MX2012011330A - Carboximetilcelulosa nueva viscosidad alta y metodo de preparacion. - Google Patents

Abstract

La presente invención está dirigida a un proceso para preparar carboximetilcelulosa que comprende los pasos de (a) hacer reaccionar una celulosa no regenerada con un agente de alcalización en la presencia de agua y alcohol isopropílico y (b) hacer reaccionar la celulosa alcalizada con ácido monohaloacético o una sal del mismo, en donde se utiliza de 1.0 a 1.6 mol de agente de alcalización y de 15 a 30 mol de agua en el paso (a) y se utiliza de 0.5 a 0.8 mol de ácido monohaloacético o una sal del mismo en el paso (b), cada uno con base en 1 mol de unidad de anhidroglucosa de la celulosa. La presente invención también se refiere a carboximetilcelulosa preparada mediante ese proceso.

Description

CARBOXIMETILCELULOSA NUEVA DE VISCOSIDAD ALTA Y MÉTODO DE PREPARACIÓN Campo de la Invención La presente invención está dirigida a tipos nuevos de carboximetilcelulosa (CMC), sus métodos de preparación y usos.

Antecedentes de la Invención Las CMCs se utilizan en una amplia variedad de campos técnicos. Las áreas que se benefician de las propiedades de espesamiento y formación de gel de CMC son, por ejemplo, la industria petrolera (por ejemplo, en fluidos de perforación), la industria alimenticia, la industria farmacéutica, la industria del papel, la industria eléctrica y electrónica, la industria textil y la industria de la construcción.

La preparación de CMCs por alcalización con NaOH o KOH y carboximetilación subsiguiente con ácido monocloroacético se describe en numerosos documentos, por ejemplo, WO-A-99/20657, US-A-3,574, 188, US-A-4, 579 , 043, US-A-2004/0158058, y DD-A-233 376. En los documentos WO-A-99/20657, US-A-3,574, 188, US-A-2004/0158058, y DD-A-233 376 se utilizan cantidades relativamente altas de hidróxido (tales como, de aproximadamente 2 mol o más por unidad de anhidroglucosa de la celulosa) y ácido monocloroacético (tal como aproximadamente 1 mol o más) y por consiguiente, se obtienen C Cs con grados altos de sustitución. El documento US-A-4,579,043 está dirigido a CMCs altamente absorbentes preparados a partir de fibras de celulosa regeneradas a partir de una solución de amonio de cobre. En el documento DD-A-233 376 la CMC se prepara en una mezcla de etanol/agua.

Aunque se conocen las CMCs que se disuelven en agua para soluciones altamente viscosas o geles (denominadas " CMCs de viscosidad alta ") estas CMCs normalmente tienen grados altos de sustitución, lo cual incrementa sus costos de producción debido al consumo alto de agente de alcalización y agente de carboximetilación. Las CMCs que tienen un grado de sustitución más bajo, también están disponibles en el mercado, aunque las soluciones preparadas a partir de estos CMCs padecen de viscosidad más baja, con frecuencia, en combinación con una claridad no satisfactoria de la solución.

Por consiguiente, el objeto a ser resuelto por la presente invención es proporcionar un proceso novedoso más económico para preparar tipos nuevos de CCM que forman soluciones altamente viscosas o geles.

El problema se resuelve mediante un proceso de preparación de carboximetilcelulosa que comprende los pasos de a) hacer reaccionar celulosa no-regenerada con un agente de alcalización en la presencia de agua y alcohol isopropílico y b) hacer reaccionar la celulosa alcalizada con ácido monohaloacético o una sal del mismo, en donde se utiliza de 1.0 a 1.6 mol del agente de alcalización y de 15 a 30 mol de agua en el paso (a) y de 0.5 a 0.8 mol de ácido monohaloacético o una sal del mismo se utilizan en el paso (b), cada uno basado en 1 mol de unidad de anhidroglucosa de la celulosa.

La presente invención también está dirigida a las CMCs novedosas que se pueden obtener mediante este proceso. La presente invención se ocupa adicionalmente de las CMCs que tienen un grado de sustitución desde 0.20 hasta 0.60 y una turbiedad de hasta 20 NTU, medido como un 1% por peso solución de acuosa así como también las CMCs que tienen un grado de sustitución desde 0.20 hasta 0.60 y una viscosidad de por lo menos 400 mPa-s, medido como un 1% por peso solución acuosa.

Otros aspectos de la presente invención son los usos de las CMSs anteriores en diversos campos técnicos en los que pueden actuar como un agente de espesamiento y/o agente de gelificación, aglutinador, estabilizador, emú Isif icador, agente de formación de película, agente de suspensión, coloide protector o inhibidor de cristalización.

El término "CMC" o "carboximetilcelulosa" como se utiliza en la presente descripción abarca celulosa sustituida con grupos de la fórmula -CH2CO2A, en donde A es hidrógeno o un catión monovalente, tal como K+ o preferentemente Na + .

El proceso de la presente invención comprende hacer reaccionar celulosa no regenerada con un agente de alcalización y ácido monohaloacético o una sal del mismo, preferentemente la sal de sodio.

Como se utiliza en la presente descripción, el término "celulosa regenerada" ser refiere a celulosa que se ha preparado por regeneración (es decir, que regresa a su forma sólida) a partir de una solución que incluye fibras disueltas de celulosa. El término "celulosa no regenerada" ser refiere a celulosa que no ha pasado a través de un proceso de disolución de celulosa, normalmente, las fibra de celulosa, en un solvente, y posteriormente regenerándolo a partir de esa solución, es decir, recuperando la celulosa en su forma sólida. En particular "celulosa no regenerada" ser refiere a una celulosa que no se ha recuperado de una solución de xantogenato de celulosa o una solución de celulosa/amonio de cobre o una solución de celulosa in N-metilmorfolin-N-óxido.

El agente de alcalización, es preferentemente NaOH, KOH o una mezcla de los mismos. En una modalidad de la presente invención se utiliza NaOH como el agente de alcalización. En otra modalidad se utilizó KOH como el agente de alcalización. En el último caso, los iones de K+ restante en la CMC producida, preferentemente son intercambiados por iones de Na+ en un paso subsiguiente.

El ácido monohaloacético se puede utilizar como un ácido libre o en su forma de sal. Preferentemente, el ácido monocloroacético o su sal se utiliza en el proceso inventivo, incluyendo a todas las modalidades preferidas descritas a continuación.

De acuerdo con la presente invención, es esencial observar las proporcionas molares de cada uno de los componentes descritos anteriormente durante la preparación de la CMC.

El agente de alcalización, que incluye a los agentes de alcalización preferidos descrito anteriormente, se utiliza en una cantidad desde 1.0 hasta 1.6 mol, preferentemente desde 1.2 hasta 1.6 mol, más preferentemente desde 1.3 hasta 1.5 mol y todavía más preferentemente de aproximadamente 1.4 mol, cada uno basado en 1 mol de la unidad de anhidroglucosa de la celulosa. El ácido monohaloacético, preferentemente ácido monocloroacético, se utiliza en una cantidad desde 0.5 hasta 0.8 mol, preferentemente desde 0.6 hasta 0.8 mol y todavía más preferentemente de aproximadamente 0.7 mol, cada uno basado en 1 mol de unidad de anhidroglucosa de la celulosa. Estas cantidades preferidas de ácido monohaloacético, preferentemente son utilizadas en combinación con las cantidades preferidas del agente de alcalización indicado anteriormente. El agua es utilizada en el paso de alcalización (a) en una cantidad desde 15 hasta 30 mol, preferentemente desde 15 hasta 28 mol, más preferentemente desde 19 hasta 25 mol, todavía más preferentemente desde 20 hasta 24, y aún más preferentemente desde 20 hasta 23, cada uno basado en 1 mol de unidad de anhidroglucosa de la celulosa. Estas cantidades preferidas de agua, preferentemente son utilizadas en combinación con las cantidades preferidas del agente de alcalización y el ácido monohaloacético indicado anteriormente. El alcohol isopropílico se utiliza generalmente en el paso de alcalización (a) en una cantidad desde 5 hasta 80 mol, preferentemente desde 10 hasta 60 mol, más preferentemente desde 20 hasta 40 mol, y todavía más preferentemente desde 30 hasta 35 mol, cada uno basado en 1 mol de unidad de anhidroglucosa de la celulosa. Estas cantidades preferidas de alcohol isopropílico preferentemente son utilizadas en combinación con las cantidades preferidas de agente de alcalización, ácido monohaloacético y agua indicadas anteriormente.

En una modalidad preferida de la presente invención celulosa no regenerada se hace reaccionar con el agente de alcalización en la presencia de agua y alcohol isopropílico y una cantidad adicional de metanol. El metanol, si está presente, se utiliza preferentemente en el paso de alcalización (a) en una cantidad desde 1 hasta 20 mol, más preferentemente desde 2 hasta 15 mol, incluso más preferentemente desde 3 hasta 10 mol, y todavía más preferentemente desde 4 hasta 7 mol, cada uno basado en 1 mol de unidad de anhidroglucosa de la celulosa. Estas cantidades preferidas de metanol preferentemente son utilizadas en combinación con las cantidades preferidas de agente de alcalización, ácido monohaloacético, agua, y alcohol isopropílico, indicadas anteriormente.

Se deberá comprender que los solventes (es decir, agua, alcohol isopropílico y opcionalmente metanol) introducidos en el paso de alcalización (a) normalmente no son removidos en forma deliberada antes o durante la reacción de la celulosa alcalizada con el ácido monohaloacético y por consiguiente dichos solventes también constituyen el medio de reacción del paso (b). Sin embargo, se debe observar que las cantidades de agua, alcohol isopropílico y metanol opcional especificados anteriormente únicamente se refieren a las cantidades presentes durante la alcalización en el paso (b) y no incluyen cantidades adicionales de dichos solventes que opcionalmente pueden ser agregadas posteriormente durante el proceso. Por ejemplo, durante la reacción con ácido monohaloacético en el paso (b).

En algunas modalidades, que incluyen a las modalidades que utilizan las cantidades preferidas de componentes como las que se indicaron anteriormente, el agente de alcalización y el ácido monohaloacético se utilizan in una proporción molar desde 2.5:1 hasta 1.5:1, más preferentemente desde 2.3:1 hasta 1.7:1, todavía más preferentemente desde 2.1:1 hasta 1.9:1, e incluso más preferentemente de aproximadamente 2:1.

El proceso inventivo para la preparación de CMCs como el que se describió anteriormente conduce a tipos nuevos de CMCs. Normalmente, las CMCs novedosas de acuerdo con la presente invención tienen un grado de sustitución desde 0.20 hasta 0.60, preferentemente desde 0.30 hasta 0.60, más preferentemente desde 0.38 hasta 0.57, incluso más preferentemente desde 0.40 hasta 0.51 y todavía más preferentemente desde 0.42 hasta 0.48. El grado de sustitución es el número promedio de grupos OH que se han sustituido en una unidad de anhidroglucosa. Esta se determina de acuerdo con el ASTM D 1439-03 "Métodos de prueba estándar para carboximetilcelulosa de sodio; grado de eterificación , método de prueba B: titulación no acuosa" (Standard Test Methods for Sodium Carboxymethylcellulose; Grado de Etherification, Test Method B: Nonaqueous Titration). El tratamiento de una muestra sólida del CMC con ácido acético glacial a temperatura de ebullición libera una cantidad de ión de acetato equivalente a los grupos carboximetilo de sodio. Estos iones de acetato pueden ser titulados como una base fuerte en ácido acético anhidro utilizando una solución estándar de ácido perclórico. El punto final de la titulación se determina en forma potenciométrica. Otras sales alcalinas de los ácidos carboxílicos (por ejemplo, glicolato de sodio y diglicolado disódico) se comportan de manera similar y son co-tituladas.

Es muy sorprendente que los tipos nuevos de CMC de acuerdo con la presente invención forman soluciones altamente viscosas o geles en medio acuoso a pesar de su grado bajo a moderado de sustitución.

En un aspecto de la presente invención, las CMCs novedosas, que incluyen a aquellas que tienen grados de sustitución preferidos como el que se describió anteriormente, normalmente tienen una viscosidad, medida como un 1% por peso de solución acuosa como se describe más adelante, de por lo menos 400 mPa-s, preferentemente, por lo menos 440 mPa s, más preferentemente por lo menos 600 mPa-s, y todavía más preferentemente de por lo menos 800 mPa-s. La viscosidad se utiliza generalmente hasta de 30,000 mPa-s, preferentemente hasta de 25,000 mPa-s, más preferentemente hasta de 20,000 mPa-s, medido como un 1% por peso de solución acuosa como se describe más adelante.

Con el objeto de determinar la viscosidad de un 1%, la solución es preparada de la siguiente manera (cantidad total de solución 200 g). 198.0 g de agua desionizada (el agua en la CMC es sustraída) se coloca en una botella con tapa roscada de 250. 2 g (peso en seco) de la CMC son agregados sobre la superficie. Después de cerrar la botella, ésta es agitada en forma vigorosa y colocada en un dispositivo rodante hasta que se obtiene una solución clara (48 h). Después de lo cual, la solución se dejó asentar sin agitación/rodamiento durante la noche. La viscosidad es analizada utilizando un instrumento Haake VT550 Viscotester a una temperatura de 20°C (+/-0.1°C) y a un índice de corte de 2.55 S"1. Se utilizan el sensor MV DIN y la copa MV. La solución de la CMC se utiliza para llenar la copa hasta que se alcanza el anillo. La solución es templada previamente a una temperatura de 20°C en un baño de agua. Después de que el sistema se cierra, la solución es templada durante 3 minutos sin corte, entonces empieza el análisis. Después del corte durante 110 s a 2.55 S~ , se toman 15 puntos de datos y se promedian en 20 s.

No únicamente aquellas soluciones acuosas de las CMCs presente son altamente viscosas, además se espera que la claridad de las soluciones CMC acuosas sea buena, es decir, mucho mejor que si se hubiera previsto con base en un grado relativamente bajo de sustitución.

En otro aspecto de la presente invención, las CMCs novedosas, que incluyen a aquellas CMCs preferidas descritas anteriormente, normalmente muestran una turbiedad baja, como del 1% por peso de solución acuosa de hasta 20 NTU (unidades nefelométricas de turbiedad), preferentemente de hasta 15 NTU, más preferentemente desde 0 hasta 10 NTU, todavía más preferentemente desde 0.5 hasta 7 NTU, e incluso más preferentemente desde 0.5 hasta 5 NTU, medido como se indica más adelante.

Preferentemente, el 1% por peso de la solución acuosa de las CMCs novedosas de acuerdo con la presente invención, que incluyen a aquellas CMCs preferidas descritas anteriormente, tienen valores de transmisión desde el 80 hasta el 100%, más preferentemente desde el 84 hasta el 100%, incluso más preferentemente desde el 87 hasta el 99%, todavía más preferentemente desde el 90 hasta el 99%, e incluso más preferentemente desde el 94 hasta el 99%, medido como se indica más adelante.

El 1% por peso de la solución acuosa de CMC se prepara como se describió anteriormente en conexión con el análisis de viscosidad. La transmisión y la turbiedad son analizadas con el instrumento Turbidimeter 2100AN utilizando una lámpara de filamento de tungsteno que emite luz de una longitud de onda desde 300 hasta 1000 nm (Hach Company, Lovely, Colorado, E.U.A.). La transmisión es el análisis fotométrico de la luz transmitida a través de una celda de muestra (diámetro: 24 mm) a una longitud de onda determinada (en este caso de 610 nm). Este se determina en el % de luz transmitida. El sistema es calibrado contra agua (100% de transmisión). El resultado es el promedio de ocho mediciones. La turbiedad es el análisis de la luz dispersa a través de la celda de muestra (diámetro: 24mm) y es determinado en NTUs (unidades nefelométricas de turbiedad) de acuerdo con el método USEPA 180.1. El análisis se realiza contra un estándar de formazina que varía desde <0.1 NTU hasta 7500 NTU (StabICal™, número de catálogo 2659505). Se utiliza un método de módulo de filtro USEPA 180.1 (número de catálogo 3031200, de 400 hasta 600 nm). El resultado es el promedio de diez mediciones.

Dentro del significado de la presente solicitud, los términos "viscosidad alta CMC" o "CMC que tiene viscosidad alta o baja " o las expresiones similares se refieren a las viscosidades de la solución acuosa del CMC.

El tipo de celulosa no regenerada a ser utilizado para la preparación de la CMC no es esencial para la presente invención y está regida por el uso final pretendido de la CMC. Los materiales de partida no regenerados convencionales son celulosas naturales, tales como linters de algodón y pulpa de madera, por ejemplo, pulpa de madera dura o madera suave. Normalmente, se utilizan los linters de algodón o pulpa de madera, dependiendo de la aplicación deseada de la CMC. Hasta ahora, los linters de madera se han empleado con frecuencia para producir una CMC de viscosidad alta. Pero, además de los altos costos de los linters de algodón, no es permitido su uso en alimentos en una gran cantidad de países porque no están disponibles grados que garanticen que están libres de organismos genéticamente modificados (libres de GMO). Utilizando el proceso de la presente invención, éstos pueden ser cambiados para una gran cantidad de aplicaciones a la pulpa de madera más económica que tiene el peso molecular más bajo en lugar de linters de algodón mientras que todavía se obtienen CMCs de viscosidad alta. Gracias a la presente invención, ahora es posible preparar CMCs de grado alimenticio derivados de pulpa de madera, los cuales pueden ser utilizados como agentes de espesamiento poderosos en la industria alimenticia debido a su viscosidad superior y sus propiedades para formación de gel. Aunque la pulpa de manera es el material crudo preferido en el proceso presente por razones económicas, desde luego, también es posible utilizar linters de algodón si se desea una viscosidad extraordinariamente alta para el CMC por algunas razones.

Las CMCs de acuerdo con la presente invención pueden prepararse de acuerdo con cualquier técnica conocida, siempre que las condiciones especificadas en las reivindicaciones que se cumplen durante la realización del proceso no sean cruciales. Los métodos para la preparación de las CMC son bien conocidos son bien conocidos por los expertos en la materia y se pueden encontrar, por ejemplo, las patentes Norteamericanas Nos. 2,067,946; 2,636,879; 4,063,018; 4,250,305; y 4,339,573 y en la publicación de Stigsson, Chem. Eng. And Material Proceedings, Dic. 2001, 1-12. Se puede aplicar cualquier técnica estándar de preparación.

Los pasos esenciales del método de preparación son la alcalización de la celulosa mediante la reacción con el agente de alcalización (paso de alcalización (a)) y la adición de ácido monohaloacético para producir la eterificación de la celulosa álcali (paso de paso de carboximetilación (b)).

La celulosa es alcalizada primero en la presencia de agua y alcohol isopropílico y opcionalmente metanol en el paso de alcalización (a) y posteriormente el ácido monohaloacético es agregado en el paso de carboximetilación. En el paso de alcalización los componentes únicos (por ejemplo, celulosa, agua, alcohol isopropílico, agente de alcalización, y opcionalmente metanol) pueden agregarse en un orden arbitrario. Sin embargo, se prefiere que la celulosa sea combinada con agua, alcohol isopropílico, y opcionalmente metanol en un primer paso y el agente de alcalización es agregado entonces en un paso subsiguiente. Si se utiliza metanol, éste se puede agregar a la mezcla de reacción antes, al mismo tiempo, o poco tiempo después de la adición del ácido monohaloacético, aunque preferentemente éste se agrega al mismo tiempo que el agua y/o alcohol isopropílico, ya sea por separado o como una mezcla con agua y/o alcohol isopropílico.

Existen varias opciones de cómo poner en contacto la celulosa con el agente de alcalización. Preferentemente, se utiliza polvo de celulosa como el material de partida. Normalmente, el polvo de celulosa se suspende (remojado) en la mezcla de solvente/agua que comprende agua, alcohol isopropílico y opcionalmente metanol antes de agregar el agente de alcalización en forma de sólido o como una solución acuosa, sin embargo la cantidad total de agua utilizada en el paso de alcalización debe ser de entre 15 hasta 30 mol, con base 1 mol de unidad de anhidroglucosa.

La cantidad de celulosa in la pasta de partida de celulosa en la mezcla de solvente/agua preferentemente está dentro del intervalo del 1 al 12% por peso, más preferentemente desde el 1 al 10% por peso, y más preferentemente del 3 al 8% por peso, cada uno basado en el peso total de celulosa y la mezcla de solvente/agua.

De acuerdo con el método de pasta preferido el paso de alcalización (a) es normalmente conducido a una temperatura dentro del rango de temperatura desde 10 hasta 40°C, preferentemente desde 15 hasta 40°C, más preferentemente desde 15 hasta 30°C, incluso más preferentemente desde 18 hasta 25°C, y todavía más preferentemente aproximadamente a una temperatura de 20°C. Los tiempos de reacción típicos para el paso de alcalización varía desde 15 hasta 120 min, preferentemente desde 40 hasta 100 min, y más preferentemente desde 50 hasta 80 min dependiendo de la temperatura de reacción. En una modalidad, el paso de alcalización es realizado aproximadamente a una temperatura de 20°C durante un tiempo de 50 a 70 min, preferentemente durante 60 min.

En el paso de carboximetilación (b) el ácido monohaloacético o una sal del mismo, preferentemente la sal de sodio, pueden agregarse limpio o en la forma de una solución, preferentemente en la forma de una solución en agua y alcohol isopropílico y opcionalmente metanol. El paso de carboximetilación normalmente es conducido a una temperatura dentro del intervalo de 40 hasta 100°C, preferentemente desde 50 hasta 90°C, más preferentemente desde 60 hasta 80°C, y todavía más preferentemente aproximadamente a una temperatura de 70°C. En las modalidades el ácido monohaloacético ya está agregado a la mezcla de reacción antes de que se alcance la temperatura de carboximetilación; más preferentemente el ácido monohaloacético ya está agregado entes de que empiece la fase de calentamiento, generalmente a una temperatura, la cual se describió anteriormente para el paso de alcalización, por ejemplo, a una temperatura desde 15 hasta 40°C. La adición previa del ácido monohaloacético a temperaturas inversas puede evitar la degradación no deseada de la celulosa (dando como resultado una disminución de la viscosidad) los cual puede ocurrir a temperaturas superiores en la ausencia de ácido monohaloacético. Después de que se alcanza la temperatura deseada del paso de carboximetilación (temperatura de carboximetilación) como se mencionó antes, normalmente se mantiene la temperatura de carboximetilación durante un período de 0 a 180 min, preferentemente desde 20 hasta 140 min .

El producto obtenido del paso de carboximetilación, es decir, la eterif icación , es la sal de sodio o potasio de carboximetilcelulosa dependiendo de cuál agente de alcalización se haya empleado. De acuerdo con una modalidad preferida, la sal de CMC es neutralizada agregando un ácido, preferentemente un ácido orgánico tal como ácido acético o ácido fórmico, más preferentemente ácido acético. En la presente, "neutralización" significa ajustar el valor de pH para un valor desde 6 hasta 9, preferentemente desde 7 hasta 8. La CMC es separada entonces de la mezcla de reacción y es purificada, si es necesario, dependiendo del uso final pretendido, y se seca. La purificación es realizada de acuerdo con los métodos estándar bien conocidos por aquellos expertos en la materia. Por ejemplo, la CMC puede ser lavada con solventes orgánicos que incluyen mezclas de solventes orgánicos y mezclas de solvente(s)/agua, tales como metanol, acetona, mezclas de metanol/agua , mezclas de acetona/metanol, y mezclas de metanol/alcohol isopropílico/agua.

La propiedad sobresaliente de las CMSs de acuerdo con la presente invención es su capacidad para formar soluciones acuosas altamente viscosas casi claras o geles en combinación con un grado de bajo a moderado de sustitución de la celulosa.

Se ha descubierto que el uso de KOH como el agente de alcalización en el proceso presente tiene como resultado CMCs con propiedades de formación de gel incluso superiores (viscosidad y claridad superiores) en comparación con el uso de NaOH. El carácter de formación de gel mejorado de las CMCs se mantiene incluso si los iones de K+ en la CMC producidas han sido cambiados por iones de Na+ en un paso subsiguiente. Los iones de K+ en la CMC producida pueden ser intercambiados por iones de Na+ después de la separación de la CMC de la mezcla de reacción, por ejemplo, lavándolos de manera extensiva con metanol que comprende aproximadamente el 20 por ciento por peso de una solución de cloruro de sodio acuosa saturada. Después del intercambio de los iones de K + por los iones de Na+ la CMC puede ser purificada de acuerdo con los procedimientos conocidos, por ejemplo, como el que se describió anteriormente o en los ejemplos a continuación.

Las CMCs de acuerdo con la presente invención son candidatos prometedores para una gran cantidad de aplicaciones diferentes. Por ejemplo, éstos pueden utilizarse como agentes de espesamiento y/o agentes de gelif icación , aglutinadores, estabilizadores, emulsificadores, agentes de formación de película, agentes de suspensión, coloides protectores o inhibidores de cristalización. Sus propiedades benéficas hacen a las CMCs presentes, útiles en una variedad de campos técnicos, incluyendo su uso en fluidos de perforación, tales como fluidos de perforación petrolera; en formas de dosificación farmacéuticas, tales como cápsulas, tabletas, soluciones, suspensiones, emulsiones, cremas, y lociones; en productos alimenticios, tales como productos de carne procesados, productos lácteos, productos de panadería, productos alimenticios extrudidos o recubiertos, como sustitutos de carne, aderezos, salsas, marinados, sopas y cremas para untar; en aplicaciones cosméticas, tales como productos para estilizar el cabello, pastas de dientes, emulsiones, cremas, y lociones; en detergentes; en recubrimiento de papel y empastado de papel; en electrodos de soldadura; en aplicaciones textiles, tales como impresión y tintura textiles; en aplicaciones de cerámica, tales como cuerpos de arcilla y producción de tejas; en adhesivos; en pinturas; y en aplicaciones de construcción, tales como aplicaciones de mezcla seca basada en yeso o cemento.

Los siguientes ejemplos se proporcionan con propósitos ilustrativos únicamente y no pretenden limitar el alcance de las reivindicaciones que se encuentran a continuación. A menos que se indique de otra manera, todas las partes y porcentajes son por peso.

EJEMPLOS Material de partida de celulosa: Ejemplos 1 a 20: una celulosa de pulpa de madera que tiene una viscosidad intrínseca de 750-850 ml/g, determinada de acuerdo con Cuen (ISO 5351) Ejemplos 21 a 24: una celulosa de pulpa de madera que tiene una viscosidad intrínseca de 320 a 420 ml/g, determinada de acuerdo con Cuen (ISO 5351) En todos los ejemplos, se utilizaron 129.7 g de celulosa seca (que corresponde a 0.8 mol de unidades anhidroglucosas (AGU)) junto con cantidades variables de alcohol isopropílico (IPA), metanol (MeOH) (o etanol (EtOH) en los ejemplos 21 a 24), agua, NaOH o KOH, y ácido monocloroacético (MCA) como se indicaron en la Tabla. Primero, se introdujo el polvo de celulosa en un reactor de laboratorio seco de 3 litros y entonces, se agregó la mezcla de solvente de alcohol isopropílico, metanol (o etanol) y agua bajo una atmósfera de nitrógeno. Se agregaron NaOH (en la forma de prills) o KOH (en la forma de prills) bajo agitación a una temperatura de 20°C y se continuó la agitación a una temperatura de 20°C durante un total de 60 min. Después de lo cual, la mezcla de reacción se calentó a una temperatura de 70°C durante un período de 40 min y el ácido monocloroacético se agregó en la forma de un 80% por peso de solución acuosa durante los primeros minutos de la fase de calentamiento. La temperatura de 70°C se mantuvo durante 120 min., durante el paso de carboximetilación y posteriormente, la mezcla de reacción se enfrió a una temperatura de 20°C dentro de un período de aproximadamente 60 min. El valor de pH de la mezcla de reacción enfriada se ajustó a 7.5 con ácido acético y la solución se filtró de manera subsiguiente. El residuo de filtro se lavó en forma subsiguiente por lo menos 5 veces con 2 I de una mezcla de metanol/agua (proporción en peso de metanol/agua de 4:1) hasta que ya no se detectaron iones en el filtrado. Esto fue seguido por un paso de lavado final con metanol puro. Las mezclas lavadas se secaron durante la noche en un gabinete de secado a una temperatura de 55°C y posteriormente se molieron en un molino de laboratorio.

El grado de sustitución de las CMCs obtenidas se determinó como se describe en la parte general de la especificación. El 1% por peso de las soluciones de las muestras de CMC también se prepararon y su viscosidad, turbiedad y transmisión se determinaros en la forma que se describe en la parte general de la especificación. Los resultados se presentan en la Tabla.

Tabla * ejemplo de comparación 1 cantidades utilizadas en el paso de alcalinizaclón 2 grado de sustitución 3 con base en ácido monocloroacético En los ejemplos comparativos 4, 8, y 12, el agente de alcalización de NaOH y el ácido monocloroacético fueron utilizados en cantidades altas fuera de los rangos reclamados y en consecuencia, se obtuvieron las CMCs que tienen grados altos de sustitución (> 0.72). Independientemente de su grado de sustitución relativamente alto, la viscosidad de sus soluciones es relativamente baja (= 236 mPa-s), es decir, una viscosidad más baja que los ejemplos inventivos. Los ejemplos comparativos 1, 2, 3, 13, y 14 se prepararon con cantidades de agua bajas fuera del rango reclamado y las soluciones de las CMCs resultantes, exhiben todas una transmisión baja (=55%) en combinación con turbiedad relativamente alta (> 12 NTU) y viscosidad relativamente baja (= 349 mPa-s). Es evidente que únicamente los ejemplos de acuerdo con la presente invención proporcionan CMCs las cuales son, independientemente de su grado de sustitución bajo, superiores con respecto a la viscosidad, turbiedad y transmisión de sus soluciones acuosas.

Germán Offenlegungsschrift en el documento DD-A-233 376 describe la alcalización de celulosa con una mezcla de KOH y NaOH en la presencia de 1.5 a 15 partes por peso de etanol con un contenido de agua de 20 a 60 por ciento por peso. Sin embargo, la a el uso de mezcladores de intensidad alta costosos, tales como mezcladores de corte de tapón. Los reactores agitados, los cuales se utilizan comúnmente en procedimientos de pasta no son adecuados para dicho medio de reacción. Cuando se alcaliza la celulosa con una mixture de KOH y NaOH en la presencia de una cantidad de mezcla de etanol/agua que es suficiente para permitir el uso de un reactor agitado, se obtuvo la CMC con únicamente un grado bajo de sustitución, la cual tuvo una viscosidad muy baja y una turbiedad alta, como lo ilustran los ejemplos comparativos 23 y 24. Los ejemplos comparativos 21 y 22 ilustran que no se lograron mejores resultados cuando se utiliza NaOH en lugar de una mezcla de KOH y NaOH.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para preparar carboximetilcelulosa que comprende los pasos de a) hacer reaccionar celulosa no regenerada con un agente de alcalización en la presencia de agua y alcohol isopropílico y b) hacer reaccionar la celulosa alcalizada con ácido monohaloacético o una sal del mismo, en donde se utiliza de 1.0 hasta 1.6 mol del agente de alcalización y de 15 hasta 30 mol de agua en el paso (a) y de 0.5 hasta 0.8 mol de ácido monohaloacético o una sal del mismo se utilizan en el paso (b), cada uno basado en 1 mol de unidad de anhidroglucosa de la celulosa.

2. El proceso tal y como se describe en la reivindicación 1, caracterizado además porque el paso (a) es conducido en la presencia de agua, alcohol isopropílico y metanol.

3. El proceso tal y como se describe en la reivindicaciones 1 o 2, caracterizado además porque se utilizan desde 5 hasta 80 mol de alcohol isopropílico en el paso (a), con base en 1 mol de unidad de anhidroglucosa de la celulosa.

4. El proceso tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado además porque se utilizan desde 15 hasta 28 mol de agua en el paso (a), con base en 1 mol de unidad de anhidroglucosa de la celulosa.

5. El proceso tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado además porque se utiliza desde 1.2 hasta 1.6 mol de agente de alcalización en el paso (a), con base en 1 mol de unidad de anhidroglucosa de la celulosa.

6. El proceso tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado además porque la celulosa es alcalizada mediante la suspensión del polvo de celulosa en agua, alcohol isopropílico y opcionalmente metanol y agregando el agente de alcalización, ya sea en forma sólida o como una solución acuosa.

7. El proceso tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado además porque el producto obtenido después de la alcalización y reacción con ácido monohaloacético o una sal del mismo es neutralizado mediante la adición de un ácido, preferentemente ácido acético.

8. El proceso tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado además porque se utiliza NaOH como un agente de alcalización.

9. El proceso tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado además porque se utiliza KOH como el agente de alcalización.

10. El proceso tal y como se describe en la reivindicación 9, caracterizado además porque los iones de K + son intercambiados por iones de Na+ en un paso subsiguiente.

11. La carboximetilcelulosa que se puede obtener mediante el proceso tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

12. La carboximetilcelulosa que tiene un grado de sustitución desde 0.20 hasta 0.60 y una turbiedad de hasta 20 NTU, medido como un 1% por peso solución acuosa.

13. La carboximetilcelulosa que tiene un grado de sustitución desde 0.20 hasta 0.60 y una viscosidad de por lo menos 400 mPa-s, medido como un 1% por peso solución acuosa.

14. El uso de carboximetilcelulosa tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13 como un agente de espesamiento y/o agente de gelificación, aglutinador, estabilizador, emulsificador, agente de formación de película, agente de suspensión, coloide de protección o inhibidor de cristalización.

15. El use de carboximetilcelulosa tal y como se describe en cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en fluidos de perforación, tales como fluidos de perforación petrolera; en formas de dosificación farmacéuticas tales como cápsulas, tabletas, soluciones, suspensiones, emulsiones, cremas, y lociones; en productos alimenticios, tales como productos de carne procesada, productos lácteos, productos de panadería, productos alimenticios estructurados, extrudidos o recubiertos, como sustitutos de carne, aderezos, salsas, marinados, sopas y cremas para untar; en aplicaciones cosméticas, tales como productos para estilizar el cabello, pastas de dientes, emulsiones, cremas, y lociones; en detergentes; en recubrimiento de papel o empastado de papel; en electrodos de soldadura; en aplicaciones textiles, tal como impresión y tintura textil; en aplicaciones de cerámica, tales como cuerpos de arcilla y producción de tejas; en adhesivos; en pinturas; y en aplicaciones de construcción, tales como aplicaciones de argamasa seca basada en yeso o cemento.