras reticuladas que forman las paredes celulares de la mayoría de las células vegetales. Preferiblemente, el material de celulosa parenquimatoso comprende, por peso seco del material de celulosa, 1-15 % en peso de hemicelulosa, más preferiblemente 1-10 % en peso de hemicelulosa, más preferiblemente 1-5 % en peso de hemicelulosa.

[0022] En formas de realización de la invención, el material de celulosa es una pulpa vegetal celulósica tratada (bio-)químicamente que comprende celulosa con un índice de cristalinidad calculado (según el método de Hermans-Weidinger) por debajo del 75 %, por debajo del 60 %, por debajo del 55 %, por debajo del 50 % o por debajo del 45 %. En formas de realización de la invención, las regiones cristalinas de la celulosa son principal o totalmente del tipo I, que abarca los tipos la e ip, como se puede determinar mediante espectroscopia FTIR y/o difractometría de rayos X.

[0023] En una forma de realización particularmente preferida de la invención, el material de celulosa es un material de celulosa parenquimatoso tratado (bio-)químicamente, preferiblemente una pulpa vegetal parenquimatosa tratada química y/o enzimáticamente. En una forma de realización particularmente preferida, el material de celulosa es un material que se puede obtener mediante un método que comprende los pasos de a1) proporcionar una celulosa parenquimatosa que contiene pulpa vegetal; a2) someter la celulosa parenquimatosa que contiene pulpa vegetal a un tratamiento químico y/o enzimático que da como resultado una degradación y/o extracción parcial(es) de pectina y hemicelulosa. Por consiguiente, en formas de realización de la invención, se proporciona un proceso, como se define aquí, donde el paso a) comprende los pasos de a1) proporcionar una pulpa vegetal que contiene células parenquimatosas; a2) someter la pulpa vegetal que contiene células parenquimatosas a un tratamiento químico y/o enzimático que da como resultado una degradación y/o extracción parcial(es) de pectina y hemicelulosa.

[0024] El material de partida comprende típicamente una suspensión acuosa que comprende materiales vegetales triturados y/o molidos, que a menudo se pueden derivar de corrientes residuales de otros procesos, como la pulpa de remolacha azucarera usada derivada de la producción de azúcar convencional (sacarosa). Particularmente preferido es el uso de pulpa de remolacha azucarera fresca y prensada de la que se han extraído los azúcares y que tiene un contenido de sólidos secos del 10-50 % en peso, preferiblemente 20-30 % en peso, por ejemplo aproximadamente 25 % en peso. La pulpa de remolacha azucarera es el residuo de producción de la industria de remolacha azucarera. Más específicamente, la pulpa de remolacha azucarera es el residuo de la remolacha azucarera después de la extracción de sacarosa. Los procesadores de remolacha azucarera secan normalmente la pulpa. La pulpa de remolacha azucarera seca se puede denominar "jirones de remolacha azucarera". Adicionalmente, la pulpa o los fragmentos secos de remolacha azucarera pueden formarse y comprimirse para producir "gránulos de remolacha azucarera". Todos estos materiales pueden usarse como material de partida, en cuyo caso el paso a) comprenderá suspender el material de pulpa de remolacha azucarera seca en un líquido acuoso, típicamente hasta los contenidos de sólidos secos mencionados anteriormente. Preferiblemente, sin embargo, se usa pulpa de remolacha azucarera húmeda fresca como material de partida.

[0025] Otro material de partida preferido es pulpa ensilada, especialmente pulpa de remolacha azucarera ensilada. Como se utiliza en este caso, el término "ensilaje" se refiere al proceso de almacenamiento de materiales vegetales en un estado húmedo en condiciones que dan como resultado la acidificación provocada por fermentación anaeróbica de los carbohidratos presentes en los materiales que se están tratando. El ensilaje se realiza según métodos conocidos con pulpas que contienen preferiblemente del 15 al 35 % de materia seca. El ensilaje de remolachas azucareras continúa hasta que el pH está dentro del rango de 3,5-5. Se sabe que las pulpas de remolacha prensadas se pueden ensilar para protegerlas de descomposición no deseada y evitar el crecimiento de bacterias y mohos patógenos. Este proceso es el más utilizado para proteger este producto perecedero, donde la otra alternativa es el secado hasta al menos un 90 % de materia seca. Este secado tiene la desventaja de ser muy intensivo en energía. El proceso de fermentación comienza de forma espontánea en condiciones anaeróbicas con la presencia inherente de bacterias del ácido láctico. Estos microorganismos convierten la sacarosa residual de la pulpa de remolacha prensada en ácido láctico, lo que provoca una caída del pH y una fuerte reducción del contenido de oxígeno. Se descubrió que el almacenamiento de la pulpa de remolacha azucarera en estas condiciones confiere características específicas que son ventajosas con vistas al procesamiento posterior del material según el método definido aquí y/o con vistas a las características del material obtenidas en consecuencia. Por lo tanto, en formas de realización de la invención, el material de celulosa se puede obtener mediante un método en el que el paso a1) comprende proporcionar pulpa vegetal que contiene células parenquimatosas ensiladas, preferiblemente al:

- proporcionar pulpa vegetal fresca que contiene células parenquimatosas, preferiblemente pulpa fresca de remolacha azucarera;

- si es necesario, ajustar el contenido de materia seca de la pulpa vegetal fresca para alcanzar un valor dentro del rango del 15-35 % (p/p);

- colocar la pulpa vegetal que tiene un contenido de materia seca del 15-35 % en condiciones favorables para el crecimiento de bacterias productoras de ácido láctico, lo que incluye cubrir la pulpa con material hermético; y

- mantener el material en dichas condiciones favorables al crecimiento de bacterias de ácido láctico hasta que el pH de la pulpa vegetal haya alcanzado un valor inferior a 5, preferiblemente un valor dentro del rango de 3,5-5. Como saben los expertos en la técnica, la práctica común de ensilaje da como resultado la fermentación del ácido láctico, ya que las especies bacterianas requeridas están inherentemente presentes en el material.

[0026] Otros ejemplos de pulpas vegetales que se pueden emplear conforme a la presente invención incluyen, pero de forma no limitativa, pulpas obtenidas de achicoria, raíz de remolacha, nabo, zanahoria, patata, cítrico, manzana, uva, o tomate, preferiblemente pulpas obtenidas de achicoria, raíz de remolacha, nabo, zanahoria o patata. Dichas pulpas se obtienen típicamente como corrientes secundarias en el procesamiento convencional de estos materiales vegetales. En una forma de realización se proporciona el uso de pulpa de patata obtenida tras la extracción de almidón. En otra forma de realización de la invención, se contempla el uso de pieles de patata, como las que se obtienen en el pelado al vapor de patatas. En algunas formas de realización, se contempla el uso de pulpa de prensa obtenida en la producción de zumos de frutas.

[0027] Conforme a la invención, el tratamiento (bio-)químico del paso a2) da como resultado la degradación y/o extracción de al menos una parte de la pectina y hemicelulosas presentes en la pulpa vegetal que contiene parenquimatosa, típicamente a monosacáridos, disacáridos y/o oligosacáridos, que contienen típicamente de tres a diez monosacáridos unidos de manera covalente. Sin embargo, como se ha indicado anteriormente, se prefiere la presencia de al menos algo de pectina, como al menos 0,5 % en peso, y algo de hemicelulosa, como 1-15 % en peso. Como entenderán los expertos en la técnica, dicha pectina y hemicelulosa que quedan en el material de celulosa pueden estar no degradadas y/o degradadas parcialmente. Por lo tanto, el paso a2) comprende típicamente la degradación y la extracción parciales de la pectina y la hemicelulosa, preferiblemente en la medida en que al menos el 0,5 % en peso de pectina y al menos el 1 % en peso de hemicelulosa permanezcan en el material. Está dentro de las capacidades de rutina de los expertos en la técnica determinar las combinaciones apropiadas de condiciones y tiempo para lograr esto.

[0028] Preferiblemente, el tratamiento químico mencionado en el paso a2) del método mencionado anteriormente comprende:

- mezclar la célula pulpa vegetal que contiene células parenquimatosas con hidróxido de metal alcalino hasta una concentración final de 0,1-1,0 M, preferiblemente 0,3-0,7 M; y

- calentar la mezcla de pulpa vegetal que contiene células parenquimatosas e hidróxido de metal alcalino a una temperatura dentro del rango de 60-120 °C, por ejemplo 80-120 °C, durante un periodo de al menos 10 minutos, preferiblemente al menos 20 minutos, más preferiblemente al menos 30 minutos.

[0029] El uso de hidróxidos de metal alcalino, especialmente hidróxido de sodio, en el método anterior, es ventajoso para eliminar eficazmente la pectina, las hemicelulosas y las proteínas de la celulosa. El hidróxido de metal alcalino puede ser hidróxido de sodio. El hidróxido de metal alcalino puede ser hidróxido de potasio. El hidróxido de metal alcalino se puede mezclar con la pulpa vegetal que contiene células parenquimatosas a una concentración de al menos 0,1 M, al menos 0,2 M, al menos 0,3 M, o al menos 0,4 M. La concentración de hidróxido de metal alcalino es preferiblemente inferior a 0,9 M, inferior a 0,8 M, inferior a 0,7 M o inferior a 0,6 M. El uso de temperaturas relativamente bajas en el presente proceso químico permite que la pulpa se procese con el uso de menos energía y, por lo tanto, a un costo inferior que los métodos conocidos en la técnica que emplean temperaturas más altas. Además, el uso de temperaturas y presiones bajas asegura que se produzca un mínimo de nanofibras de celulosa. La pulpa se puede calentar a al menos 60 °C, o al menos 80 °C. Preferiblemente, la pulpa se calienta a al menos 90 °C. Preferiblemente, la pulpa se calienta a menos de 120 °C, preferiblemente menos de 100 °C. Como apreciarán los expertos en la técnica, el uso de temperaturas más altas, dentro de los rangos indicados, reducirá los tiempos de procesamiento y viceversa. Una cuestión de optimización rutinaria es encontrar el conjunto apropiado de condiciones en una situación dada. Como se ha mencionado anteriormente, la temperatura de calentamiento está típicamente en el rango de 60-120 °C, por ejemplo 80-120 °C, durante al menos 10 minutos, preferiblemente al menos 20 minutos, más preferiblemente al menos 30 minutos. Si la temperatura de calentamiento está comprendida entre 80-100 °C, el tiempo de calentamiento puede ser al menos de 60 minutos. Preferiblemente, el proceso comprende calentar la mezcla a una temperatura de 90 100 °C durante 60-120 minutos, por ejemplo a una temperatura de aproximadamente 95 °C durante 120 minutos. En otra forma de realización de la invención, la mezcla se calienta por encima de 100 , en cuyo caso el tiempo de calentamiento puede ser considerablemente más corto. En una forma de realización preferida de la presente invención, el proceso comprende calentar la mezcla a una temperatura de 110-120 °C durante 10-50 minutos, preferiblemente 10-30 minutos.

[0030] En una forma de realización de la invención, al menos una parte de la pectina y las hemicelulosas pueden degradarse mediante el tratamiento de la pulpa vegetal con enzimas adecuadas. Preferiblemente, se usa una combinación de enzimas, aunque también puede ser posible enriquecer la preparación enzimática con una o más enzimas específicas para obtener un resultado óptimo. Generalmente, se utiliza una combinación enzimática con una baja actividad de celulosa en relación con la actividad pectinolítica y hemicelulolítica. Los tratamientos enzimáticos se realizan generalmente en condiciones suaves, por ejemplo a pH 3,5—5 y a 35 50 °C, normalmente durante 16-48 horas, usando una actividad enzimática de, por ejemplo, 65.000-150.000 unidades/kg de sustrato (materia seca). Está dentro de las capacidades de rutina de los expertos en la técnica determinar las combinaciones apropiadas de parámetros para lograr la velocidad y el grado deseados de degradación de pectina y hemicelulosa.

[0031] En algunas formas de realización es beneficioso someter la masa resultante del paso a2) a un tratamiento con un ácido, en particular ácido sulfúrico. Este paso normalmente se realiza para disolver y, opcionalmente, eliminar varias sales del material. Se descubrió que, al aplicar este paso, el material finalmente obtenido tiene una apariencia visual mejorada porque es sustancialmente más blanco. Por lo tanto, el tratamiento del paso a2) puede comprender el paso adicional de mezclar la pulpa que contiene células parenquimatosas tratadas con un ácido en una cantidad para bajar el pH por debajo de 4, preferiblemente por debajo de 3, más preferiblemente por debajo de 2. Típicamente, el proceso de esta invención solo incluirá un paso de tratamiento con ácido. En algunas formas de realización, se realiza un tratamiento con ácido de la pulpa vegetal y el proceso no contiene pasos adicionales en los que el material se trata con un agente blanqueador. Además, se describió que el tratamiento con ácido de la pulpa vegetal permite un tratamiento alcalino aun más suave del material en el paso a2) del presente proceso. En una forma de realización preferida, dicho ácido es ácido sulfúrico. El tratamiento ácido se puede aplicar tanto antes como después del tratamiento alcalino.

[0032] Se entenderá que la pulpa tratada (bio-)químicamente puede someterse adecuadamente a uno o más pasos de lavado después de cualquiera de los tratamientos (bio-)químicos, para eliminar mediante lavado los ácidos, álcali, agentes oxidantes, sales, enzimas y/o productos de degradación. El lavado se puede lograr simplemente sometiendo la pulpa o la suspensión a tratamientos mecánicos de deshidratación, usando, por ejemplo, un filtro prensa y recogiendo el "retenido" en agua dulce (del grifo), un ácido o álcali, según sea adecuado. Como entenderán los expertos en la técnica, la pulpa se puede deshidratar muy fácilmente en este paso del proceso, ya que aun no se ha activado. En formas de realización preferidas de la invención, después de que se haya completado el tratamiento con el álcali y/o la enzima y, opcionalmente, el ácido, la pulpa tratada obtenida en consecuencia se somete a lavado y se recoge en una cantidad de líquido acuoso, como agua (del grifo), para obtener la suspensión acuosa que comprende una mezcla de un líquido acuoso y material de celulosa, que tiene el % en peso apropiado del material de celulosa, como se especifica aquí en otra parte.

Adición de carboxicelulosa — Paso b)

[0033] En el paso b) del proceso descrito anteriormente, la suspensión proporcionada en el paso a) se combina con carboxicelulosa.

[0034] Como se utiliza en este caso, el término carboxicelulosa se refiere a derivados de celulosa que comprenden grupos de ácido carboxílico unidos a alguno de los grupos hidroxilo de los monómeros de celulosa, normalmente por medio de un grupo de enlace, por lo que los grupos carboxi aniónicos normalmente convierten el derivado para hacerse hidrosolubles. Conforme a la invención, la carboxicelulosa es preferiblemente carboximetilcelulosa (CMC), aunque también pueden usarse adecuadamente otras variantes. Los grupos de ácido carboxílico también pueden estar presentes (parcialmente) en forma de sal y/o éster. Adecuadamente, se usa la sal de sodio de una carboxicelulosa. Todos estos compuestos se definen aquí como aniónicos.

[0035] Conforme a la invención, la carboxicelulosa, en particular la carboximetilcelulosa (CMC), tiene adecuadamente un grado de sustitución de los grupos que contienen carboxi que varía entre 0,2 y 1,5. En una forma de realización de la invención, el grado de sustitución es de al menos 0,3, al menos 0,4, al menos 0,5 o al menos 0,6. En una forma de realización de la invención, el grado de sustitución es inferior a 1,4, inferior a 1,3, inferior a 1,2, inferior a 1,1, inferior a 1,0, o inferior a 0,9. El grado de sustitución corresponde al número medio de grupos sustituyentes (en particular los grupos carboximetilo) unidos por número de grupos carboxilo (en particular los grupos carboximetilo) por unidad de glucosa anhidra (AGU) de la celulosa.

[0036] La carboxicelulosa de esta invención puede contener grupos no iónicos, tales como grupos alquilo o hidroxialquilo, por ejemplo hidroximetilo, hidroxietilo, hidroxipropilo, hidroxilbutilo y mezclas de los mismos, por ejemplo hidroxietilmetilo, hidroxipropilmetilo, hidroxibutilmetilo, hidroxietiletilo, hidroxipropiletilo y mezclas de los mismos. En una forma de realización de la invención, la carboxicelulosa contiene tanto grupos carboxi como no iónicos, como en carboximetil hidroxietil celulosa, carboximetil etil celulosa, carboximetil etil hidroxietil celulosa.

[0037] La carboxicelulosa también puede contener grupos catiónicos siempre y cuando la carga general sea aniónica neta, es decir, el grado de sustitución con grupos aniónicos y grupos catiónicos sea tal que la carga neta sea aniónica. En una forma de realización, el polisacárido aniónico está libre o sustancialmente libre de grupos catiónicos. Los grupos catiónicos se unen adecuadamente a la columna vertebral de celulosa con un grupo de enlace, que puede estar sustituido, como en los enlaces que contienen funciones amina y/o amido. Los grupos catiónicos adecuados incluyen sales de aminas, adecuadamente sales de aminas terciarias, y grupos amonio cuaternario, preferiblemente grupos amonio cuaternario. Los sustituyentes unidos al átomo de nitrógeno de las aminas y los grupos amonio cuaternario pueden ser iguales o diferentes y se puede seleccionar de entre grupos alquilo, cicloalquilo y alcoxialquilo, y uno, dos o más de los sustituyentes junto con el átomo de nitrógeno pueden formar un anillo heterocíclico. Los sustituyentes, independientemente entre sí, comprenden normalmente de 1 a aproximadamente 24 átomos de carbono, preferiblemente de 1 a aproximadamente 8 átomos de carbono. El nitrógeno del grupo catiónico se puede unir al polisacárido por medio de una cadena de átomos que comprende adecuadamente átomos de carbono e hidrógeno y, opcionalmente, átomos de O y/o N. Normalmente, la cadena de átomos es un grupo alquileno de 2 a 18 y adecuadamente de 2 a 8 átomos de carbono, opcionalmente interrumpido o sustituido por uno o más heteroátomos, por ejemplo, O o N, como grupo alquileneoxi o un grupo propileno hidroxipropileno. Los polisacáridos aniónicos preferidos que contienen grupos catiónicos incluyen los obtenidos haciendo reaccionar el polisacárido aniónico con un agente de cuaternización seleccionado de entre cloruro de 2,3-epoxipropiltrimetilamonio, cloruro de 3-cloro-2-hidroxipropiltrimetilamonio y mezclas de los mismos.

[0038] La carboxicelulosa también puede contener otros grupos aniónicos, tales como grupos sulfato, sulfonato, fosfato y fosfonato, adecuadamente estos grupos están unidos directamente al esqueleto de celulosa, o también están unidos a la columna vertebral de celulosa con un grupo de enlace.

[0039] Los grupos de enlace adecuados de la invención son grupos alquilo, tales como metilo, etilo, propilo y mezclas de los mismos, típicamente metilo, como en CMC.

[0040] Como será evidente para los expertos en la técnica, los productos de carboxicelulosa adecuados están disponibles comercialmente, como las gamas de productos Akucell®, Depramin®, Peridur®, Staflo®, Gabroil® y Gabrosa® de AkzoNobel.

[0041] El peso molecular de la carboxicelulosa, expresado como peso molecular promedio en peso según el peso promedio (Mw), no es muy crítico. Se utilizan adecuadamente productos que van desde grados de muy baja viscosidad con un Mw típico de 2.000 Dalton hasta grados de viscosidad muy alta, como aquellos con un Mw de 10.000. 000 Dalton. En una forma de realización, el Mw es inferior a 2.500.000, 1.000.000, 500.000, 350.000, 250.000 o 200.000 Dalton para facilitar la disolución. En una forma de realización el Mw es superior a 5.000, 20.000, 75.000, 125.000, 150.000, o superior a 175.000 para una mayor viscosidad del producto final después de la disolución. En formas de realización de la invención, la carboxicelulosa se añade en forma sólida, adecuadamente como carboxicelulosa pura, o se disuelve en una cantidad adecuada de líquido acuoso, como agua (del grifo). Este último puede hacer que el proceso de combinar el material de celulosa y la carboxicelulosa sea más eficiente. En formas de realización de la invención, el paso b) comprende añadir a la suspensión acuosa provista en el paso a) una solución acuosa que comprende, disuelta en ella, la carboxicelulosa, típicamente a un nivel del 1-10 % en peso, 2-7,5 % en peso, o 3-6 % en peso.

[0042] En formas de realización de la invención, la composición combinada producida en el paso b) comprende, en un base al peso de sólidos secos, al menos el 1,0 % en peso, al menos el 1,5 % en peso, al menos el 2,0 % en peso, al menos el 2,5 % en peso, al menos el 3,0 % en peso, al menos el 4,0 % en peso, o al menos el 5 % en peso de carboxicelulosa. En formas de realización según la invención, la composición combinada producida en el paso b), comprende, en base al peso de sólidos secos, menos del 20 % en peso, menos del 15 % en peso, menos del 10 % en peso, menos del 8 % en peso, menos del 7 % en peso, o menos del 6 % en peso de la carboxicelulosa.

[0043] En formas de realización de la invención, la composición combinada producida en el paso b) comprende, en base al peso de sólidos secos, menos del 99 % en peso, menos del 98,5 % en peso, menos del 98 % en peso, menos del 97,5 % en peso, menos del 97 % en peso, menos del 96 % en peso, o menos del 95 % en peso del material de celulosa. En formas de realización según la invención, la composición combinada producida en el paso b), comprende, en base al peso de sólidos secos, más del 80 % en peso, más del 85 % en peso, más del 90 % en peso, más del 92 % en peso, más del 93 % en peso, o más del 94 % en peso del material de celulosa.

[0044] La composición combinada producida en el paso b) comprende el material de celulosa y la carboxicelulosa en una proporción (p/p) superior a 90/10, preferiblemente dentro del rango de 93/7 a 99,5/0,5, 94/6 a 99/1 o 95/5 a 98/2.

[0045] En formas de realización de la invención, una suspensión homogénea de la carboxicelulosa y el material de celulosa se produce usando, por ejemplo, equipos de mezcla o combinación convencionales, típicamente equipos de mezcla o combinación que ejercen un bajo cizallamiento mecánico.

[0046] Como entenderán los expertos en la técnica, la adición de la carboxicelulosa como una solución acuosa reduce intrínsecamente la cantidad (relativa) del material de celulosa hasta cierto punto. Por lo tanto, este paso se puede usar para ajustar aun más el contenido del material de celulosa al nivel apropiado para el tratamiento de activación/fibrilación. El nivel apropiado puede depender de la técnica usada para realizar el tratamiento de activación.

[0047] Conforme a una forma de realización preferida de la invención, donde la activación/fibrilación se realiza utilizando homogeneización de alto cizallamiento, se produce/obtiene una suspensión en el paso b) que tiene un contenido del material de celulosa, basado en el peso total de la suspensión, inferior al 20 % en peso, inferior al 15 % en peso o inferior al 10 % en peso. En formas de realización de la invención, el contenido del material de celulosa, basado en el peso total de la suspensión, es al menos del 0,5 % en peso, al menos del 1,0 % en peso, al menos del 1,5 % en peso, al menos del 1,75 % en peso, o al menos del 2,0 % en peso. En formas de realización de la invención, el contenido del material de celulosa, basado en el peso total de la suspensión, es inferior al 9,0 % en peso, inferior al 8,0 % en peso, inferior al 7,0 % en peso, inferior al 6,0 % en peso, inferior al 5,0 % en peso, inferior al 4,5 % en peso, inferior al 4 % en peso, inferior al 3,5 % en peso, inferior al 3 % en peso, o inferior al 2,5 % en peso.

[0048] También se contemplan formas de realización también donde el tratamiento de fibrilación mecánica y/o física se realiza utilizando un equipo de refinación específicamente diseñado para procesar suspensiones acuosas que contienen más del 10 % en peso o más del 20 % en peso de material de celulosa, como se describe en la WO 2017/103329. Esto puede mejorar la eficiencia del procesamiento de varias maneras. Por ejemplo, el paso de concentración después del tratamiento de activación/fibrilación puede volverse superfluo. Por lo tanto, conforme a una forma de realización preferida de la invención, donde la activación/fibrilación se realiza usando, por ejemplo, equipo de refinación, como el equipo descrito en la WO 2017/103329, se produce/obtiene una suspensión en el paso b) que tiene un contenido del material de celulosa, basado en el peso total de la suspensión, de al menos el 10 % en peso, de al menos el 15 % en peso o de al menos el 20 % en peso, por ejemplo un contenido dentro del rango del 10-30 % en peso, 15-25 % en peso

Activación de la celulosa — Paso c)

[0049] Posteriormente, la suspensión homogénea se somete a tratamientos (generalmente conocidos), que normalmente implican someter el material de celulosa a altas fuerzas mecánicas o físicas (cizallamiento), que alteran la morfología de la celulosa, típicamente a través de la liberación parcial sustancial o completa de microfibrillas de celulosa a partir de la estructura de fibra de celulosa y/o la abertura de la estructura de red de fibra de celulosa, lo que aumenta significativamente el área superficial específica de la misma. Este tratamiento se puede denominar tratamiento de "activación", mediante el cual el material de celulosa gana realmente su perfil reológico beneficioso. Dichos tratamientos se denominan en este caso "tratamiento de fibrilación mecánico/físico" o "tratamiento de activación mecánico/físico". Como es sabido por los expertos en la técnica, se pueden producir cambios similares en la morfología y/o propiedades funcionales del material de celulosa usando determinados procedimientos enzimáticos, conocidos como tratamiento HefCel. Este tratamiento se denomina en este caso "tratamiento de fibrilación enzimática" o "tratamiento de activación enzimática".

[0050] El tratamiento mecánico y/o físico se aplica para producir un material de celulosa microfibrilada (MFC). El término "celulosa microfibrilada (MFC)", en el contexto de la presente invención, se define como celulosa que consiste (sustancialmente) en microfibrillas en forma de o microfibrillas de celulosa aisladas y/o haces de microfibrillas de celulosa, ambos derivados de una materia prima de celulosa. Las microfibrillas MFC tienen típicamente una proporción de aspecto alta. Las fibras celulósicas microfibriladas tienen típicamente un diámetro de 10-300 nm, preferiblemente 25-250 nm, más preferiblemente 50-200 nm, y una longitud de varios micrómetros, preferiblemente inferior a 500 |_im, más preferiblemente 2-200 |_im, aun más preferiblemente 10-100 l_im, de la manera más preferible 10-60 |_im. La celulosa microfibrilada comprende a menudo haces de 10-50 microfibrillas. La celulosa microfibrilada puede tener un alto grado de cristalinidad y un alto grado de polimerización, por ejemplo el grado de polimerización DP, es decir, el número de unidades monoméricas en un polímero, puede ser 100-3000. Como se utiliza en este caso, la "celulosa microfibrilada" se puede usar indistintamente con "celulosa microfibrilar", "celulosa nanofibrilada", "celulosa nanofibrilada", "nanofibras de celulosa", "celulosa fibrilada a nanoescala", "microfibrillas de celulosa" y/o simplemente como "MFC". Adicionalmente, como se utiliza en este caso, los términos enumerados anteriormente que son intercambiables con "celulosa microfibrilada" pueden referirse a celulosa que ha sido completamente microfibrilada o celulosa que ha sido sustancialmente microfibrilada, pero que aun contiene una cantidad de celulosa no microfibrilada en niveles que no interfieren con los beneficios de la celulosa microfibrilada, como se describe y/o reivindica aquí.

[0051] En algunas formas de realización de la invención, el tratamiento mecánico y/o físico se aplica para reducir el tamaño de partícula del material de celulosa para producir un material en partículas o un material fino de celulosa que tenga una distribución de tamaño característica. Cuando la distribución se mide con un analizador de tamaño de partículas por dispersión de luz láser, como el Malvern Mastersizer u otro instrumento de igual o mejor sensibilidad, los datos de diámetro se reportan preferiblemente como una distribución de volumen. Por lo tanto, la mediana reportada para una población de partículas será ponderada por volumen, con aproximadamente la mitad de las partículas, en base al volumen, que tiene diámetros menores que la mediana del diámetro de la población. Típicamente, la suspensión se trata para obtener una composición de partículas que tiene una dimensión mayor mediana proporcionada (D[4,3]), dentro del rango de 15-75 |_im, medida usando análisis de tamaño de partícula de difracción láser. Un aparato adecuado para esta (y otras) características de tamaño de partícula es un Malvern Mastersizer 3000, que se puede obtener de Malvern Instruments Ltd., Malvern UK, usando una unidad de muestra Hydro MV (para muestras húmedas). En formas de realización preferidas de la invención, la suspensión se trata para obtener una composición que tiene una dimensión mayor mediana proporcionada dentro del rango de 20-65 |_im o 25-50 |_im. Típicamente, la D90 proporcionada es inferior a 120 |_im, más preferiblemente inferior a 110 |_im, más preferiblemente inferior a 100 |_im. Típicamente, la D10 proporcionada es superior a 5 |_im, superior a 10 |_im, más preferiblemente superior a 25 |_im. En una forma de realización, conforme a determinadas formas de realización, el tratamiento mecánico y/o físico no da como resultado el desenredo completo o sustancial de las nanofibrillas.

[0052] Además, la invención proporciona formas de realización donde se aplica un tratamiento mecánico y/o físico, mediante el cual la superficie específica del material de celulosa, determinada usando un método de adsorción de colorate rojo Congo (Goodrich and Winter 2007; Ougiya et al. 1998; Spence et al. 2010b), se incrementa. En algunas formas de realización de la invención, dicha área de superficie específica es de al menos 30 m2/g, de al menos 35 m2/g, de al menos 40 m2/g, de al menos 45 m2/g, de al menos 50 m2/g, o de al menos 60 m2/g. En algunas formas de realización de la invención, dicha área de superficie específica es al menos 4 veces mayor que la de la celulosa no tratada (es decir, no tratada con cizallamiento), por ejemplo al menos 5 veces, al menos 6 veces, al menos 7 veces o al menos 8 veces.

[0053] Para lograr la modificación estructural deseada, se aplica preferentemente un tratamiento de alto cizallamiento mecánico. Los ejemplos de técnicas adecuadas incluyen homogeneización a alta presión, microfluidificación y similares. Los ejemplos más preferidos de equipos de alto cizallamiento para usar en el paso b) incluyen trituradoras de fricción, como el colisionador de masas Masuko; homogeneizadores a alta presión, como un homogeneizador Gaulin, mezcladores de alto cizallamiento, como el Silverson de tipo FX; homogeneizadores en línea, como el homogeneizador en línea Silverson o Supraton; y microfluidificadores. El uso de este equipo para obtener las propiedades de las partículas conforme a algunas formas de realización de esta invención es una cuestión de rutina para los expertos en la técnica. Los métodos descritos aquí anteriormente se pueden usar solos o en combinación para lograr la modificación estructural deseada.

[0054] En formas de realización preferidas de la invención, el tratamiento mecánico y/o físico se realiza usando una homogeneización a alta presión donde el material se pasa sobre el homogenizador operado a una presión de 50-1000 bar, preferiblemente en 70-750 bar o 100-500 bar. En formas de realización de la invención, la suspensión pasa a través de dicho aparato varias veces. En dichas formas de realización, el tratamiento mecánico y/o físico comprende 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 o 10 pasos de la suspensión a través de dicho aparato mientras se hace funcionar a presiones adecuadas, tal y como se define aquí anteriormente. Será evidente para los expertos en la técnica que las dos variables de presión operativa y el número de pasos estén interrelacionados. Por ejemplo, se lograrán resultados adecuados sometiendo la suspensión a una sola pasada sobre el homogenizador operado a 500 bar, así como sometiendo la suspensión a 6 pasadas sobre el homogenizador operado a 150 bar. Está dentro de las capacidades rutinarias del experto en la técnica hacer elecciones apropiadas, cuya idoneidad se puede verificar sometiendo la suspensión homogeneizada a análisis de tamaño de partícula de acuerdo con lo que se define aquí anteriormente.

[0055] Como se indicó aquí anteriormente, el tratamiento de cizallamiento mecánico alto del paso c) se puede realizar usando otros tipos de equipos y estará dentro de las capacidades (rutinarias) del experto determinar las condiciones operativas que dan como resultado niveles equivalentes de cizallamiento mecánico.

Deshidratación mecánica — Paso d)

[0056] Al tratamiento de activación/fibrilación del paso c) le sigue un paso d) donde se elimina al menos parte del agua. Preferiblemente, el paso d) es un tratamiento de deshidratación mecánico o no térmico. En una forma de realización preferida de la invención, el paso d) comprende la filtración, por ejemplo, un filtro prensa de cámara. La eliminación de agua puede ayudar a la eliminación de una fracción sustancial de materia orgánica disuelta, así como una fracción de materia orgánica dispersa no deseada, es decir, la fracción que tiene un tamaño de partícula muy por debajo del rango de tamaño de partícula del material de celulosa en partículas. Preferiblemente, el paso d) del proceso no implica ni comprende un paso de secado térmico o evaporación, ya que dichos pasos no son económicos y/o pueden conducir a la hornificación de la celulosa.

[0057] Como entenderán los expertos en la técnica, es posible incorporar múltiples pasos de procesamiento para lograr resultados óptimos. Por ejemplo, se contempla una forma de realización donde al tratamiento mecánico del paso b) le sigue someter la mezcla a microfiltración, diálisis o decantación centrífuga, o similares, seguido de un paso de prensado de la composición. Como entenderán los expertos en la técnica, la eliminación de agua en el paso d) también puede comprender la posterior adición de agua o líquido seguido de un paso adicional de eliminación de líquido, por ejemplo, usando los métodos descritos anteriormente, para dar como resultado un ciclo de lavado adicional. Este paso se puede repetir tantas veces como se desee para conseguir un mayor grado de pureza.

[0058] Conforme a la invención, en el paso d), la suspensión obtenida en el paso c) se concentra hasta un contenido de materia seca de al menos el 5 % en peso, de al menos el 10 % en peso, preferiblemente de al menos el 15 % en peso, de al menos el 20 % en peso, de al menos el 25 % en peso o de al menos el 30 % en peso.

[0059] Basado en las presentes enseñanzas, los expertos en la técnica entenderán que el paso de concentración puede no ser necesario para alcanzar los niveles objetivo de materia seca anteriormente mencionados en el caso de que el tratamiento de activación/fibrilación se realice en una mezcla con alto contenido de material de celulosa. En dichos casos puede omitirse el paso de concentración. También se contempla que, incluso en dichas formas de realización, se pueda realizar un paso de concentración para alcanzar niveles de materia seca relativamente altos, como al menos el 20 % en peso, al menos el 25 % en peso o al menos el 30 % en peso. Combinación de la cantidad adicional de carboxicelulosa - Paso e)

[0060] El paso d) es seguido por un paso e) que comprende la adición de una cantidad adicional de carboxicelulosa a la composición obtenida del paso d). En formas de realización preferidas, una cantidad adicional de carboxicelulosa se combina con la composición obtenida en el paso d) para producir una composición que comprende, en peso seco, 20-80 % en peso del material de celulosa y 20-80 % en peso de la carboxicelulosa, más preferiblemente 40-70 % en peso del material de celulosa y 30-60 % en peso de la carboxicelulosa, más preferiblemente 50-70 % en peso del material de celulosa y 30-50 % en peso de la carboxicelulosa. En formas de realización preferidas, una cantidad adicional de carboxicelulosa se combina con la composición obtenida en el paso d) para producir una composición que comprende el material de celulosa y la carboxicelulosa en una proporción en peso dentro del rango de 20/80 a 80/20, preferiblemente con el rango de 40/60 a 70/30, más preferiblemente dentro del rango de 50/50 a 70/30. En formas de realización preferidas, una cantidad adicional de carboxicelulosa se combina con la composición obtenida en el paso d) para producir una composición que comprende más del 30 % en peso, en peso seco, de la carboxicelulosa, por ejemplo más del 31 % en peso, más del 32 % en peso, más del 33 % en peso, más del 34 % en peso o más del 35 % en peso. En formas de realización de la invención, el material de celulosa y la carboxicelulosa constituyen al menos el 80 % en peso del peso de sólidos secos de la composición, por ejemplo al menos el 85 % en peso, al menos el 90 % en peso, al menos el 95 % en peso, al menos el 96 % en peso, al menos el 97 % en peso, al menos el 98 % en peso, al menos el 99 % en peso o al menos el 99,5 % en peso.

[0061] La cantidad adicional de la carboxicelulosa se combina homogéneamente con la composición obtenida en el paso d). Esto se puede hacer con cualquier sistema de mezcla o amasado industrial adecuado. Dichos sistemas pueden ser continuos o por lotes. Los mezcladores continuos adecuados pueden ser de uno o dos ejes y cocorriente o contracorriente. Un ejemplo de un sistema adecuado es el Extrudomix continuo de un solo eje de Hosokawa, que está diseñado para mezclar sólidos y líquidos. Los mezcladores por lotes adecuados pueden ser sistemas de mezcla horizontales o verticales. Los mezcladores horizontales industriales adecuados tienen, por ejemplo, paletas en forma de Z o elementos mezcladores en forma de arado. Los sistemas preferidos incluyen elementos de mezcla entrelazados que producen flujo forzado de la pasta entre los elementos (por ejemplo, amasadora horizontal Haake). Los mezcladores verticales industriales son comúnmente mezcladores planetarios. Un sistema preferido incluye mezcladores planetarios dobles o mezcladores planetarios simples con un raspador que se mueve a contracorriente, como el mezclador vertical Tonnaer, o un sistema equipado con un recipiente mezclador que gira en dirección opuesta al elemento mezclador.

Formas de realización preferidas

[0062] Una forma de realización preferida de la invención se refiere a un proceso, como se define aquí, que comprende los pasos de:

a) proporcionar una suspensión que comprende un líquido acuoso y un material de celulosa derivado de una planta o de un microorganismo, preferiblemente un material de celulosa derivado de una planta o de un microorganismo tratado (bio)químicamente;

b) combinar una cantidad de carboxicelulosa con la suspensión, por lo que se obtiene una suspensión que tiene un contenido del material de celulosa inferior al 10 % en peso, basado en el peso de la mezcla o la suspensión, preferiblemente inferior al 5 % en peso;

c) someter la mezcla o la suspensión obtenida en el paso b) a un tratamiento de activación/fibrilación mecánico/físico y/o enzimático;

d) deshidratar mecánicamente la suspensión obtenida en el paso c) a un contenido de materia seca de al menos el 5 % en peso, preferiblemente de al menos el 10 % en peso; y

[0063] En una forma de realización particularmente preferida, se proporciona un proceso, como se define aquí, que comprende los pasos de:

a) proporcionar una suspensión que comprende un líquido acuoso y un material de celulosa derivado de una planta o de un microorganismo tratado (bio)químicamente;

b) combinar una cantidad de carboxicelulosa con la suspensión, para obtener una suspensión que comprende el material de celulosa a un nivel del 1-5 % en peso, basado en el peso total de la suspensión y donde la proporción (p/p) del material de celulosa y la carboxicelulosa está dentro del rango de 90/10-99/1, preferiblemente en la proporción de 95/5-99/1;

c) someter la suspensión obtenida en el paso b) a un tratamiento de activación/fibrilación mecánico/físico y/o enzimático, preferiblemente a una homogeneización a alta presión; y

d) deshidratar mecánicamente la composición obtenida en el paso c) usando un filtro prensa para producir una pasta con un contenido de materia seca de al menos el 5 % en peso, preferiblemente de al menos el 10 % en peso, más preferiblemente de al menos el 15 % en peso;

e) combinar una cantidad adicional de la carboxicelulosa con la pasta, como se obtiene en el paso d).

Producto obtenible por el método

[0064] Otro aspecto de la presente invención se refiere a una composición que se puede obtener mediante el proceso de la presente invención, donde dicha composición está en forma de una pasta que tiene un contenido de materia seca de al menos el 10 % en peso.

[0065] Como será evidente a partir de lo anteriormente mencionado, una ventaja particular de la composición que se puede obtener mediante el método según la presente invención es que se pueden dispersar en agua o sistemas acuosos sin tener que aplicar un tratamiento mecánico de alta intensidad para formar un sistema estructurado homogéneo.

[0066] Típicamente, conforme a la invención, estas propiedades beneficiosas se pueden establecer usando métodos de prueba simples. En particular, las composiciones de la invención se pueden dispersar en una concentración del componente de celulosa del 1 % en peso (p/v) en agua mezclando una cantidad correspondiente del polvo en 200 ml de agua en un vaso de precipitados de 400 ml que tiene un diámetro de 70 mm (ex Duran) y un agitador de hélice equipado con tres paletas de 45 mm de radio cada una, por ejemplo, un agitador de hélice de 3 paletas R 1381 ex IKA (Agitador 0: 45 mm Eje 0: 8 mm Longitud del eje: 350 mm), colocado 10 mm por encima de la superficie inferior y operado a 700 rpm durante 120 minutos, a 25 °C . Con dicha configuración, la composición en polvo se dispersará completamente en 120 minutos, a 25 °C, donde completamente dispersa significa que ya no se pueden distinguir visualmente sólidos ni grumos. Además, una dispersión de la presente composición en agua, en una concentración del componente de celulosa del 1 % (p/v) preparada usando este protocolo particular tiene una o más de las características reológicas descritas en los párrafos posteriores.

[0067] En formas de realización de la invención, una dispersión de la presente composición en agua, a una concentración del componente de celulosa del 1 % (p/v), obtenido usando el protocolo descrito anteriormente, no muestra sinéresis después de permanecer durante 16 horas a 25 °C en una probeta graduada de 200 ml de unos 300 mm de altura. Dentro del contexto de la presente invención, ninguna sinéresis significa que, si se forma una capa de agua sobre la dispersión, es inferior a 1 mm o que dicha capa de agua no se distingue en absoluto.

[0068] El sistema estructurado obtenido al dispersar la composición a una concentración del componente de celulosa del 1 % (p/v) en agua, según el protocolo descrito anteriormente, típicamente adoptará la forma de un sistema viscoelástico o un gel. Típicamente, el comportamiento viscoelástico de estos sistemas se puede determinar y cuantificar aun más mediante un análisis mecánico dinámico en el que se aplica una fuerza (estrés) oscilatoria a un material y se mide el desplazamiento (el estrés) resultante. El término "módulo de almacenamiento", G, también conocido como "módulo elástico", que es una función de la frecuencia oscilante aplicada, se define como el estrés en fase con la tensión en una deformación sinusoidal dividida por la tensión; mientras el término "módulo viscoso", G", también conocido como "módulo de pérdida", que también es una función de la frecuencia oscilante aplicada, se define como la tensión desfasada 90 grados con la tensión dividida por la tensión. Ambos módulos se conocen bien en la técnica, por ejemplo, como lo explica G. Marin en "Oscillatory Rheometry", capítulo 10 del libro en la medición reológica, editado por A. A. Collyer y D. W. Clegg, Elsevier, 1988. En la técnica, los geles se definen como aquellos sistemas para los que G'>G".

[0069] En formas de realización de la invención, una dispersión de la presente composición en agua, a una concentración del componente de celulosa del 1 % (p/v), obtenido usando el protocolo descrito anteriormente, tiene un módulo de almacenamiento G' de al menos 100 Pa, más preferiblemente al menos 110 Pa, al menos 120 Pa, al menos 130 Pa, al menos 140 Pa o al menos 150 Pa. En formas de realización de la invención, el módulo de almacenamiento G' de dicha dispersión es de 500 Pa o menos, por ejemplo, 400 Pa o menos, o 300 Pa o menos.

[0070] En formas de realización de la invención, una dispersión de la presente composición en agua, en una concentración del componente de celulosa del 1 % (p/v), obtenido usando el protocolo descrito anteriormente, tiene un módulo de almacenamiento G' que es superior al módulo de pérdida G". Más preferiblemente, una dispersión de la presente composición en polvo en agua, a una concentración del componente de celulosa del 1 % (p/v), obtenido usando el protocolo descrito anteriormente, tiene un módulo de pérdida G" de al menos 10 Pa, más preferiblemente de al menos, 12,5 Pa, de al menos 15 Pa, de al menos 17,5 Pa o de al menos 20 Pa. En formas de realización de la invención, el módulo de pérdida G" de dicha dispersión es de 100 Pa o menos, por ejemplo, 75 Pa o menos, o 50 Pa o menos.

[0071] En formas de realización de la invención, una dispersión de la presente composición en agua, a una concentración del componente de celulosa del 1 % (p/v), obtenido usando el protocolo descrito anteriormente, tiene un punto de flujo (en el que G'= G") de al menos 10 Pa, más preferiblemente de al menos 12,5 Pa, de al menos 15 Pa, de al menos 17,5 Pa o de al menos 20 Pa. En formas de realización de la invención, el punto de flujo de dicha dispersión es de 75 Pa o menos, por ejemplo de 50 Pa o menos, o de 30 Pa o menos. El punto de flujo es el valor de estrés de cizallamiento crítico por encima del cual una muestra se comporta reológicemente como un líquido; por debajo del punto de flujo muestra un comportamiento elástico o viscoelástico.

[0072] En una forma de realización de la invención, una dispersión de la presente composición en agua, a una concentración del componente de celulosa del 1 % (p/v), obtenido usando el protocolo descrito anteriormente, tiene un punto de fluencia de al menos 1 Pa, preferiblemente de al menos 1,5 Pa, de al menos 2,0 Pa, de al menos 2,5 Pa o de al menos 3 Pa. En formas de realización de la invención, el punto de fluencia de dicha dispersión es de 10 Pa o menos, por ejemplo de 7 Pa o menos, de 6 Pa o menos o de 5 Pa o menos. El punto de fluencia es el estrés de cizallamiento más bajo, por encima del cual una muestra muestra un cambio estructural irreversible; por debajo del punto de fluencia muestra un comportamiento elástico o viscoelástico reversible. Entre el punto de fluencia y el punto de flujo se encuentra la zona de fluencia.

[0073] En una forma de realización de la invención, una dispersión de la presente composición en agua, en una concentración del componente de celulosa del 1 % (p/v), obtenido usando el protocolo descrito anteriormente, tiene una viscosidad a 0,01 de al menos 150 Pa.s, preferiblemente de al menos 200 Pa.s, de al menos 250 Pa.s 0 de al menos 300 Pa.s. En formas de realización de la invención, dicha dispersión tiene una viscosidad a 0,01 s-1 de 750 Pa.s o menos, por ejemplo de 600 Pa.s o menos o de 500 Pa.s o menos.

[0074] En formas de realización de la invención, una dispersión de la presente composición en agua, a una concentración del componente de celulosa del 1 % (p/v), obtenido usando el protocolo descrito anteriormente, se diluye por cizallamiento. El adelgazamiento por cizallamiento, como se utiliza en este caso, significa que la resistencia del fluido al flujo disminuye con un aumento en el estrés de cizallamiento aplicado. El adelgazamiento por cizallamiento también se denomina en la técnica comportamiento pseudoplástico. El adelgazamiento por cizallamiento se puede cuantificar mediante el llamado "factor de adelgazamiento por cizallamiento" (SF), que se obtiene como la proporción de viscosidad a 1 s-1 y a 10 s-1: un factor de adelgazamiento por cizallamiento inferior a cero (SF<0) indica un grosor por cizallamiento, un factor de adelgazamiento por cizallamiento de cero (SF=0) indica un comportamiento newtoniano y un factor de adelgazamiento por cizallamiento superior a cero (SF>0) representa un comportamiento de adelgazamiento por cizallamiento. En una forma de realización de la invención, la propiedad de adelgazamiento por cizallamiento se caracteriza porque el sistema estructurado tiene una viscosidad de vertido específica, una viscosidad específica de bajo estrés y una proporción específica de estos dos valores de viscosidad.

[0075] En formas de realización de la invención, una dispersión de la presente composición en agua, a una concentración del componente de celulosa del 1 % (p/v), obtenido usando el protocolo descrito anteriormente, tiene una viscosidad de vertido que varía de 25 a 2500 mPas, preferiblemente de 50 a 1500 mPas, más preferiblemente de 100 a 1000 mPas. La viscosidad de vertido, tal y como se define aquí, se mide a una velocidad de cizallamiento de 20 s-1.

[0076] A menos que se indique lo contrario, las mediciones del comportamiento de viscosidad y flujo, conforme a esta invención, se realizan a 20 °C, usando un reómetro Anton Paar, Physica MCR 301, con una geometría de placa-placa de 50mm (PP50) y un espacio de 1mm. Para las pruebas de barrido de amplitud, la frecuencia angular se fija a 10 s-1 y la amplitud de tensión (y) es de 0,01 % a 500 %.

Aplicaciones del producto de la invención

[0077] La presente invención se refiere al uso de las composiciones definidas anteriormente y/o que pueden obtenerse mediante cualquiera de los métodos descritos anteriormente como una composición dispersable o redispersable. En particular, la presente invención proporciona el uso de la composición, como se define anteriormente y/o como se puede obtener mediante cualquiera de los métodos descritos anteriormente, para proporcionar una composición fluida estructurada a base de agua, como una suspensión o dispersión (estructurada) o un hidrogel. El término "composición fluida a base de agua", como se utiliza en este caso, se refiere a composiciones a base de agua que tienen características fluidas o fluibles, como un líquido o una pasta. Las composiciones fluidas a base de agua abarcan suspensiones y dispersiones acuosas. Los geles, conforme a la invención, son sistemas acuosos estructurados para los que G'>G", como se explicó aquí anteriormente.

[0078] La composición fluida a base de agua y los hidrogeles de la invención tienen agua como solvente principal. La composición fluida a base de agua puede comprender, además, otros solventes.

[0079] La composición fluida a base de agua o el hidrogel que comprende la composición en polvo según la presente invención es adecuada/o en muchas aplicaciones o industrias, en particular como aditivo, por ejemplo como agente dispersante, agente estructurante, agente estabilizante o agente modificador de reología.

[0080] Las composiciones fluidas a base de agua pueden comprender la composición en polvo en cantidades suficientes para proporcionar una concentración del componente de celulosa que varía entre el 0,25 % (p/v) y el 3 % (p/v), más preferiblemente que varía entre el 0,5 % (p/v) y el 2 % de (p/v) o entre el 0,75 % (p/v) y el 1,5 % (p/v).

[0081] Las composiciones definidas anteriormente y/o que pueden obtenerse mediante cualquiera de los métodos descritos anteriormente son, en particular, adecuadas para usarse en formulaciones detergentes, por ejemplo formulaciones para lavavajillas y lavado de ropa; en productos de cuidado personal y cosméticos, tales como acondicionadores para el cabello y productos para peinar el cabello; en formulaciones para el cuidado de telas, como suavizantes de telas; en formulaciones de pintura y revestimientos, tales como, por ejemplo, formulaciones de pinturas acrílicas a base de agua; composiciones de alimentos y piensos, tales como bebidas, productos congelados y productos lácteos cultivados; formulaciones de pesticidas; productos biomédicos, tales como apósitos para heridas; productos de construcción, como, por ejemplo, en asfalto, hormigón, mortero y yeso proyectado; adhesivos; tintas; fluidos descongelantes; fluidos para la industria del petróleo y el gas, tales como fluidos de perforación, fracking y terminación; productos de papel y cartón o no tejidos; productos farmacéuticos.

[0082] También se contemplan formas de realización, donde la composición en polvo de la presente invención se utiliza para mejorar la fuerza mecánica, la resistencia mecánica y/o la resistencia al rayado en cerámica, cuerpos cerámicos, compuestos y similares.

[0083] En otro aspecto, la invención proporciona usos de las composiciones, tal y como se define aquí de acuerdo con lo que se ha explicado en otra parte. Por lo tanto, como entenderán los expertos en la técnica, en base a la presente descripción, las formas de realización específicas de la invención se relacionan con el uso de una composición, tal y como se define aquí, que incluye una composición que se puede obtener mediante los métodos, tal y como se define aquí, para modificar una o más propiedades reológicas de una formulación a base de agua y/o como un agente estructurante en una formulación a base de agua. En una forma de realización de la invención, se proporcionan usos para modificar una o más propiedades reológicas de una formulación a base de agua y/o como un agente estructurante en una formulación a base de agua. En una forma de realización de la invención, se proporcionan usos para conferir las propiedades reológicas según lo que se define aquí anteriormente (para caracterizar el producto de la invención per se).

[0084] En otro aspecto de la invención, se proporcionan métodos para mejorar una o más propiedades de una formulación acuosa, como las formulaciones descritas aquí anteriormente, donde dicho proceso comprende incorporar a la formulación las composiciones definidas anteriormente y/o que se pueden obtener mediante cualquiera de los métodos descritos anteriormente.

[0085] Para una comprensión apropiada de este documento y sus reivindicaciones, debe entenderse que el verbo "comprender" y sus conjugaciones se usan en su sentido no limitativo para indicar que se incluyen los elementos que siguen a la palabra, pero los elementos que no están específicamente mencionados no están excluidos. Además, la referencia a un elemento mediante el artículo indefinido "un" o "una" no excluye la posibilidad de que esté presente más de uno de los elementos, a menos que el contexto requiera claramente que haya solo uno de los elementos. El artículo indefinido "un" o "una" significa normalmente "al menos un/a". El término "que consiste", dondequiera que se use en este documento, también abarca "que consiste sustancialmente", pero puede limitarse opcionalmente a su significado estricto de "que consiste en su totalidad". Cuando se mencionan los límites superior e inferior para una propiedad, por ejemplo, el Mw, también se puede implicar un rango de valores definido por una combinación de cualquiera de los límites superiores con cualquiera de los límites inferiores. Se debería apreciar que los diversos aspectos y las diversas formas de realización de la descripción detallada que se describen aquí son ilustrativos de las formas específicas de hacer y usar la invención y no limitan el alcance de invención cuando se toman en consideración con las reivindicaciones y la descripción detallada. También se apreciará que las características de diferentes aspectos y realizaciones de la invención pueden combinarse con las características de cualquier otro aspecto y las formas de realización de la invención.

[0086] Los siguientes ejemplos se ofrecen solo con fines ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la presente invención de ninguna manera.

Ejemplos

Ejemplo 1: Procesamiento de pulpa de remolacha azucarera

[0087] 132 kg de pulpa de remolacha azucarera ensilada se lavan en una lavadora de flotación para eliminar todos los elementos de pulpa de remolacha azucarera (arena, piedras, madera, plástico, etc.). Después del lavado, la pulpa de remolacha azucarera se diluye con el mismo volumen de agua (132 kg) y se calienta hasta 40 °C bajo una mezcla lenta continua. A esta temperatura se añaden gránulos de NaOH para alcanzar una molaridad de 0,5 M (gránulos de NaOH de 5,3 kg). Luego se incrementa la temperatura a 95 °C. Se enciende el Silverson FX y se cizalla la mezcla durante el tiempo de reacción completo de 60 minutos para alcanzar una textura suave. Luego la mezcla se enfría hasta 80 °C y se bombea a un filtro prensa de cámara para eliminar la mayor parte del agua, incluida una parte de las proteínas, la hemicelulosa y las pectinas. El filtrado se bombea a las aguas residuales y la torta prensada se diluye con agua a temperatura ambiente hasta una concentración de materia seca alrededor del 1-2 %. Luego a esta suspensión se le añade ácido sulfúrico para alcanzar un pH por debajo de 2 (aproximadamente 8 litros de ácido sulfúrico al 25 %). Después de acidificar, el material se mezcla con Silverson F^xdurante 15 minutos. La mezcla se bombea posteriormente a un filtro prensa de cámara para eliminar la mayor parte del agua (acidificada). El filtrado se bombea a las aguas residuales y la torta prensada se recoge nuevamente en agua a temperatura ambiente hasta un contenido de materia seca alrededor del 1,5 % (MS).

[0088] A esta suspensión se añadió carboximetilcelulosa (CMC) (Akucell AF0305 obtenida de AkzoNobel) en una proporción (p/p) del componente de celulosa y CMC de 95:5. Después de mezclar completamente (durante toda la noche), la suspensión se bombea a una a un homogenizador de alta presión (GEA Niro Soavi Ariete NS3024H, Y:2012, P: 35MPa, Q: 1600L/h, en serie: 947.1) y se homogeneiza 3 veces a 150 bar.

[0089] La masa homogeneizada se transfiere a un filtro prensa (filtro prensa Tefsa HPL, 630 x 630 mm, 16 bar, en serie PT-99576, tela filtrante Tefsa CM-275) y se prensa hasta aprox. 8 % de materia seca a 2,2 bar de presión de filtro. Se extrae una muestra del material obtenido de esta manera (denominada "95/5").

[0090] La torta se recoge y se transfiere a una máquina mezcladora emulsionante al vacío Wuxi, tipo ZJR-5, 1,5 kW, volumen 5 L. Se añade CMC para obtener una mezcla del componente de celulosa y CMC en una proporción (p/p) de 70/30. La mezcla se amasa durante 10 minutos para preparar una pasta fácil de dispersar que tiene un contenido total de materia seca de aproximadamente el 12 % en peso. Se extrae una muestra del material obtenido de esta manera (denominado "70/30").

[0091] Se produjeron varios lotes siguiendo este protocolo y cada vez se tomó una muestra de 95/5 y una muestra de 70/30 para las pruebas de reología. Las muestras fueron evaluadas para redispersabilidad y rendimiento reológico después de la redispersión. Para este fin, la pasta fue redispersada para producir una dispersión de celulosa al 1 %, mezclando 200 ml de agua y una cantidad apropiada de la pasta en un vaso de precipitados de 400 ml que tiene 70 mm de diámetro (ex Duran) usando un agitador de hélice equipado con tres paletas de 45 mm de radio cada una, por ejemplo, un agitador de hélice de 3 paletas R 1381 ex IKA (Agitador 0: 45 mm Eje 0: 8 mm Longitud del eje: 350 mm), colocado 10 mm por encima de la superficie inferior y operado a 700 rpm durante 120 minutos, a 25 °C.

[0092] Las mediciones de reología se realizaron a 20 °C en un reómetro Anton Paar, Physica MCR 301, con una geometría de placa-placa de 50 mm, PP50, y un espacio de 1 mm. Las dispersiones tenían una G' de entre 100 200 Pa.s; un punto de fluencia por encima de 3 y una viscosidad superior a 200 Pa.s (en 0,01 s-1), como se puede apreciar en los datos presentados en la siguiente tabla.

[0093] Las composiciones que comprenden celulosa y carboxicelulosa tenían las propiedades reológicas deseadas, se podrían activar/fibrilar y concentrar fácilmente. Las formulaciones similares sin carboxicelulosa fueron muy difíciles de activar/fibrilar.

Ejemplo 2: Procesamiento de pulpa de remolacha azucarera

[0094] Un lote de 200 kg de pulpa de remolacha azucarera ensilada se lava con una lavadora de flotación y una lavadora de tambor para eliminar todos los elementos que no sean de pulpa de remolacha azucarera (arena, piedras, madera, plástico). Después del lavado, se diluyen 249 kg de pulpa de remolacha azucarera con 341 kg de agua de proceso hasta un peso total de 600 kg. Esta masa se calienta hasta 80 °C bajo mezclado lento continuo. Cuando se alcanzan los 80 °C, se añade ácido sulfúrico al 1 % (p/p). Durante 180 minutos esta masa se mezcla lentamente mientras el Ph está alrededor de 1,5. Después de 180 minutos, la masa se bombea a un filtro prensa de cámara para eliminar la mayor parte del agua, incluida una parte de la proteína, la hemicelulosa y las pectinas. El filtrado se bombea a las aguas residuales y la torta prensada se transporta al tanque de extracción de álcali. Se diluyen 78 kg de torta prensada con agua de proceso a un peso total de 600 kg. El contenido de MS después de la dilución es del 2,59 % (p/p). Esta masa se calienta hasta 40 °C y luego se le añade 1 % (p/p) de NaOH para alcanzar un Ph de alrededor de 11. A continuación, la mezcla se caliente hasta 95 °C y durante 30 minutos se mezcla lentamente y durante 30 minutos se mezcla con alto cizallamiento mediante por un mezclador Silverson FX para alcanzar una textura suave y sin grumos. Esta mezcla se enfría a 80 °C y posteriormente se bombea a un filtro prensa de cámara para eliminar la mayor parte del agua, incluida la parte soluble en álcali de la proteína, la hemicelulosa y las pectinas. El filtrado se bombea a las aguas residuales y la torta prensada se recoge nuevamente en agua de proceso de temperatura ambiente hasta un contenido de materia seca alrededor del 1,5 %.

[0095] A esta suspensión se añadió carboximetilcelulosa (CMC) (Akucell AF0305 obtenida de AkzoNobel) en una proporción (p/p) del componente de celulosa y CMC de 95:5. Después de mezclar completamente (durante toda la noche), la suspensión se bombea a un homogeneizador a alta presión (GEA Niro Soavi Ariete NS3024H, Y:2012, P: 35MPa, Q: 1600L/h, en serie: 947.1) y se homogeneiza 3 veces a 150 bar.

[0096] La masa homogeneizada se transfiere a un filtro prensa (filtro prensa Tefsa HPL, 630 x 630 mm, 16 bar, en serie PT-99576, tela filtrante Tefsa CM-275) y se presiona hasta aprox. 8 % de materia seca a 2,2 bar de presión de filtro. Se extrae una muestra del material obtenido de esta manera (denominado "95/5").

[0097] La torta se recoge y transfiere a una máquina mezcladora emulsionante al vacío Wuxi, tipo ZJR-5, 1,5 kW, volumen 5 L. Se añade CMC para obtener una mezcla del componente de celulosa y CMC en una proporción (p/p) de 70/30. La mezcla se amasa durante 10 minutos para preparar una pasta fácil de dispersar que tiene un contenido total de materia seca de aproximadamente el 12 % en peso. Se extrae una muestra del material obtenido de esta manera (denominado "70/30").

[0098] Se produjeron varios lotes siguiendo este protocolo y cada vez se tomó una muestra 95/5 y una muestra 70/30 para las pruebas de reología. Las muestras se evaluaron para redispersabilidad y rendimiento reológico después de la redispersión. Para este fin, la pasta se redispersó para producir una dispersión de celulosa al 1 %, mezclando 200 ml de agua y una cantidad apropiada de la pasta en un vaso de precipitados de 400 ml que tiene un diámetro de 70 mm (ex Duran) usando un agitador de hélice equipado con tres paletas de 45 mm de radio cada una, por ejemplo, un agitador de hélice de 3 paletas R 1381 ex IKA (Agitador 0: 45 mm Eje 0: 8 mm Longitud del eje: 350 mm), colocado 10 mm por encima de la superficie inferior y operado a 700 rpm durante 120 minutos, a 25 °C.

[0099] Las medidas de reología se realizaron a 20 °C en un reómetro Anton Paar, Physica MCR 301, con una geometría de placa-placa de 50 mm, PP50, y un espacio de 1 mm. Las dispersiones tenían un G' de entre 100 200 Pa.s; un punto de fluencia por encima de 3 y una viscosidad superior a 200 Pa.s (a 0,01 s-1).

[0100] Las composiciones que comprenden celulosa y carboxicelulosa tenían las propiedades reológicas deseadas, se podrían activar/fibrilar y concentrar fácilmente. Las formulaciones similares sin carboxicelulosa fueron muy difíciles de activar/fibrilar.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Proceso de producción de una composición que comprende un componente de celulosa y una carboxicelulosa; donde el proceso comprende los pasos de:

a) proporcionar una mezcla de un líquido acuoso y un material de celulosa derivada de una planta o un microorganismo;

b) combinar una cantidad de carboxicelulosa con la mezcla para alcanzar una proporción de material de celulosa a carboxicelulosa (p/p) superior a 90/10;

2. Proceso según la reivindicación 1, donde la carboxicelulosa se disuelve en agua antes de mezclarse con la suspensión acuosa en el paso b).

3. Proceso según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde la carboxicelulosa es o comprende carboximetilcelulosa.

4. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el material de celulosa comprende material de celulosa parenquimatoso derivado de una pulpa vegetal.

5. Proceso según la reivindicación 4, donde el paso a) comprende:

a1) proporcionar una pulpa vegetal que contiene células parenquimatosas;

a2) someter la pulpa vegetal que contiene células parenquimatosas a un tratamiento (bio-)químico que da como resultado una degradación parcial y/o extracción de pectina y hemicelulosa.

6. Proceso según la reivindicación 5, donde dicho tratamiento (bio-)químico comprende un tratamiento ácido, donde el material de celulosa parenquimatoso se combina con una solución acuosa ácida que tiene un pH dentro del rango de 1-3; y/o un tratamiento alcalino, donde el material de celulosa parenquimatoso se combina con una solución acuosa alcalina, preferiblemente hidróxido de sodio que tiene un pH dentro del rango de 10-12.

7. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde, en el paso c), la celulosa se somete a un proceso de alto cizallamiento mecánico para producir una celulosa microfibrilada.

8. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, donde, en el paso c), la celulosa se somete a un proceso de alto cizallamiento mecánico para producir una composición que tiene un D[4,3] dentro del rango de 25-75 |_im, medido por difractometría láser.

9. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la mezcla producida en el paso b) comprende el material de celulosa y la carboxicelulosa en una proporción (p/p) dentro del rango de 93/7 a 99,5/0,5.

10. Proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el paso d) comprende un tratamiento de deshidratación mediante un filtro prensa.

11. Proceso según la reivindicación 1, donde el paso e) comprende incorporar una cantidad de carboxicelulosa que da como resultado una proporción (p/p) del componente de celulosa y la carboxicelulosa dentro del rango de 20/80 a 80/20.

12. Composición que se puede obtener mediante los procesos definidos en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que se presenta en forma de una pasta que tiene un contenido de materia seca de al menos el 10 % en peso.

13. Composición según la reivindicación 12, que tiene un contenido de sólidos secos de al menos el 15 % en peso, más preferiblemente de al menos el 20 % en peso.

14. Uso de una composición, como se define en la reivindicación 12 o 13, para modificar una o más propiedades reológicas de una formulación a base de agua y/o como agente estructurante en una formulación a base de agua.

15. Método para modificar la reología de una formulación acuosa que comprende el paso de dispersar una composición, como se define en la reivindicación 12 o 13, en dicha formulación, donde dicho método no implica el uso de un equipo que ejerce un cizallamiento superior a 1000 s-1.