MX2012010053A - Metodo para preparar eter de celulosa no ionico soluble en agua. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un método para preparar un éter de celulosa no iónico soluble en agua que tiene bajo contenido insoluble y que proporciona una solución transparente. Más específicamente, se proporciona un método para preparar un éter de celulosa no iónico soluble en agua que comprende al menos las etapas de: secar una hoja de pasta papelera o las astillas de pasta papelera en las cuales se ha convertido la hoja de pasta papelera, poner en contacto la hoja de pasta papelera o las astillas de pasta papelera secas con una solución de hidróxido de metal alcalino para obtener celulosa alcalina, drenar la celulosa alcalina y hacer reaccionar la celulosa alcalina drenada con un agente eterificante.

Description

MÉTODO PARA PREPARAR ÉTER DE CELULOSA NO IÓNICO SOLUBLE EN AGUA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo de la Invención La presente invención se refiere a un método para preparar éter de celulosa no iónico soluble en agua que tiene un bajo contenido de fibra insoluble y una alta proporción de utilización de un agente eterificante. 2. Descripción de la Técnica Relacionada Cuando el éter de celulosa no iónico soluble en agua se disuelve en agua, se vuelve pegajoso de manera que se utiliza como espesante para champús o enjuagues transparentes, productos para peluquería, gotas para los ojos, detergentes para lentes de contacto y lo similar. Por ejemplo, el éter de celulosa no iónico soluble en agua tal como metilcelulosa o hidroxipropilcelulosa comprende un grupo hidrófilo y un grupo hidrófobo en su molécula, mostrando así actividad interfacial. Por tanto se utiliza como un estabilizador de suspensión en la polimerización en suspensión del cloruro de vinilo o del cloruro de vinildeno y también puede utilizarse como materia prima para materiales de envoltura transparentes para uso doméstico. En tales aplicaciones los productos deseablemente son transparentes. Si una solución acuosa de éter de celulosa no iónico soluble en agua no muestra una distribución a nivel molecular y en consecuencia no es transparente, los productos obtenidos pueden ser inferiores en transparencia o en función debido a que se presentan porciones defectuosas en los productos . Aunque se requiere una solución acuosa de éter de celulosa no iónico soluble en agua para tener una alta viscosidad, se considera difícil obtener una solución acuosa transparente debido a que el éter de celulosa no iónico soluble en agua de alta viscosidad tiene un contenido de fibra insoluble mayor que el éter de celulosa de baja viscosidad.

Con vistas a superar estos problemas, de acuerdo con la Publicación Examinada de la Solicitud de Patente Japonesa (JP-B) No. 53-12954/1978, se propone un método que comprende las etapas de dejar que una pulpa de materia prima absorba una solución alcalina acuosa que tiene una concentración de 15 a 75% por peso a una temperatura de 5 a 80°C; prensar la pulpa resultante dentro de los 10 segundos siguientes a la absorción para retirar la porción excesiva de la solución alcalina acuosa; repetir las etapas anteriores para obtener celulosa alcalina; y hacer reaccionar la celulosa alcalina con un agente eterificante.

De acuerdo con la Publicación no Examinada de la Solicitud de Patente Japonesa (JP-A) No. 10-259201/1998, se propone un método que comprende las etapas de impregnar una pulpa que tiene un contenido de extracto de diclorometano de 0.07% por peso o menos en una solución acuosa de hidróxido de sodio, prensar la pulpa resultante para obtener celulosa alcalina y después eterificar la celulosa alcalina.

De acuerdo con la Publicación no Examinada de la Solicitud de Patente Japonesa (JP-A) No. 2001-354701, el éter no iónico soluble en agua se obtiene triturando una hoja de pasta papelera que tiene una densidad de hoja de 0.4 a 1.0 g/ml en polvos que tienen un tamaño promedio de partícula de 1000 pm o menor, agregando un álcali a los polvos para obtener la celulosa alcalina, y después hacer reaccionar la celulosa alcalina con cloruro de metilo, óxido de propileno y lo similar.

A.W. Anderson y R.W. Swinehart, Tappi, Vol . 39, No. 8,548-553, agosto 1956, describen un método para impregnar una hoja de pasta papelera que tiene una densidad de hoja de 0.47 a 1.17 g/ml en un baño que contiene una solución alcalina durante 0.5 a 4.5 segundos para obtener la celulosa alcalina .

De acuerdo con la Patente de E.U. No. 2,102,205, la pulpa impregnada en una solución' acuosa de hidróxido de sodio durante 2 horas se prensa para obtener celulosa alcalina.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Sin embargo, los presentes inventores han descubierto lo siguiente. En el método descrito en la Publicación Examinada de la Solicitud de Patente Japonesa (JP-B) No. 53-12954/1978, debido a la absorción y al retiro repetidos de una solución alcalina acuosa dos veces, la pulpa dilatada tiende a fragmentarse fácilmente durante la segunda absorción y el retiro, ocasionando asi problemas. Además, el éter de celulosa no iónico soluble en agua así obtenido no tiene una calidad satisfactoria. En el método descrito en la Publicación no Examinada de la Solicitud de Patente Japonesa (JP-A) No. 10-259201/1998 o 2001-354701, es probable que la distribución del álcali no sea uniforme debido al uso de la pulpa en polvo de manera que la celulosa alcalina así obtenida no es satisfactoria desde el punto de vista del contenido de fibra insoluble . En el método descrito en . Anderson y R. . Swinehart, Tappi, volumen 39, No. 8,548-553, agosto 1956, la distribución del álcali se hace no uniforme debido a la impregnación en un corto período de tiempo de manera que el éter de celulosa no iónico soluble en agua así obtenido no es satisfactorio. En el método descrito en la Patente de E.U. No. 2,102,205, la celulosa alcalina obtenida no es adecuada para la preparación de éter de celulosa debido a que tiene una proporción por peso de hidróxido de sodio/celulosa tan alta como 3.0, incrementando así una reacción secundaria.

La invención se ha producido con vistas a lo anterior y un objetivo es proporcionar un método para preparar éter de celulosa no iónico soluble en agua que tiene bajo contenido' insoluble en agua y proporcionar una solución transparente del mismo.

La invención proporciona un método para preparar éter de celulosa no iónico soluble en agua que comprende al menos las etapas de secar una hoja de pasta papelera o las astillas de pasta papelera en las cuales se ha convertido la hoja de pasta papelera; poner en contacto la hoja de pasta papelera o las astillas de pasta papelera secas con una solución de hidróxido de metal alcalino para obtener celulosa alcalina; drenar la celulosa alcalina; y hacer reaccionar la celulosa alcalina drenada con un agente eterificante.

De acuerdo con la invención, puede prepararse el éter de celulosa no iónico soluble en agua que tiene bajo contenido de fibra insoluble y proporcionar una solución transparente del mismo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La presente invención se describirá más específicamente .

La hoja de pasta papelera que va a utilizarse en la invención puede ser pulpa de madera o pasta de borra de algodón. La pulpa derivada de madera se prefiere particularmente para obtener un éter de celulosa no iónico soluble en agua que tiene bajo contenido de fibra insoluble. Como la madera, puede utilizarse una madera blanda tal como pino, abeto y cicuta, y una madera dura tal como eucalipto y maple .

Las astillas de pasta papelera que van a utilizarse en la invención se obtienen cortando una hoja de pasta papelera. Aunque no se impone ninguna limitación al método para preparar astillas de pasta papelera, pueden utilizarse cortadoras convencionales tales como una cortadora en tiras. Una cortadora capaz de cortar la hoja de pasta papelera sucesivamente es ventajosa desde el punto de vista del costo de inversión.

La astilla de pasta papelera tiene comúnmente un lado preferentemente de 2 a 100 mm, más preferentemente de 3 a 50 mm. Cuando la astilla de pasta papelera tiene un lado menor que 2 mm, las fibras de celulosa pueden dañarse de manera que puede obstruirse la penetración uniforme de una solución de hidróxido de metal alcalino en las fibras y puede no obtenerse una celulosa alcalina homogénea. Cuando la astilla de pasta papelera tiene un lado mayor que 100 mm, puede dificultarse el manejo de las astillas de pasta papelera, particularmente para cargarlas en un aparato de impregnación, para transferirlas dentro del aparato o para0 cargarlas en un separador.

La etapa de secado de la hoja de pasta papelera o las astillas de pasta papelera para ponerlas en contacto con una solución de hidróxido de metal alcalino puede conducirse mediante un sistema por lotes o un sistema continuo.

Ejemplos específicos de secado pueden incluir secado por aire caliente, secado mediante calentamiento a través de una pared metálica, secado con una lámpara infrarroja como fuente de calor, secado por alta frecuencia o microondas de 3 a 50 MHz, secado dejando reposar la hoja de pasta papelera o las astillas de pasta papelera en un gas seco, y secado dejando pasar un gas seco a través dé la hoja de pasta papelera o de las astillas de pasta papelera.

Cuando la pulpa se seca por medio de aire caliente o por calentamiento a través de una pared metálica, la temperatura del aire caliente o de la pared metálica es preferentemente menor a 300°C, más preferentemente menor a 200°C. Las temperaturas que exceden los 300°C pueden ocasionar la degradación térmica de la pulpa, lo cual puede conducir al deterioro en la calidad. Cuando se emplea aire caliente, puede utilizarse el secado en un horno de soplado o el secado mediante una corriente de aire caliente durante su transporte neumático en una tubería. Cuando se emplea el calentamiento a través de una pared metálica, los ejemplos específicos del secador utilizado para esto, incluyen un secador giratorio equipado con una estructura de camisa, un secador tipo transportador de tornillo, o un secador tipo paleta .

En el método de secado dejando reposar la hoja de pasta papelera o las astillas de pasta papelera en un gas seco, la hoja de pasta papelera o las astillas de pasta papelera pueden dejarse reposar en un gabinete de almacenamiento, una cámara, un silo, o lo similar que se haya adaptado para una humedad relativa a la cual la absorción de humedad equilibrada de la pulpa sea menor al 5% por peso. Cuando la hoja de pasta papelera o las astillas de pasta papelera se dejan reposar a una temperatura atmosférica preferentemente de 0 a 140°C, más preferentemente de 20 a 100°C, la humedad relativa es preferentemente menor que 50%, más preferentemente menor que 30%. Como la atmósfera seca, puede utilizarse gas nitrógeno, aire o lo similar.

En el método de secado dejando pasar un gas a través de la hoja de pasta papelera o las astillas de pasta papelera, se utiliza el gas seco que tiene una humedad relativa a la cual el contenido de absorción de humedad equilibrada de la pulpa se hace menor que 5% por peso. Cuando el gas que pasa a través de la pulpa o las astillas de pasta papelera tiene una temperatura preferentemente de 0 a 140°C, más preferentemente de 20 a 100°C, la humedad relativa es preferentemente de 50%, más preferentemente menor que 30%. Como el gas seco, puede utilizarse gas nitrógeno, aire o lo similar .

Después de la etapa de secado, el contenido de agua de la pulpa se reduce preferentemente a 5% por peso o menos, más preferentemente a 2% por peso o menos.

El término "contenido de agua" como se utiliza en la presente significa un valor calculado de acuerdo con la siguiente ecuación utilizando un contenido de materia seca determinado por el método especificado en la Determination of Dry Matter Content for Pulp (Determinación del contenido de materia seca para la pulpa) JIS P8203:1998.

Contenido de agua (%) = 100 - (contenido de materia seca) (%) En la ecuación anterior, el contenido de materia seca es una relación del peso de una muestra secada a 105 + 2°C hasta alcanzar un peso constante, a un peso de la muestra antes de secarse. El contenido de materia seca tiene una unidad de % .

El contenido de agua de la pulpa es típicamente de 6.5 a 12% por peso. La disminución del contenido de agua de la pulpa a 5% por peso o menos disminuye el número de fibras insolubles de éter de celulosa. Se presume que la razón es que, en la etapa de poner en contacto la pulpa con la solución de hidróxido alcalina para obtener la celulosa alcalina, cuando la pulpa tiene alto contenido de agua, la solución de hidróxido alcalina que ha penetrado en la pulpa se diluye con el agua contenida en la pulpa y el calentamiento a su dilatación cambia la calidad de las moléculas de celulosa. Si es así, se presume posible reducir el contenido de agua de la pulpa, disminuyendo así el calor de dilución y reduciendo el grado de cambio en la calidad. Por otra parte, un alto contenido de agua de la pulpa da como resultado dos porciones en la celulosa alcalina, es decir, una porción alcalinizada con alta concentración de la solución de hidróxido alcalina y una porción alcalinizada con baja concentración de la solución de hidróxido alcalina. Por consiguiente, la celulosa alcalina no puede eterificarse uniformemente y produce una mezcla de una porción con un alto grado de sustitución y una porción con un bajo grado de sustitución. Se presume que la porción con un bajo grado de sustitución se convierte en fibras insolubles .

Una solución de hidróxido de metal alcalino que va a utilizarse en la etapa de poner en contacto la pulpa con la solución de hidróxido alcalina no se limita particularmente mientras pueda convertir la pulpa en la celulosa alcalina. Sin embargo, por razones económicas, se selecciona preferentemente de una solución acuosa de hidróxido de sodio o de hidróxido de potasio. La concentración de la solución es preferentemente de desde 23 hasta 60% por peso, más preferentemente desde 35 hasta 55% por peso. La solución de hidróxido de metal alcalino es preferentemente una solución acuosa de hidróxido de metal alcalino, pero puede ser una solución de hidróxido de metal alcalino en un alcohol tal como etanol o en una solución mezclada de un alcohol soluble en agua y agua.

Ejemplos del conector para poner en contacto la pulpa incluyen uno tipo baño, uno tipo banda, uno tipo alimentador giratorio, uno tipo transportador de tornillo, uno tipo transportador de cubo y uno tipo tubo.

La temperatura para poner en contacto la pulpa es preferentemente de 5 a 70°C, más preferentemente de 15 a 60°C. Cuando la temperatura es menor que 5°C, la solución de hidróxido de metal alcalino tiene alta viscosidad, lo cual puede disminuir la tasa de absorción de la pulpa que absorbe la solución. Por tanto, tal temperatura baja puede no preferirse desde el punto de vista de la productividad. Cuando la temperatura es de más de 70°C, la solución de hidróxido de metal alcalino tiene baja viscosidad, lo cual puede incrementar la tasa de absorción de la pulpa que absorbe la solución. Como resultado, la composición de la celulosa alcalina puede tener gran variación. Por tanto, tal temperatura alta puede no preferirse desde el punto de vista de la calidad.

El período de tiempo para poner en contacto la pulpa con un exceso de hidróxido de metal alcalino es preferentemente de más de 10 segundos pero no mayor que 600 segundos, más preferentemente de 15 a 120 segundos. Un tiempo de contacto de no más de 10 segundos puede no preferirse desde el punto de vista de la calidad debido a que la composición de la celulosa alcalina resultante puede variar grandemente. Un tiempo de contacto de más de 600 segundos puede no dar como resultado una celulosa alcalina que tenga la composición deseada debido a que la pulpa absorbe excesivamente el hidróxido de metal alcalino.

La solución acuosa de hidróxido de metal que va a utilizarse para poner en contacto la pulpa se encuentra preferentemente en una cantidad tal que la proporción por peso de (solución de hidróxido de metal alcalino) / (celulosa) es mayor que la proporción por peso subsecuente de (solución de hidróxido de metal alcalino) / (celulosa) en el producto de celulosa alcalina que va a someterse a una reacción de eterificación. La proporción por peso de la solución acuosa de hidróxido de metal alcalino que va a utilizarse para poner en contacto la pulpa, al componente sólido en la pulpa (solución de hidróxido de . metal alcalino/componente sólido en la pulpa) se encuentra preferentemente en el rango de 3 a 5,000, más preferentemente de 10 a 200, aún más preferentemente de 20 a 60. Cuando la proporción por peso es menor que el rango anterior, puede dificultarse el contacto uniforme de la pulpa con el hidróxido de metal alcalino. Aunque no se impone ninguna limitación particular al límite superior, el exceso de la solución de hidróxido de metal alcalino requiere un equipo excesivamente grande de manera que se prefiere comúnmente una proporción por peso de aproximadamente 5000 considerando la economía.

Debe notarse que no se utiliza el peso del hidróxido de metal alcalino sino el peso de la solución de hidróxido de metal alcalino debido a que es importante poner en contacto la pulpa (impregnar la pulpa) físicamente de manera uniforme con la solución de hidróxido de metal alcalino a fin de evitar una situación tal que la cantidad de la solución de hidróxido de metal alcalino sea tan pequeña que parte de la pulpa no esté en contacto (no se humedezca) con la solución de hidróxido de metal alcalino.

Después, en la etapa de drenado de la celulosa alcalina, puede utilizarse el prensado de la celulosa alcalina bajo presión utilizando un rodillo u otro aparato, o el prensado de la celulosa alcalina utilizando separación centrífuga u otro método mecánico. Se prefiere el uso de la separación centrífuga.

En la invención, la cantidad de la solución de hidróxido de metal alcalino que va a utilizarse para poner en contacto la pulpa se selecciona de manera que la proporción por peso del componente de hidróxido de metal alcalino determinada por titulación por neutralización de la celulosa alcalina obtenida en la etapa de drenado, al componente sólido en la pulpa (componente de hidróxido de metal alcalino/componente sólido en la pulpa) sea preferentemente de 0.3 a 1.5, más preferentemente de 0.65 a 1.30, aún más preferentemente de 0.90 a 1.30.

Debido a que la pulpa como materia prima consiste típicamente esencialmente de celulosa y agua, el componente sólido en la pulpa es la celulosa. Cuando la proporción por peso antes descrita es de 0.3 a 1.5, la celulosa no iónica soluble en agua resultante puede proporcionar una solución con mayor transparencia.

El componente sólido en la pulpa comprende, además de celulosa que es el componente principal, materia orgánica tal como hemicelulosa, lignina, o resina, y/o materia inorgánica tal como Si o Fe.

Con respecto a la celulosa alcalina obtenida en la etapa de drenado, la proporción por peso de (componente de hidróxido de metal alcalino) / (componente sólido en la pulpa) puede determinarse utilizando la siguiente titulación de neutralización cuando el hidróxido de metal alcalino es, por ejemplo, hidróxido de sodio.

Se mide el peso total de la masa de celulosa alcalina obtenida en la etapa de drenado. Se determina la cantidad (% por peso: % por peso) del hidróxido de metal alcalino en 4.00 g de la masa de celulosa alcalina obtenida en la etapa de drenado por titulación de neutralización (0.5 mol/1 H2S04, fenolftaleína como indicador) . Se lleva a cabo una prueba en blanco de la misma manera. %'por peso de hidróxido de metal alcalino = (factor de normalidad) x {cantidad (mi) de H2S04 agregado por goteo -cantidad (mi) de H2S04 agregado por goteo en la prueba en blanco} En la ecuación anterior, el peso molecular del hidróxido de sodio se ajusta a 40.

Si el % por peso del hidróxido de metal alcalino puede determinarse, es posible determinar el "componente de hidróxido de metal alcalino" en la cantidad total de la masa de celulosa alcalina obtenida en la etapa de drenado.

El "componente sólido en la pulpa" puede determinarse, por ejemplo, muestreando aproximadamente 2 g de la pulpa, secándola a 105°C durante 4 horas y encontrando el % por peso de la pulpa secada en el peso de la pulpa muestreada.

La proporción por peso del (componente de hidróxido de metal alcalino) / (componente sólido en la pulpa) en la celulosa alcalina obtenida en la etapa de drenado, como se describe más adelante, es aproximadamente la misma que la proporción por peso del (componente de hidróxido de metal alcalino) / (componente de celulosa alcalina en sentido estricto) en la celulosa alcalina obtenida en la etapa de drenado .

Utilizando el % por peso del hidróxido de metal alcalino en la masa, puede determinarse el componente de hidróxido de metal alcalino) / (componente de celulosa alcalina en sentido estricto) de acuerdo con la siguiente ecuación: (peso del hidróxido de metal alcalino) / (peso del componente de celulosa alcalina en sentido estricto) = (% por peso del hidróxido de metal alcalino) /[{ 100 - (% por peso del hidróxido de metal alcalino) (B/100) } x (S/100)] En la ecuación anterior, B representa la concentración (% por peso) de la solución de hidróxido de metal alcalino utilizada y S representa la concentración (% por peso) del componente sólido en la pulpa. En la ecuación anterior, 100 - (% por peso del hidróxido de metal alcalino) / (B/100) significa el % por peso del componente diferente a la solución de hidróxido de metal alcalino en la masa. Suponiendo que la celulosa alcalina en sentido estricto se encuentra presente al mismo % por peso que el % por peso del componente sólido en la pulpa, S/100 se multiplica para obtener el % por peso de la celulosa alcalina.

El término "celulosa alcalina en sentido estricto" significa un concepto más estrecho de la celulosa alcalina qué la celulosa alcalina que contiene el hidróxido de metal alcalino que se obtiene mediante la etapa de drenado. Esto significa la celulosa alcalina obtenida en sí retirando la solución de hidróxido de metal alcalino proveniente de la celulosa alcalina que contiene el hidróxido de metal alcalino obtenida en la etapa de drenado.

En la etapa de hacer reaccionar la celulosa alcalina así obtenida con un agente eterificante, la celulosa alcalina puede alimentarse a un reactor de eterificación después de cortarse en trozos con tamaños apropiados, por ejemplo, en astillas. El reactor de eterificación es preferentemente un reactor en el cual se lleva a cabo la reacción de eterificación mientras se tritura la celulosa alcalina mediante una fuerza mecánica hasta que las astillas pierdan su forma. Por consiguiente, se prefiere un reactor que comprende un mecanismo de agitación en el mismo, incluyendo un mezclador de corte de surco. Alternativamente, antes de cargar la celulosa alcalina en el reactor de eterificación, ésta puede triturarse con anticipación por medio de otro aparato que comprenda en el mismo un mecanismo de agitación o de un aparato de trituración tal como una sierra cortadora.

Ejemplos del agente eterificante incluyen un alquil haluro tal como cloruro de metilo o cloruro de etilo; y un óxido de alquileno tal como óxido de etileno u óxido de propileno.

Después de poner en contacto la pulpa y el hidróxido de metal alcalino entre sí, la curación procede con homogenización y mercerización. La curación no progresa suficientemente durante un corto período de tiempo de manera que se incrementa el contenido de fibra insoluble del éter de celulosa producido mediante la eterificación de tal celulosa alcalina. Por esta razón, en la celulosa alcalina que va a hacerse reaccionar con el agente eterificante, una proporción de la porción de la celulosa alcalina habiendo transcurrido un tiempo de 60 minutos o menos después de que la pulpa y el exceso del hidróxido de metal alcalino se ponen en contacto, es preferentemente de 50% por peso o menos, más preferentemente de 30% por peso o menos. Cuando la porción de la celulosa alcalina habiendo transcurrido un tiempo de 60 minutos o menos después de poner en contacto la . pulpa y el exceso del hidróxido de metal alcalino, se convierte en más del 50%, la porción insuficientemente curada puede incrementarse de manera que puede incrementarse el contenido de fibra insoluble del éter de celulosa no iónico soluble en agua .

Ejemplos del éter de celulosa no iónico soluble en agua de la invención incluyen alquil celulosa tal como la metil celulosa (MC) ; hidroxialquil celulosa tal como la hidroxipropil celulosa (HPC) o la hidroxietil celulosa (HEC) j e hidroxialquilalquil celulosa tal como la hidroxipropilmetil celulosa (HPMC) , la hidroxietilmetil celulosa (HEMC) o la hidroxietiletil celulosa (HEEC) .

Ejemplos de la alquil celulosa incluyen metil celulosa que tiene un grupo metoxi (DS) de 1.0 a 2.2 y etil celulosa que tiene un grupo etoxi (DS) de 2.0 a 2.6.

Ejemplos de la hidroxialquil celulosa incluyen hidroxietil celulosa que tiene un grupo hidroxietoxi ( S de 0.05 a 3.0 e hidroxipropil celulosa que tiene un grupo hidroxipropoxi (MS) de 0.05 a 3.3.

Ejemplos de la hidroxialquilalquil celulosa incluyen hidroxietilmetil celulosa que tiene un grupo metoxi (DS) de 1.0 a 2.2 y un grupo hidroxietoxi (MS) de 0.1 a 0.6, hidroxipropilmetil celulosa que tiene un grupo metoxi (DS) de 1.0 a 2.2 y un grupo hidroxipropoxi (MS) de 0.1 a 0.6, e hidroxietiletil celulosa que tiene un grupo etoxi (DS) de 1.0 a 2.2 y un grupo hidroxietoxi (MS) de 0.1 a 0.6.

Debe notarse que típicamente, DS se utiliza para un grado de sustitución y MS se utiliza para un número de sustitución molar, en donde DS significa el número promedio de grupos hidroxilo sustituidos por grupos alcoxi por unidad del anillo de glucosa de la celulosa, y MS significa un número molar promedio de grupos hidroxialcoxi agregados por unidad del anillo de glucosa de la celulosa. Éstos pueden calcularse en base a los resultados medidos utilizando el método de la farmacopea Japonesa.

De acuerdo con la invención, la proporción de utilización del agente eterificante puede incrementarse. Como resultado, la cantidad del costoso agente eterificante necesario para obtener el grado de sustitución deseado puede reducirse de manera que pueda reducirse el costo de producción. Además, es posible reducir la cantidad de subproductos tales como alcohol y éter derivados del alquil haluro y el alquileno glicol derivado del óxido de alquileno, conduciendo a una reducción en el costo para tratarlos (incineración, tratamiento microbiano) o a una reducción en las cargas ambientales. La proporción de utilización del agente eterificante puede calcularse de la siguiente manera: Cuando un alquil haluro tal como cloruro de metilo reacciona con celulosa, se consume una cantidad equimolar de un hidróxido de metal alcalino tal como el hidróxido de sodio. Para producir una tasa de reacción del hidróxido de metal alcalino de casi 100%, comúnmente se carga en el reactor una cantidad excesiva de alquil haluro relativa a la del hidróxido de metal alcalino. La proporción de utilización del alquil haluro se calcula en base a la cantidad del hidróxido de metal alcalino.

Proporción de utilización (%) de alquil haluro = {DS/ (proporción molar del hidróxido de metal alcalino cargada en relación a la celulosa) } x 100 La proporción de utilización de un óxido de alquileno tal como el óxido de propileno, cuando el óxido de alquileno reacciona con celulosa, se calcula también en base a la cantidad de un hidróxido de metal alcalino tal como el hidróxido de sodio.

Proporción de utilización (%) del óxido de alquileno = {MS/ (proporción molar del hidróxido de metal alcalino cargado en relación a la celulosa) } x 100 De acuerdo con la invención, el éter de celulosa no iónico soluble en agua cumple preferentemente el siguiente requerimiento según sea necesario a fin de mejorar la solubilidad. Cuando se agitan 100 g del polvo de éter de celulosa no iónico soluble en agua durante 30 minutos bajo las condiciones de 200 agitaciones por minuto, 156 golpes por minuto, y con una amplitud de 50 mm utilizando un agitador de tamiz Low-Tap modelo 429, producto de Kansai Wire Netting Co., Ltd., adaptado con un tamiz estándar No. 100 (que tiene una abertura de 150 pm) como se prescribe por la JIS Z8801, 25% por peso o menos permanece en el tamiz.

La viscosidad de una solución acuosa al 2% por peso del éter de celulosa no iónico soluble en agua obtenido a 20°C es preferentemente de 2 a 30000 mPa/s, más preferentemente de 300 a 30000 mPa/s.

Si el éter de celulosa no iónico soluble en agua tiene un grado de sustitución insuficiente o se prepara sin una reacción de sustitución uniforme, quedan muchas fibras insolubles que tienen tamaños de aproximadamente 16 a 200 pm al momento de su disolución en agua. El número de fibras insolubles que tienen tamaños de 16 pm a 200 pm que se encuentran presentes en 2 mi de una solución acuosa al 0.1% por peso del éter de celulosa no iónico soluble en agua obtenido es preferentemente de 100 o menos, más preferentemente de 60 o menos.

El número de fibras xnsolubles puede determinarse disolviendo el éter de celulosa no iónico soluble en agua en ISOTON II (producto de Coulter, Inc.), una solución acuosa para su uso con contadores Coulter, en una cámara termostática de 25 °C para preparar una solución acuosa al 0.1% por peso, y contando el número de fibras insolubles que tienen tamaños de 16 µp? a 200 µp? en 2 mi de la solución resultante por medio de un Modelo TA II o un Multisizer, contador Coulter de Coulter, Inc., utilizando un tubo de abertura que tiene un diámetro de 400 µ??. Cuando la concentración del éter de celulosa no iónico soluble en agua es demasiado pequeña para contar el número de fibras insolubles, el número de fibras insolubles puede determinarse contándolas en una solución a alta concentración según sea necesario y convirtiéndolas en el número en una solución acuosa al 0.1% por peso.

La transmitancia luminosa de una solución acuosa al 2% por peso del éter de celulosa no iónico soluble en agua de la invención a 30°C es preferentemente de 96% o mayor, particularmente preferentemente de 97% o mayor medida utilizando un colorímetro fotoeléctrico PC-50 con una longitud de celda de 20 mm y una luz visible.

EJEMPLOS .

La presente invención se describirá adicionalmente en detalle en los Ejemplos y en los Ejemplos Comparativos. No debe interpretarse que la invención se limita a o por los Ejemplos.

Ejemplo 1 Una hoja de pasta papelera de 20 cm x 30 cm que tiene un contenido de agua de 8.0% por peso se secó en un horno de soplado a 80°C durante 30 minutos para disminuir el contenido de agua a 5.0% por peso. Inmediatamente, la hoja de pasta papelera secada se impregnó en una solución acuosa de NaOH al 49% por peso a 40°C durante 30 segundos y después se prensó para retirar el exceso de la solución acuosa de NaOH al 49% por peso para obtener la celulosa alcalina. La proporción por peso de la (solución acuosa de NaOH al 49% por peso) / (componente sólido en la pulpa) en la etapa de impregnación fue de 100. La proporción por peso del (componente de NaOH en la celulosa alcalina obtenida) / (componente sólido en la pulpa) fue de 1.23.

La celulosa alcalina así obtenida se colocó en un reactor tipo agitación interna resistente a la presión en una cantidad tal que la porción de celulosa de la celulosa alcalina fue de 5.5 kg. Después de someterse al vacío, se agregaron a la misma 9.4 kg de cloruro de metilo y 2.90 kg de óxido de propileno para la reacción, seguidos por lavado, secado y pulverización para obtener hidroxipropilmetil celulosa.

La hidroxipropilmetil celulosa así obtenida tuvo un grado de sustitución de me'toxilo (DS) de 1.9 y un grado de sustitución de hidroxipropoxilo (MS) de 0.24. El número de fibras insolubles que tienen tamaños de 16 µp? a 200 µt? fue de 40. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Ejemplo 2 Un gas de nitrógeno seco a 25 °C teniendo una humedad relativa de 0% se pasó a través de las astillas de pasta papelera de 10 mm x 10 mm teniendo un contenido de agua de 8.0% por peso durante 20 minutos para disminuir el contenido de agua a 4.0% por peso. Inmediatamente, las astillas de pasta papelera secas se impregnaron en una solución acuosa de NaOH al 49% por peso a 40°C durante 28 segundos, seguido por separación centrífuga para retirar la porción excesiva de la solución acuosa de NaOH al 49% por peso para obtener la celulosa alcalina. La proporción por peso de la (solución acuosa de NaOH al 49% por peso) / (componente sólido en la pulpa) en la etapa de impregnación fue de 30. La proporción por peso del (componente de NaOH en la celulosa alcalina obtenida) / (componente sólido en la pulpa) fue de 1.21. La celulosa alcalina así obtenida se colocó en un reactor tipo agitación interna resistente a la presión en una cantidad tal que la porción de celulosa de la celulosa alcalina fue de 5.5 kg. Después de someterse al vacío, se agregaron a la misma 9.2 kg de cloruro de metilo y 2.86 kg de óxido de propileno para la reacción, seguidos por lavado, secado y pulverización de la - misma manera que en el Ejemplo 1 para obtener hidroxipropilmetil celulosa. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Ejemplo 3 Un gas de nitrógeno secado a 25 °C teniendo una humedad relativa de 0% se pasó a través de las astillas de pasta papelera de 10 mm x 10 mm teniendo un contenido de agua de 8.0% por peso durante 30 minutos para disminuir el contenido de agua a 2.0% por peso. Inmediatamente, las astillas de pasta papelera secas se impregnaron en una solución acuosa de NaOH al 49% por peso a 40°C durante 27 segundos, seguido por separación centrifuga para retirar la porción excesiva de la solución acuosa de NaOH al 49% por peso para obtener la celulosa alcalina. La proporción por peso de la (solución acuosa de NaOH al 49% por peso) / (componente sólido en la pulpa) en la etapa de impregnación fue de 30. La proporción por peso del (componente de NaOH en la celulosa alcalina obtenida) / (componente sólido en la pulpa) fue de 1.205. La celulosa alcalina así obtenida se colocó en un reactor tipo agitación interna resistente a la presión en una cantidad tal que la porción de celulosa de la celulosa alcalina fue de 5.5 kg. Después de someterse al vacío, se agregaron a la misma 9.17 kg de cloruro de metilo y 2.81 kg de óxido de propileno para la reacción, seguidos por lavado, secado y pulverización de la misma manera que en el Ejemplo 1 para obtener hidroxipropilmetil celulosa. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Ejemplo 4 Aire a 100 °C teniendo una humedad relativa de 2% se puso en contacto con las astillas de pasta papelera de 10 mm x 10 mm teniendo un contenido de agua de 8.0% por peso durante 60 segundos para disminuir el contenido de agua a 0.5% por peso. Inmediatamente, las astillas de pasta papelera secas se impregnaron en una solución acuosa de NaOH al 49% por peso a 40°C durante 25 segundos, seguido por separación centrifuga para retirar la porción excesiva de la solución acuosa de NaOH al 49% por peso para obtener la celulosa alcalina. La proporción por peso de la (solución acuosa de NaOH al 49% por peso) / (componente sólido en la pulpa) en la etapa de impregnación fue de 30. La proporción por peso del (componente de NaOH en la celulosa alcalina obtenida) / (componente sólido en la pulpa) fue de 1.20. La celulosa alcalina así obtenida se colocó en un reactor tipo agitación interna resistente a la presión en una cantidad tal que la porción de celulosa de la celulosa alcalina fue de 5.5 kg. Después de someterse al vacío, se agregaron a la misma 9.1 kg de cloruro de metilo y 2.76 kg de óxido de propileno para la reacción, seguidos por lavado, secado y pulverización de la misma manera que en el Ejemplo 1 para obtener hidroxipropilmetil celulosa. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Ejemplo 5 Se obtuvo la celulosa alcalina de la misma manera que en el Ejemplo 1 excepto que la hoja de pasta papelera se impregnó en una solución acuosa de NaOH al 49% por peso a 20°C durante 10 segundos y después se prensó. La proporción por peso del (componente de NaOH en la celulosa alcalina obtenida) / (componente sólido en la pulpa) fue de 0.670.

La celulosa alcalina obtenida se colocó en un reactor tipo agitación interna resistente a la presión en una cantidad tal que la porción de celulosa de la celulosa alcalina fue de 5.5 kg. Después de someterse al vacío, se agregaron a la misma 5.10 kg de cloruro de metilo y 1.22 kg de óxido de propileno para la reacción, seguidos por lavado, secado y pulverización para obtener hidroxipropilmetil celulosa.

La hidroxipropilmetil celulosa así obtenida tuvo un grado de sustitución de metoxilo (DS) de 1.50 y un grado de sustitución de hidroxipropoxilo (MS) de 0.20. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Ejemplo 6 Un gas de nitrógeno a 10 °C teniendo una humedad relativa de 0% se pasó a través de las astillas de pasta papelera de 10 mm x 10 mm teniendo un contenido de agua de 6.0% por peso durante 30 minutos para disminuir el contenido de agua a 3.0% por peso. Inmediatamente, las astillas de pasta papelera secas se impregnaron en una solución acuosa de NaOH al 49% por peso a 40°C durante 28 segundos, seguido por separación centrífuga para retirar la porción excesiva de la solución acuosa de NaOH al 49% por peso para obtener la celulosa alcalina. La proporción por peso de la (solución acuosa de NaOH al 49% por peso) / (componente sólido en la pulpa) en la etapa de impregnación fue de 30. La proporción por peso del (componente de NaOH en la celulosa alcalina obtenida) / (componente sólido en la pulpa) fue de 1.21. La celulosa alcalina así obtenida se colocó en un reactor tipo agitación interna resistente a la presión en una cantidad tal que la porción de celulosa de la celulosa alcalina fue de 5.5 kg. Después de someterse al vacío, se agregaron a la misma 9.2 kg de cloruro de metilo y 2.86 kg de óxido de propileno para la reacción, seguidos por lavado, secado y pulverización de la misma manera que en el Ejemplo 1 para obtener hidroxipropilmetil celulosa. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Ejemplo 7 Un gas de nitrógeno secado a 0°C teniendo una humedad relativa de 0% se pasó a través de las astillas de pasta papelera de 10 mm x 10 mm teniendo un contenido de agua de 10.0% por peso durante 10 horas para disminuir el contenido de agua a ' 2.0% por peso. Inmediatíimente, las astillas de pasta papelera secas se impregnaron en una solución acuosa de NaOH al 49% por peso a 40°C durante 27 segundos, seguido por separación centrifuga para retirar la porción excesiva de la solución acuosa de NaOH al 49% por peso para obtener la celulosa alcalina. La proporción por peso de la (solución acuosa de NaOH al 49% por peso) / (componente sólido en la pulpa) en la etapa de impregnación fue de 30.> La proporción por peso del (componente de NaOH en la celulosa alcalina obtenida) / (componente sólido en la pulpa) fue de 1.205. La celulosa alcalina así obtenida se colocó en un reactor tipo agitación interna resistente a la presión en una cantidad tal que la porción de celulosa de la celulosa alcalina fue de 5.5 kg. Después de someterse al vacío, se agregaron a la misma 9.17 kg de cloruro de metilo y 2.81 kg de óxido de propileno para la reacción, seguidos por lavado, secado y pulverización de la misma manera que en el Ejemplo 1 para obtener hidroxipropilmetil celulosa. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Ejemplo 8 Aire a 100°C teniendo una humedad relativa de 2% se puso en contacto con las astillas de pasta papelera de 10 mm x 10 mm teniendo un contenido de agua de 12.0% por peso durante 60 segundos para disminuir el contenido de agua a 0.5 por peso. Inmediatamente, las astillas de pasta papelera secas se impregnaron en una solución acuosa de NaOH al 49% por peso a 40°C durante 25 segundos, seguido por separación centrífuga para retirar la porción excesiva de la solución acuosa de NaOH al 49% por peso para obtener la celulosa alcalina. La proporción por peso de la (solución acuosa de NaOH al 49% por peso) / (componente sólido en la pulpa) en la etapa de impregnación fue de 30. La proporción por peso del (componente de NaOH en la celulosa alcalina obtenida) / (componente sólido en la pulpa) fue de 1.20. La celulosa alcalina así obtenida se colocó en un reactor tipo agitación interna resistente a la presión en una cantidad tal que la porción de celulosa de la celulosa alcalina fue de 5.5 kg. Después de someterse ,al vacío, se agregaron a la misma 9.1 kg de cloruro de metilo y 2.76 kg de óxido de propileno para la reacción, seguidos por lavado, secado y pulverización de la misma manera que en el- Ejemplo 1 para obtener hidroxipropilmetil celulosa. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Ejemplo 9 Aire a 140°C teniendo una humedad relativa de 30% se puso en contacto con las astillas de pasta papelera de 10 mm x 10 mm teniendo un contenido de agua de 12.0% por peso durante 60 segundos para disminuir el contenido de agua a 5.0% por peso. Inmediatamente, las astillas de pasta papelera secas se - impregnaron en una solución acuosa de NaOH al 49% por peso a 40°C durante 25 segundos, seguido por separación centrífuga para retirar la porción excesiva de la solución acuosa de NaOH al 49% por peso para obtener la celulosa alcalina. La proporción por peso de la (solución acuosa de NaOH al 49% por peso) / (componente sólido en la pulpa) en la etapa de impregnación fue de 30. La proporción por peso del (componente de NaOH en la celulosa alcalina obtenida) / (componente sólido en la pulpa) fue de 1.23. La celulosa alcalina así obtenida se colocó en un reactor tipo agitación interna resistente a la presión en una cantidad tal que la porción de celulosa de la celulosa alcalina fue de 5.5 kg. Después de someterse al vacío, se agregaron a la misma 9.4 kg de cloruro de metilo y 2.90 kg de óxido de propileno para la reacción, seguidos por lavado, secado y pulverización de la misma manera que en el Ejemplo 1 para obtener hidroxipropilmetil celulosa. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Ejemplo 10 Aire a 25°C teniendo una humedad relativa de 30% se puso en contacto con las astillas de pasta papelera de 10 mm x 10 mm teniendo un contenido de agua de 12.0% por peso durante 5 horas para disminuir el contenido de agua a 5.0% por peso. Inmediatamente, las astillas de pasta papelera secas se impregnaron en una solución acuosa de NaOH al 49% por peso a 40°C durante 25 segundos, seguido por separación centrífuga para retirar la porción excesiva de la solución acuosa de NaOH al 49% por peso para obtener la celulosa alcalina. La proporción por peso de la (solución acuosa de NaOH al 49% por peso) / (componente sólido en la pulpa) en la etapa de impregnación fue de 30. La proporción por peso del (componente de NaOH en la celulosa alcalina obtenida) / (componente sólido en la pulpa) fue de 1.23. La celulosa alcalina así obtenida se colocó en un reactor tipo agitación interna resistente a la presión en una cantidad tal que la porción de celulosa de la celulosa alcalina fue de 5.5 kg. Después de someterse al vacío, se agregaron a la misma 9.4 kg de cloruro de metilo y 2.90 kg de óxido de propileno para la reacción, seguidos por lavado, secado y pulverización de la misma manera que en el Ejemplo 1 para obtener hidroxipropilmetil celulosa. Los resultados se muestran en la Tabla 1.

Ejemplo Comparativo 1 La celulosa alcalina se obtuvo de la misma manera que en el Ejemplo 1 excepto que la hoja de pasta papelera de 20 cm x 30 cm teniendo un contenido de agua de 8.0% por peso no se secó y se impregnó en una solución acuosa de NaOH al 49% por peso a 40°C durante 32 segundos y después se prensó.

La proporción por peso del (componente de NaOH en la celulosa alcalina obtenida) / (componente sólido en la pulpa) fue de 1.24.

La celulosa alcalina así obtenida se colocó en un reactor tipo agitación interna resistente a la presión en una cantidad tal que la porción de celulosa de la celulosa alcalina fue de 5.5 kg. Después de someterse al vacío, se agregaron a la- misma 9.5 kg de cloruro de metilo y 3.03 kg de óxido de propileno para la reacción, seguidos por lavado, secado y pulverización como en el Ejemplo 1 para obtener hidroxipropilmetil celulosa. Los resultados de evaluación se muestran en la Tabla 1.

Ejemplo Comparativo 2 La celulosa alcalina se obtuvo de la misma manera que en el Ejemplo 1 excepto que la hoja de pasta papelera de 20 cm x 30 cm teniendo un contenido de agua de 8.0% por peso no se secó y se impregnó en una solución acuosa de NaOH al 49% por peso a 20°C durante 10 segundos y después se prensó. La proporción por peso del (componente de NaOH en la celulosa alcalina obtenida) / (componente sólido en la pulpa) fue de 0.673.

La celulosa alcalina así obtenida se colocó en un reactor tipo agitación interna resistente a la presión en una cantidad tal que la porción de celulosa de la celulosa alcalina fue de 5.5 kg. Después de someterse al vacío, se agregaron a la misma 5.14 kg de cloruro de metilo y 1.23 kg de óxido de propileno para la reacción, seguidos por lavado, secado y pulverización de la misma manera que en el Ejemplo 1 para obtener hidroxipropilmetil celulosa. Los resultados de evaluación se muestran en la Tabla 1.

Ejemplo Comparativo 3 La celulosa alcalina se obtuvo de la misma manera que en el Ejemplo 1 excepto que la hoja de pasta papelera de 20 cm x 30 cm teniendo un contenido de agua de 6.0% por peso no se secó y se impregnó, en una solución acuosa de NaOH al 49% por peso a 40°C durante 33 segundos y después se prensó. La proporción por peso del (componente de NaOH en la celulosa alcalina obtenida) / (componente sólido en la pulpa) fue de 1.235.

La celulosa alcalina así obtenida se colocó en un reactor tipo agitación interna resistente a la presión en una cantidad tal que la porción de celulosa de la celulosa alcalina fue de 5.5 kg. Después de someterse al vacío, se agregaron a la misma 9.5 kg de cloruro de metilo y 2.97 kg de óxido de propileno para la reacción, seguidos por lavado, secado y pulverización de la misma manera que en el Ejemplo 1 para obtener hidroxipropilmetil celulosa. Los resultados de evaluación se muestran en la Tabla 1.

Ejemplo Comparativo 4 La celulosa alcalina se obtuvo de la misma manera que en el Ejemplo 1 excepto que la hoja de pasta papelera de 20 cm x 30 cm teniendo un contenido de agua de 10.0% por peso no se secó y se impregnó en una solución acuosa de NaOH al 49% por peso a 40°C durante 34 segundos y después se prensó. La proporción por peso del (componente de NaOH en la celulosa alcalina obtenida) / (componente sólido en la pulpa) fue de 1.26.

La celulosa alcalina así obtenida se colocó en un reactor tipo agitación interna resistente a la presión en una cantidad tal que la porción de celulosa de la celulosa alcalina fue de 5.5 kg. Después de someterse al vacío, se agregaron a la misma 9.6 kg de cloruro de metilo y 3.10 kg de óxido de propileno para la reacción, seguidos por lavado, secado y pulverización de la misma manera que en el Ejemplo 1 para obtener hidroxipropilmetil celulosa. Los resultados de evaluación se muestran en la Tabla 1.

Ejemplo Comparativo 5 La celulosa alcalina se obtuvo de la misma manera que en el Ejemplo 1 excepto que la hoja de pasta papelera de 20 cm x 30 cm teniendo un contenido de agua de 12.0% por peso no se secó y se impregnó en una solución acuosa de NaOH al 49% por peso a 40°C durante 36 segundos y después se prensó. La proporción por peso del (componente de NaOH en la celulosa alcalina obtenida) / (componente sólido en la pulpa) fue de La celulosa alcalina asi obtenida se colocó en un reactor tipo agitación interna resistente a la presión en una cantidad tal que la porción de celulosa de la celulosa alcalina fue de 5.5 kg. Después de someterse al vacío, se agregaron a la misma 9.7 kg de cloruro de metilo y 3.15 kg de óxido de propileno para la reacción, seguidos por lavado, secado y pulverización de la misma manera que en el Ejemplo 1 para obtener hidroxipropilmetil celulosa. Los resultados de evaluación se muestran en la Tabla 1.

Como se muestra en la Tabla 1, la pulpa secada, en comparación con la pulpa no secada, disminuyó la cantidad de agentes eterificantes (cloruro de metilo y óxido de propileno) agregada para obtener los grados de sustitución de metoxilo y de sustitución de hidroxipropoxilo predeterminados, dando como resultado el producto a menor costo. Esta disminución se presentó debido al incremento en la proporción de utilización del agente eterificante. Además, la transmitancia luminosa se incrementó y el número dé fibras insolubles disminuyó.

Tabla 1 5 15

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1. Un método para preparar éter de celulosa no iónico soluble en agua, que comprende al menos las etapas de-. secar una hoja de pasta papelera o las astillas de pasta papelera en las cuales se ha convertido la hoja de pasta papelera; poner en contacto la hoja de pasta papelera o las astillas de pasta papelera secas con una solución de hidróxido de metal alcalino para obtener celulosa alcalina; drenar la celulosa alcalina; y hacer reaccionar la celulosa alcalina drenada con un agente eterificante.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la etapa de. secado comprende la reducción del contenido de agua de la hoja o las astillas a 5% por peso o menos .

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2 , en donde el éter de celulosa no iónico soluble en agua es alquil celulosa, hidroxialquil celulosa o hidroxialquilalquil celulosa.