MX2015001225A - Composiciones acuosas estabilizadas de fases multiples. - Google Patents

Abstract

Las composiciones acuosas de fases múltiples se estabilizan usando una mezcla de éter de celulosa y celulosa nanocrocristalina. Las composiciones de fases múltiples pueden incluir compuestos en partículas dispersados en agua, emulsiones de aceite en agua, espumas y combinaciones de estos sistemas. La mezcla se puede usar para estabilizar sistemas acuosos de pintura, productos para el cuidado personal tales como champús y detergentes formados como emulsiones de aceite en agua, y productos espumantes tales como detergentes, champús, otros productos para el cuidado personal y composiciones comestibles tales como sustitutos de crema batida. Además, esta mezcla puede reducir o eliminar la necesidad de surfactantes en muchas de estas composiciones de fases múltiples.

Description

COMPOSICIONES ACUOSAS ESTABILIZADAS DE FASES MÚLTIPLES REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS La presente solicitud reivindica el beneficio bajo 35 U.S.C 119 (e) de la solicitud de patente provisional de E.E.U.U con número de serie 61/677,582, presentada el 31 de julio de 2012, el contenido entero del cual esta explícitamente incorporado aquí por la referencia.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 1. Campo de los conceptos de la invención divulgados y reivindicados Los conceptos del invento actualmente divulgados y reivindicados tratan de sistemas de fases múltiples incluyendo combinaciones de gas estabilizado en líquido en forma de espumas, solidos suspendidos en líquidos, tal como una emulsión de aceite en agua, o viceversa, en forma de una emulsión. Generalmente, las partículas se separarán o se depositarán desde el líquido, sin embargo, la alta viscosidad de un líquido puede ayudar a que las partículas se mantengan dispersas en la suspensión. Los dispersantes también pueden ayudar a mantener los sólidos dispersos en la suspensión. 2. Antecedentes y aspectos aplicables de los conceptos de la invención actualmente divulgados y reivindicados De la misma forma, el aceite generalmente tenderá a separarse del agua pero puede ser estabilizado usando varios auxiliares en particular, usando varios surfactantes. En muchas aplicaciones, el surfactante en particular puede ser indeseable. Por ejemplo en ciertas aplicaciones, surfactantes anicónicos pueden ser irritantes. Con productos alimenticios, es deseable en muchos casos minimizar los aditivos químicos. Las espumas también se descompondrán si no son estables.

Los éteres de celulosa pueden ser adicionados a muchos de esos sistemas de fases múltiples para proveer estabilización, y en particular, incrementar la viscosidad. Típicamente, los éteres de celulosa son usados como modificadores reologicos para composiciones de aceite y agua, y están presentes en muchas de las composiciones de aceite en agua para mejorar la viscosidad. Ellos pueden estar presentes en composiciones de espuma con el propósito de incrementar la viscosidad. En más instancias, su función primaria es elevar la viscosidad con algunos, muy pocos, ejemplos de cuando pueden funcionar también como co-estabilizadores de emulsiones/espumas debido a su carácter lo suficientemente hidrofóbico presente en su estructura.

La celulosa nanocristalina es una porción cristalina de la celulosa la cual se puede formar por hidrólisis acida de la celulosa combinada con un tratamiento mecánico. Esas partículas de celulosa de tamaño nanométrico, son cristalinas en la naturaleza, insolubles en agua, estable, químicamente inactivo y fisiológicamente inerte con propiedades de enlaces atractivos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una gráfica que muestra viscosidad contra velocidad de cizallamiento.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN Antes de explicar por lo menos una modalidad de los conceptos de la invención en detalle de la mano de los dibujos explicativos, experimentaciones, resultados, y procedimientos de laboratorio, debe de entenderse que los conceptos de la invención no están limitados en esta solicitud para los detalles de construcción y de acuerdo a los componentes expuestos en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos, experimentaciones y/o resultados. Los conceptos de la invención son capaces de otras modalidades o de ser practicadas o llevadas a cabo de varias formas. Por lo tanto, el lenguaje usado aqui, está destinado para ser lo más amplio posible con respecto a su alcance y significado, y las modalidades están significadas para ser ejemplares, no exhaustivas. También, debe de entenderse que la fraseología y terminología empleada aquí es para el propósito de descripción y no debe de ser visto como limitante.

A menos de que de otra forma se defina aquí, los términos científicos y teenológicos usados en conexión con los conceptos de la invención actualmente divulgados y reivindicados tendrán los significados que son comúnmente entendidos por aquellos con una ordinaria habilidad en el arte. Además, a menos de que de otra forma se requiera por el contexto, los términos sinqulares incluirán pluralidades y los términos plurales tendrán singularidades. Generalmente las nomenclaturas utilizadas en conexión con téenicas de química descritas aquí, son aquellas bien conocidas y comúnmente usadas en el arte, técnicas de reacción y purificación son ejecutadas de acuerdo a las especificaciones del manufacturero o como comúnmente se realizan en el arte o como se describen aquí. Las nomenclaturas utilizadas en conexión con procedimientos de laboratorio y técnicas de química analítica, química orgánica sintética, y química farmacéutica y medicinal, descritas aquí son aquellas bien conocidas y comúnmente usadas en el arte. Técnicas estándar son usadas para síntesis química, análisis químico, preparaciones farmacéuticas, formulación y envió y tratamiento de pacientes.

Todas las patentes, solicitudes de patentes publicadas, y publicaciones no de patentes mencionadas en esta especificación son indicativas del nivel de habilidad de aquellos habilidosos en el arte a los cuales estos conceptos de la invención actualmente divulgados y reivindicados pertenecen. Todas las patentes, aplicaciones de patente publicadas, y publicaciones no de patente referenciadas en cualquier porción de esta aplicación son aquí expresamente incorporadas por referencia en ellos enteramente al mismo grado como si cada patente individual fue específicamente e individualmente indicada para estar incorporada por referencia.

Todas las composiciones y/o los métodos divulgados y reivindicados aquí pueden estar hechos y ejecutados sin una debida experimentación a la luz de la presente divulgación. Mientras las composiciones y métodos de esta invención han sido descritas en términos de modalidades preferidas. Sera aparente para esos hábiles en el arte que varios pueden ser aplicados a las composiciones y/o métodos y en los pasos o en las secuencias de los pasos del método descrito aquí sin despegarse del concepto, espíritu y enfoque de la invención. Cualquier sustituto similar y modificaciones aparentes para esos habilidosos en el arte se considera que están dentro del espíritu, alcance y concepto de los conceptos de la invención como se definen por las reivindicaciones anexas.

Como se utilizan, acorde con la presente divulgación, los siguientes términos, a menos que se indique de otra manera, se entenderán que tienen los siguientes significados: El uso de la palabra "un" o "uno" cuando es usado en conjunción con el término comprensión en las reivindicaciones y/o especificaciones puede significar "uno", pero es también consistente con el significado de "uno y más", "al menos uno", y "uno más que uno". El uso del término "o" en las reivindicaciones es usado para referirse a "y/o" a menos que explícitamente este indicado para referirse a alternativas únicamente o las alternativas son mutuamente exclusivas, aunque la divulgación nos da una definición que se refiere únicamente a alternativas e "y/o". A lo largo de esta aplicación, el término "aproximadamente" es usado para indicar que un valor incluye la inherente variación de error del dispositivo, el método que este siendo usado para determinar la variación, y/o las variaciones que existan entre los objetos de estudio. El uso del término "al menos uno de" será entendido para incluir una asi como cualquier cantidad más que una, incluyendo pero no limitado a 2,3,4,5,10,15,20,30,40,50,100, etc. El término "al menos uno de" puede extenderse a 100 o 1000 o más, dependiendo al término del cual está sujeto, además, las cantidades de 100/1000 no están para ser consideradas limitantes, como limites muy altos, también pueden producir resultados satisfactorios. A demás, el término "al menos uno de X, Y y Z" puede ser entendido para incluir X sola, Y sola, Z sola, tal y como cualquier combinación de X, Y y Z.

Asi usados en estas especificaciones y reivindicaciones, las palabras "comprensión" (y cualquier forma de comprensión, tal como "comprende" y "comprenden"), "teniendo"( y cualquier forma de teniendo tal como "tiene" y "tienen" ), "incluyendo" (y cualquier forma de incluyendo tal como "incluye" e "incluyen" ), o "conteniendo" (y cualquier forma de conteniendo tal como "contiene" y "contienen" son inclusive, abiertos sin restricciones y no excluyen adicionales, no mencionados elementos o pasos del método.

El término "o combinaciones de los mismos" es usado aquí para referirse a todas las permutaciones y combinaciones de los productos usados que preceden el término. Por ejemplo, "A, B, C, o combinaciones de aquellos" está destinado para incluir al menos uno de: A, B, C, AB, AC, BC, o ABC, y si el orden es importante en un contexto en particular, también BA, CA, CB, CBA, BCA, ACB, BAC, o CAB, continuando con este ejemplo, explícitamente incluidas están las combinaciones que involucran patrones repetitivos de productos o términos, tales como BB, AAA, MB, BBC, AAABCCCC, CBBAAA, CABABB, y asi por el estilo. Los artesanos habilidosos podrán entender que Típicamente aquí no está limitado en el número de elementos o términos en cualquier combinación, a menos de que de otra manera se aparten del contexto.

Los conceptos de la invención actualmente divulgados y reivindicados se basan en la premisa del descubrimiento de que el agua es soluble con éteres de celulosa en combinación con celulosa nanocristalina la cual actúa como estabilizador para sistemas multifásicos, especialmente para sistemas multifásicos acuosos. En general estas combinaciones pueden ser usadas para estabilizar partículas de solidos dispersas en soluciones acuosas, tal y como lo es una emulsión de agua con aceite. Además, se puede usar para estabilizar un sistema de espuma gas/liquido.

Los conceptos de la invención actualmente divulgados y reivindicados proveen una composición de fases múltiples estabilizada, que comprende o consiste de la consistencia esencial de la primera fase, una segunda fase, de éter de celulosa o celulosa nanocristalina. El éter de celulosa puede ser éteres de celulosa no-iónicos y/o aniónicos solubles en agua. La primera fase puede ser un liquido, en una modalidad no limitante, el liquido puede ser agua. La segunda fase puede ser un gas, un sólido o un liquido. En una modalidad no limitante ese gas puede ser aire, el sólido pueden ser partículas suspendidas en el agua y el líquido puede ser un líquido orgánico insoluble en agua.

La celulosa es uno de los biopolímeros, más abundantes en la tierra, encontrándose en la lana, el algodón, cáñamo, y cualquier material construido a base de plantas, como una dominante fase de refuerzo para la estructura de las plantas. La celulosa también puede ser sintetizada por algas y algunas bacterias. Es un homopolímero que consta de repeticiones de unidades de glucosa las cuales están conectadas por los enlaces l-4bglucosidicos. Los enlaces l-4Pglucosídicos forman cadenas lineares, las cuales interactúan fuertemente con cada otra a través de sus enlaces de hidrogeno, co-polímeros de celulosa son altamente cristalinos y se agregan para formar estructuras y microfibras, las microfibras a su vez se agregan para formar fibras de celulosa.

La celulosa purificada de la madera o de la biomasa de la agricultura puede estar extensivamente desintegrada o producida por procesos bacteriológicos. Si el material de celulosa está formado de fibras manométricas y las propiedades del material están determinadas por la estructura de sus fibras nanométricas, esos polímeros se describen como nanocelulosas, estos términos pueden ser usados de forma intercambiable aquí.

En general, las nanocelulosas son fibras en forma de bastón con una longitud que alcanza un valor de aproximadamente 20 a 200. En una modalidad no limitante, las nanocelulosas tienen un diámetro menos de alrededor de 60 nm. En otra modalidad no limitante, la nanocelulosa tiene un diámetro entre aproximadamente 4 nm a aproximadamente 15 nm, y una longitud de aproximadamente 150 nm a aproximadamente 350 nm. El tamaño y forma de los cristales varía dependiendo de sus orígenes. La celulosa nanocristalina derivada de la madera es de 3 a 5 nm de ancho y de 20 a 200 nm de largo. Otra celulosa nanocristalina obtenida de otras fuentes tiene dimensiones demasiado diferentes como la del algodón.

La celulosa tiene alta rigidez, gran área superficial específica, alta proporción de aspecto, baja densidad y superficies de reacción que pueden facilitar la modificación y alteración química. Al mismo tiempo, el material es inerte para muchas sustancias orgánicas e inorgánicas.

La producción de nanocelulosa por fibrilación de fibras de celulosa en elementos de escala nano requiere un intensivo tratamiento mecánico. Dependiendo del material en bruto y el grado del procesamiento, tratamientos químicos pueden ser aplicados antes de la fibrilación mecánica, Generalmente la preparación de la nanocelulosa se puede describir por dos métodos, hidrólisis acida o desfibrilación mecánica. En el primer método la nanocelulosa puede prepararse a partir de la pulpa de la madera o de fuentes agrícolas produciéndose las fibras principalmente por hidrólisis acida para remover las regiones amorfas, las cuales producen después las fibras nanométricas. Las condiciones de hidrólisis son conocidas por afectar las propiedades de los nano cristales resultantes. Diferentes ácidos también afectan las propiedades de la suspensión. El tamaño de los nanocristales, así como sus dimensione, y formas son también determinadas para ciertas extensiones por la naturaleza de la fuente de celulosa.

La hidrólisis acida también puede ser conducida usando un ácido fuerte bajo condiciones estrictamente controladas de temperatura, agitación y tiempo. Las naturalezas de los ácidos, y las proporciones de ácido-celulosa son también parámetros importantes que afectan en la preparación de nanocelulosa. Ejemplos de los ácidos que pueden incluirse, pero no son limitados al, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido fosfórico y ácido bromhídrico. La temperatura de la hidrólisis puede tener un rango de temperatura ambiente hasta 70°C y el tiempo correspondiente a la hidrólisis puede variar de aproximadamente 30 minutos hasta 12 horas, dependiendo de la temperatura. Inmediatamente y en seguida de la hidrólisis la suspensión puede ser diluida para detener la reacción.

En una modalidad no limitante, la suspensión puede ser diluida desde aproximadamente los cinco veces hasta alrededor de diez veces para detener la reacción. Después la suspensión puede ser centrifugada y lavada otra vez. Este proceso puede ser repetido aproximadamente 4 a 5 veces para reducir el contenido de ácido. Los tubos de diálisis de celulosa regenerada o membrana de diálisis de celulosa regenerada Spectrum Spectra/Pro que tienen un corte de molécula de alrededor de 12,000-14,000, se pueden usar para dializar la suspensión contra el agua destilada por varios dias hasta que el pH del agua alcance un valor constante, por ejemplo pero no de la forma limitante, un valor de pH de aproximadamente 7.0.

Para además dispersar y reducir el tamaño de los cristales de celulosa, las suspensiones de cristales de celulosa se pueden procesar ya sea por sonicado o haciéndolo pasar a través de un micro-fluidizador de alto corte o cizallamiento. Este tipo de material preparado está referido como celulosa nanocristalina (NCC), nanocristales de celulosa, nanofibras de celulosa o bigotes de celulosa.

El segundo método es primordialmente u tratamiento físico. Haces de microfibras llamadas microfibrillas de celulosa o celulosa microfibrilada con diámetros de decenas de nanómetros (nm) a (pm) son generados al usar homogenizantes a alta presión en tratamientos de molienda. Un proceso novedoso usa ultrasonificacion de alta intensidad también ha sido usado para aislar fibras de la celulosa natural. Ultrasonido de alta intensidad puede producir mucha fuerza mecánica de poder de oscilación, entonces la separación de las fibras de la biomasa es posible por la acción de fuerzas hidrodinámicas del sonido. Este método produce una celulosa microfibrilada con un diámetro menor de aproximadamente 60 nm, más preferible entre 4 nm hasta alrededor de 15 nm, y una longitud menor de 1000 nm. La microfibrilacion de la celulosa puede opcionalmente puede además someterse a tratamientos químicos, mecánicos, y/o enzimáticos. Ambos métodos para preparar celulosa nanocristalina están descritos en Patente norteamericana No. 8,105,430, la divulgación entera de la cual está incorporada aquí como referencia.

La celulosa nanocristalina puede ser combinada con éter de celulosa para estabilizar los sistemas de fases múltiples, éteres no-iónicos y aniónicos solubles en agua son adecuados para usarlos en los conceptos de la invención actualmente divulgada y reivindicada. Los éteres de celulosa pueden incluir, pero no limitándose a, metilcelulosa, metilhidroxipropil celulosa, metilhidroxietil celulosa, hidroximetil celulosa, hidroxietil celulosa, etil hidroxietil celulosa, carboximetil celulosa, cetil hidroxietil celulosa, y combinaciones de ellos. Las combinaciones pueden ser agregadas en los sistemas de fases múltiples para mejorar la estabilidad.

PARTÍCULAS DISPERSAS Para estabilizar las partículas dispersas en un líquido, especialmente en un medio acuoso, celulosa nanocristalina y eter de celulosa se mezclan juntos, preferiblemente en agua des-ionizada. Generalmente la proporción del eter de celulosa a la celulosa nanocristalina puede estar en el rango de 10:1 hasta aproximadamente 1:10 de peso, en una modalidad no limitante, la proporción puede estar en el rango de 1:4 hasta aproximadamente 1:4. En otra modalidad no limitante, la proporción pude estar en el rango desde aproximadamente 4:1 a aproximadamente 1:1.

Las cantidades de celulosa nanocristalina y éter de celulosa agregados al sistema acuoso, puede ir variando dependiendo sobre todo de la concentración de las partículas a ser suspendidas en el liquido tal y como dice en los requerimientos de uso al final. Generalmente de aproximadamente 0.5 hasta aproximadamente 5% de la combinación por peso puede ser agregada a la formulación acuosa. Generalmente esas formulaciones pueden tener aproximadamente 1 hasta aproximadamente 70% por peso de las partículas insolubles.

Las partículas que están dispersas en sistemas acuosos generalmente tienen un tamaño relativamente pequeño de partícula, por ejemplo, a manera no limitante, menos de aproximadamente 100 mieras. Los conceptos de la invención actualmente divulgados y reivindicados pueden ser usados para estabilizar una amplia variedad de diferentes partículas tales como agentes de color, por ejemplo, pero no de manera limitante, dióxido de titanio, rutilo, partículas de arcilla, sales inorgánicas insolubles en el agua, dióxido de zinc, carbonato de calcio, minerales, espesantes, y otros parecidos.

Una aplicación particular para usarse en estos conceptos de la invención actualmente divulgados y reivindicados es la estabilización de formulaciones de pinturas con base de agua o látex. Esas formulaciones, típicamente son relativamente viscosas. La alta viscosidad ayuda a estabilizar los pigmentos y partículas de espesante. En muchas aplicaciones, las formulaciones son además diluidas antes de su uso. El paso de la dilución reduce la viscosidad y así la estabilidad de la formulación de la pintura. Los conceptos de la invención actualmente divulgados y reivindicados, como lo demuestran abajo, proveen una dispersión de una formulación de pintura "modelo", la cual es estable a concentraciones normales y permanece estable cuando además se diluye abajo. Inclusive, la estabilidad de la dispersión o pintura "modelo" no está acompañada por un incremento de la viscosidad en la velocidad del medio de cizalle que podría ser en este caso cuando los polímeros se usan solos en tales composiciones.

Las composiciones de revestimientos a base de agua son formuladas para lograr las propiedades de aplicación y revestimiento final. Los componentes de los revestimientos pueden incluir pegamentos, pigmentos, extensores, polímeros, surfactantes, coagulantes, agentes neutralizantes, agua, etc. Los pigmentos (ej. Dióxido de titanio), colorantes inorgánicos y extensores (ej. Arcillas y carbonato de calcio) son sólidos granulares incorporados en la formulación del revestimiento para contribuir en su suavidad, color, resistencia, textura y otras propiedades. El aglutinante es un polímero de látex formador de película (por ejemplo, acrílico, estireno acrílico, vinil acrílico, vinil acetato, etc.). Conforme el revestimiento líquido es aplicado y se seca en la superficie, este aglutinante de polímero de formación de película sirve para formar una capa fina (por ejemplo, un revestimiento seco) la cual se une a la superficie y también se pega junto a todos los componentes no volátiles de la pintura incluyendo particularmente a cualquier pigmento y extensor presente. El polímero aglutinante imparte adhesión, brillo, y es crítico para la durabilidad, flexibilidad y resistencia.

Los polímeros modificadores de reología, dispersantes, surfactantes, agentes de control de espumas y coagulantes son usados para optimizar el proceso de manufactura, "estabilidad en empaque", propiedades de la aplicación, humectación de la superficie, flujo, y propiedades de nivelado, etc. También hay una variedad de otros aditivos agregados a la formulación de la cobertura, tales como, emulsionantes, promotores de la adhesión, estabilizadores de rayos UV y biocidas. La celulosa nanocristalina en combinación con éteres de celulosa puede ser usado para estabilizar las partículas dispersas en las formulaciones de la pintura liquida.

Para probar los efectos de la estabilidad de la celulosa nanocristalina en combinación con éter de celulosa, se mezcló una dispersión acuosa de partículas de carbonato de calcio con una dispersión acuosa de hidroxietílcelulosa (HEC) y celulosa nanocristalina (proporciones de peso de alrededor de 2:1) para evaluar la viscosidad a velocidad de cizalle bajo, y la viscosidad a velocidad de cizalle medio. El HEC usado fue Natrosol™ 250 HR/HHR, grado PC, la cual está disponible desde Ashland inc. El carbonato de calcio usado fue MicroWhile 100, el cual tiene un tamaño de partícula de alrededor de 38 hasta las 45 mieras, y la formulación acuosa incluye aproximadamente un 0.2% en peso de tetrapirofosfato de calcio. El tamaño de partícula de los pigmentos en la pintura es generalmente entre tan bajos como decenas de nanómetros hasta los que miden mieras en estado agregado. La concentración de carbonato de calcio fue de alrededor del 60%.

Inicialmente, una dispersión viscosa de HEC y NCC fue formada por combinaciones de dos componentes juntos en agua des-ionizada. Después fue agregado el carbonato de calcio para la dispersión viscosa para asi formar una mezcla, y la mezcla fue agitada con una espátula alrededor de unos 3 a 5 minutos. La composición formada fue diluida con agua suave/des-ionizada a incrementos pequeños hasta un nivel deseado. La sinéresis fue evaluada después de casi 24 horas, y se valoró la sedimentación del empaque/pigmento duro después de 24 horas. En la sinéresis, uno estaba observando por si alguna cantidad de agua fue rechazada de la dispersión o elevada a la parte superior del contenedor. Un empaquetamiento duro fue probado al colocar un depresor de lengua de madera en la dispersión y agitar alrededor. Un resultado de empaque duro positivo puede ser el residuo pesado en el depresor de madera.

Una dispersión estable de carbonato de calcio se formó con aproximadamente un 60% de carbonato de calcio, aproximadamente un 1% de hidroxietilcelulosa (Natrosol™ 250 HHR-P, disponible desde Ashland Inc.) y sin nanocristalinidad. Cuando se diluyó 40% con agua des-ionizada la sinéresis fue observada después de aproximadamente 4 horas.

Una dispersión similar como la de arriba, otra vez sin celulosa nanocristalina fue formada y diluida 28%, de nuevo no se observó sinéresis ni empaquetamiento duro. Sin embargo, cuando se diluyó con un 40% en volumen se observó la sinéresis.

Una mezcla con aproximadamente 1% de hidroxietilcelulosa (Natrosol™ grado 250HHR-P), y aproximadamente 0.5% de celulosa nanocristalina, juntos con aproximadamente 60% de carbonato de calcio, fue preparada formando una dispersión estable. Cuando la dispersión fue diluida al 40%, no se observó sinéresis ni empaquetamiento duro. En una dispersión similar con aproximadamente 0.67% de hidroxietilcelulosa (Natrosol™ grado 250HHR-P) y aproximadamente 0.33% de celulosa nanocristalina, aproximadamente 40% diluida, no produjo sinéresis, ni empaquetamiento duro y fue estable.

Una dispersión de aproximadamente 1% de hidroxietilcelulosa (Natrosol™ grado 250HHR-P) y aproximadamente 0,5% de celulosa nanocristalina con aproximadamente 60& de carbonato de calcio y agua, volvió a diluirse, esta vez al 58% produjo una dispersión la cual no exhibió sinéresis ni empaquetamiento duro. En otro ejemplo, una dispersión similar con aproximadamente 0.67% de hidroxietilcelulosa (Natrosol™ 250HR) y aproximadamente 0.33% de celulosa nanocristalina, aproximadamente 40% diluida, no produjo sinéresis, ni empaquetamiento duro y fue estable. La figura 1 muestra el estimulo en viscosidad de bajo cizalle o bajo corte de la dispersión de carbonato de calcio en agua espesada con HEC-NCC y no fue observado un cambio en la viscosidad de velocidad de cizalle media comparado con el producto de HEC sin NCC.

Estas pruebas establecen que las mezclas de eter de celulosa/celulosa nanocristalina pueden proveer una mejorada tolerancia a la dilución de dispersiones acuosas de partículas insolubles y selectivamente incrementa solo la viscosidad de velocidad de cizalle baja, pero no afecta la viscosidad de velocidad de cizalle media. Esto permite la formación de dispersiones y pinturas "modelo" basadas en mezclas de éter de celulosa/ celulosa nanocristalina, la cual, además puede ser diluida sin perder estabilidad y formulada sin un inesperado incremento en la viscosidad de velocidad de cizalle medio o KU de pintura.

EMULSIONES DE ACEITE EN AGUA La celulosa nanocristalina puede también ser combinada con polímeros de alquil eter celulosa para formar emulsiones estabilizadas de líquidos orgánicos insolubles en agua, en agua, por ejemplo, pero no en una manera limitante, emulsiones de aceite en agua. Tales emulsiones pueden tener menos del aproximadamente 50% del líquido orgánico, generalmente aproximadamente 1% hasta 30%, y más comúnmente aproximadamente 10% al 30% y más típicamente del 20% al 30% de líquido orgánico o aceite. Esto, claro, puede variar dependiendo de los requerimientos de uso final, así como también del líquido orgánico.

Estas emulsiones pueden generalmente incluir de aproximadamente del 0.1 al 20% de éter de alquil celulosa por peso y aproximadamente del 0.01 al 10% de celulosa nanocristalina por peso. En una modalidad no limitante, las emulsiones comprenden del aproximadamente 0.5% a 5% de eter de alquil celulosa. Generalmente la proporción de eter a la celulosa nanocristalina por peso puede ser de aproximadamente 10:1 a aproximadamente 1:10. En una modalidad no limitante, la proporción puede ser de 4:1 a 1:4, en otra modalidad no limitada, la proporción puede ser de aproximadamente 4:1 a 1:1 Generalmente, el éter de alquil celulosa puede incluir, pero no limitarse a, etil hidroxietil celulosa, metilhidroxietil etil celulosa, carboximetil celulosa, cetil hidroxietil celulosa, metil hidroxipropil celulosa e hidroxietilcelulosa asi como también otros.

Típicamente, las emulsiones pueden incluir más de aproximadamente el 0.3% de peso de cristales de celulosa nanocristalina, más preferente de aproximadamente 0.4% o mayor aún, y, en particular aproximadamente el 0.5% de celulosa nanocristalina. En una modalidad no limitante, la emulsión comprende del aproximadamente 0.3% al 1% de celulosa nanocristalina.

La mezcla de NCC/éter de alquil celulosa puede ser usada para estabilizar una amplia variedad de emulsiones de aceite en agua incluyendo productos del cuidado personal, productos del hogar, productos del cuidado de los automóviles y ceras, pesticidas, herbicidas, y otras emulsiones industriales.

En emulsiones de aceite en agua típicas para productos del cuidado personal, se agregan surfactantes, y en particular surfactantes aniónicos, para estabilizar las emulsiones. Sin embargo el uso de celulosa nanocristalina, puede permitirle a uno el reducir las cantidades de surfactantes presentes y, en muchos casos, para eliminar los surfactantes aniónicos. Preferiblemente la composición puede incluir menos de aproximadamente el 1% de surfactante aniónico y en un caso preferible, esencialmente no surfactante.

Otros emulsionantes pueden ser usados en combinaciones con la mezcla de NCC/éter de alquil celulosa tal como emulsionantes no iónicos, además de otros. Ejemplos de emulsionantes no iónicos pueden incluir, pero no limitarse a ello, alcoholes grasos, Steareth-n y Ceteareth-n.

La composición es un producto para el cuidado personal cuando contiene al menos un ingrediente activo para el cuidado personal o agente benéfico. El ingrediente activo del cuidado personal, o agente benéfico puede incluir, pero no limitarse a ello, analgésicos, agentes antibióticos, agentes anti hongos, agentes antisépticos, agentes anticaspa, agentes antibacteriales, vitaminas, hormonas, agentes anti diarrea, corticosteroides, agentes antinflamatorios, vasodilatores, agentes karioliticos, composiciones para los ojos secos, agentes curadores de heridas, agentes anti-infecciosos , absorbentes de rayos UV, hidratantes, humectantes, emolientes, lubricantes, suavizadores, des enredadores de cabello, relajantes del cabello, escultores de cabello, removedores de cabello, removedor de piel muerta, asi como también solventes, diluyentes, adyuvantes, y otros ingredientes, tales como agua, alcohol etílico, alcohol isopropílico, propilenglicol, alcoholes pesados, glicerina, sorbitol, aceite mineral, preservativos, surfactantes, propelentes, fragancias, aceites esenciales, y agentes viscosificantes. En tales composiciones, aceites, tales como aceites minerales, aceites derivados de las plantas Esteres, ceras sintéticas, y siliconas son típicamente usados.

Las composiciones del cuidado personal pueden incluir, cuidado del cabello, cuidado de la piel, cuidado contra la luz solar, cuidado de las uñas, y cuidado bucal. Ejemplos de ingredientes activos del cuidado personal o agentes benéficos en los productos del cuidado personal de acuerdo a la siguiente invención, pueden incluir, pero no limitándose a ello, 1) Perfumes, los cuales dan realce a las respuestas olfativas en forma de fragancias, y perfumes desodorantes, los cuales además de proveer una fragancia también reducen el mal olor. 2) Enfriadores de la piel, tales como el mentol, acetato de mentil, mentil pirrolidona carboxilato N-etil-mentano-3-carboxamida y derivados del mentol, los cuales realzan la respuesta táctil responsables de las sensaciones de frió en la piel. 3) Emolientes, tales como isopropilmiristato, materiales de silicona, aceites minerales y aceites vegetales, los cuales realzan la respuesta táctil responsable en el incremento de lubricidad en la piel. 4) Desodorantes diferentes de los perfumes, cuya función es la de reducir el nivel o el de eliminar la micro flora en la superficie de la piel, especialmente la responsable del desarrollo del mal olor. Precursores de los desodorantes otros como los perfumes pueden ser usados. 5) Activos anti-transpirantes, cuya función es reducir o el de eliminar la aparición de la transpiración en la superficie de la piel. 6) Agentes hidratantes, los cuales mantienen a la piel hidratada por la misma adición del hidratante o previniendo que el hidratante se evapore de la piel. 7) Ingredientes activos contra los rayos dañinos del sol que protegen la piel de los rayos UV y otros rayos peligrosos del sol. De acuerdo a los conceptos de la invención, actualmente divulgados y reivindicados, una cantidad terapéutica efectiva puede normalmente ser de alrededor del 0.01 a aproximadamente el 10% de peso, preferible del 0.1 al 5% por peso de la composición; 8) Agentes para el tratamiento del cabello, los cuales acondicionan el cabello, lavan el cabello, sirven como agentes estetizantes, agentes de volumen y brillo al cabello, agentes de retención del color, agentes anti-caspa, promotores del crecimiento del cabello, pigmentos para el cabello, perfumes para el cabello, relajantes del cabello, agentes que blanquean el cabello, humectantes de cabello, agentes de tratamiento de aceite en el cabello, y agentes anti esponjado de cabello, y 9) Agentes del cuidado bucal, tales como pastas de dientes, dentífricos, y enjuagues bucales, los cuales pueden limpiar, blanquear, desodorizar y proteger los dientes y las encías.

De acuerdo con los conceptos de la invención actualmente divulgados y reivindicados, la composición puede ser usada en composiciones del cuidado del hogar. Los productos del cuidado del hogar, adicionalmente contienen agua y al menos un ingrediente activo para el cuidado del hogar, o agente benéfico. El ingrediente activo para el cuidado del hogar o agente benéfico puede proveer algún beneficio para el usuario. Ejemplos de ingredientes activos agentes benéficos que pueden incluir, pero no limitarse a ello, 1) Perfumes, los cuales dan realce a una respuesta olfatoria, responsable de la formación de fragancias y perfumes desodorantes los cuales además de proveer una respuesta de fragancia reducen el mal olor. 2) Agentes repelentes de insectos, cuya función es de alejar a los insectos de un área en particular o del ataque de la piel. 3) Desodorantes para mascotas o insecticidas tales como las piretrinas que reducen el mal olor de las mascotas. 4) Agentes activos del champú de mascotas, cuya función es remover suciedad, material extraño y gérmenes de la superficie de la piel y del cabello. 5) Barra de grado industrial, gel de baño, y activos del jabón liquido que remueven los gérmenes, suciedad, grasa y aceite de la piel, sanitizan la piel, y condicionan la piel. 6) Ingredientes desinfectantes que matan o previenen el crecimiento de gérmenes en el hogar o en accesos públicos. 7) Activos de suavizantes de lavandería, los cuales reducen la estática y hace a las telas más suaves. 8) Detergentes de lavandería o suavizantes de telas, los cuales retienen el color y el brillo durante el lavado, enjuagado y ciclo de lavado del cuidado de la ropa. 9) Agentes limpiadores de la taza del baño, los cuales reducen el sarro, mata gérmenes y desodoriza; y 10) Agentes del tamaño de la ropa, los cuales realzan la apariencia de la ropa.

La lista de arriba de los ingredientes activos del cuidado personal y del hogar o agentes benéficos, son solo ejemplos y no una lista completa de los ingredientes activos o agentes benéficos que pueden ser usados. Otros ingredientes que también pueden ser usados en este tipo de productos, son muy conocidos en la industria. Adicionalmente con la lista de los ingredientes de arriba convencionalmente usados, de acuerdo con los conceptos de la invención actualmente divulgados y reivindicados pueden opcionalmente incluir ingredientes como colorantes, preservativos, antioxidantes, suplementos nutricionales, hidroxiácidos alfa o beta, potenciadores de la actividad, emulsionantes, polímeros funcionales, alcoholes que tienen de 1 a 6 carbones, grasas o compuestos grasosos, compuestos anti bacteriales, zinc, piritosa, materiales de Silicon, polímeros de hidrocarburo, emolientes, aceites, surfactantes, medicamentos, sabores, fragancias, agentes de suspensión y de mezclas del mismo.

Para probar la capacidad del éter de celulosa y la celulosa nanocristalina para estabilizar las emulsiones de aceite en agua, las emulsiones de aceite en agua, han sido formadas por aproximadamente el 10% de aceite mineral blanco, 1% de preservativo, 0.9% de hidroxietil celulosa modificada hidrófobamente (Natrosol™ Plus 330 CS, disponible desde Asland Inc.) y cantidades variables de celulosa nanocristalina desde aproximadamente el 0.1% hasta aproximadamente el 0.5%. El resto fue agua. A concentraciones del aproximadamente el 0.1 y aproximadamente el 0.2% de celulosa nanocristalina, el aceite en agua fue relativamente inestable. A concentraciones de aproximadamente el 0.3% de celulosa nanocristalina, la estabilidad se incrementó. Aproximadamente al 0.4% y aproximadamente el 0.5% de celulosa nanocristalina, la emulsión fue estable. Estas emulsiones fueron homogéneas con una apariencia en forma de loción sin ningún desvanecimiento del color ni cambio del pH con el reposo. Estas emulsiones han sido estables por al menos cuatro semanas a temperaturas cercanas a los 45°C, y fueron fáciles de aplicar en la piel, y no hubo una sensación de grasa en la piel. Las emulsiones de aceite y agua, hechas con aproximadamente el 1.5% y aproximadamente el 2% de hidroxietil celulosa hidrófobamente modificada sin celulosa nanocristalina no fue estable.

ESPUMAS La celulosa nanocristalina en combinación con éteres de celulosa solubles en agua también puede ser usada para estabilizar espumas. La mezclas de eter de celulosa/celulosa nanocristalina, pueden ser dispersos en agua des-ionizada y mezclado con un liguido acuoso espumoso.

El liquido acuoso formador de espumas puede incluir al agua, cuya composición puede generar espuma, hay una alta variedad de productos que generan espumas, incluido aceite, grasas, ácidos grasos, surfactantes, proteínas, así como muchos otros. Cualquier agente generador de espuma el cual es compatible con la celulosa nanocristalina, puede ser usado en los conceptos de la invención actualmente divulgados y reivindicados.

Las composiciones de las espumas pueden incluir una amplia variedad de diferentes productos para el consumidor e industriales. Estos pueden incluir, por ejemplo, pero no en la forma de limitar, productos alimenticios, tales como cremas batidas, sustitutos de crema batida, shampoo tanto para personas como para animales, y jabones para lavado de autos y otras aplicaciones.

Generalmente la concentración de celulosa nanocristalina y éter de celulosa pueden variar dependiendo la aplicación final que se quiera. Las concentraciones de eter de celulosa de aproximadamente el 0.25%-1.0% de peso puede ser empleado en las composiciones espumosas de los presentes conceptos de la invención actualmente divulgados y reivindicados. En una modalidad no limitante la concentración del eter de celulosa puede ser del 0.5 al 0.75%.

Generalmente, la concentración de la celulosa nanocristalina, puede ser de aproximadamente 0.1% al 1%. En una modalidad no limitante, la concentración de la celulosa nanocristalina puede ser de aproximadamente 0.25% al 0.5%.

Para probar la estabilización de la espuma de las mezcla de eter de celulosa/celulosa nanocristalina, se formó una solución formadora de espuma de ejemplo, la cual fue preparada, conteniendo aproximadamente 12% de laureth sulfato de sodio, con aproximadamente 2% de cocamida propil betaina, lo cual subsecuentemente se diluyó a una solución de activos totales del 1% en agua des-ionizada. Esta fue usada como un medio liquido para preparar dispersiones de hidroxietil celulosa (una hidroxietil celulosa de viscosidad media comercial, disponible desde Ashland Inc., como Natrosol™ 250HR), celulosa nanocristalina y sus mezclas con varias concentraciones de sus componentes.

Las soluciones/dispersiones examinadas, fueron batidas con un mezclador de Waring, para crear espuma. Inmediatamente, la espuma fue vertida en un embudo con tela de malla No.20. El tiempo de escurrimiento fue tomado. Como se muestra en la tabla 1, la solución probada con eter de celulosa o celulosa nanocristalina producen una espuma estable la cual duró hasta 37 segundos, mientras que con celulosa nanocristalina por sí misma o el éter de celulosa por sí mismo (ambas examinadas en 0.75% en agua), la estabilidad fue reducida. El mejoramiento de la estabilidad por el eter de celulosa por sí mismo o de la celulosa nanocristalina por sí misma, cuando el 0.25% del eter de celulosa fue combinado con el 0.25% de la celulosa nanocristalina. Aunque el tiempo fue 15 segundos, se cree que la carga de surfactantes reduce la estabilidad o destruye la estabilidad de la celulosa nanocristalina. Sin embargo, aunque con un surfactante aniónico usado en la prueba de la solución, y al 0.5% de eter de celulosa y 0.5 de celulosa nanocristalina, la estabilidad de la espuma se observó por más de 2 minutos Estos resultados demostraron que la combinación de éteres solubles en agua con celulosa nanocristalina puede estabilizar una variedad de diferentes sistemas de fases múltiples así como sistemas partículas/agua, como en este caso, por ejemplo pero no en forma limitante, las dispersiones a base de agua/los "modelos" de pintura, emulsiones de aceite en agua como shampoo, detergentes y demás, y espumas en este caso, una gran variedad de diferentes productos tales como sustitutos de cremas, cremas de afeitar, detergentes, formados con o sin aceite.

Está claro, que no es posible describir todas las combinaciones concebibles de los componentes o metodologías para cada propósito al describir la información divulgada, pero alguien habilidoso en el arte puede reconocer que hay muchas formas de combinaciones y permutaciones posibles de la información divulgada. En concordancia, la información divulgada es con el propósito de mostrar varias alternativas, modificaciones y variaciones que caen dentro del espíritu y el enfoque de las reivindicaciones expuestas.

Tabla 1

Claims (28)

REIVINDICACIONES

1. Una composición de fases múltiples estabilizada, caracterizada porque comprende una primera fase, una segunda fase, eter de celulosa no-iónico soluble en agua y celulosa nanocristalina, en donde la celulosa nanocristalina tiene una longitud a diámetro desde aproximadamente 20 hasta aproximadamente 200 y el diámetro de la celulosa nanocristalina es menor que aproximadamente 60 nanómetros.

2. La composición de fases múltiples de la reivindicación 1, caracterizada en que la primera fase comprende agua.

3. La composición de fases múltiples de la reivindicación 1, caracterizada en que la segunda fase es seleccionada de un grupo consistente de gas, partículas suspendióles en agua, líquidos orgánicos insolubles en agua y combinaciones de ellos.

4. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 2, caracterizada en que la segunda fase comprende aceite.

5. La composición de fases múltiples estabilizad de la reivindicación 4, caracterizada en que la composición de fases múltiples está libre de surfactantes.

6. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 4, caracterizada en que además comprende un surfactante.

7. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 4, caracterizada en que la composición de fases múltiples comprende desde aproximadamente 0.1% hasta aproximadamente 20% de éter de alquil celulosa.

8. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 7, caracterizada en que la composición de fases múltiples comprende desde aproximadamente 0.3% hasta aproximadamente 1% de celulosa nanocristalina.

9. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 4, caracterizada en que el éter de celulosa es seleccionado de un grupo consistente de metil hidroxietil celulosa, carboximetil celulosa, etil hidroxietil celulosa, cetil hidroxietil celulosa, metilhidroxipropil celulosa e hidroxietil celulosa.

10. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 4, caracterizada en que la composición de fases múltiples comprende desde aproximadamente 1% hasta aproximadamente 30% de aceite.

11. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 4, caracterizada en que la composición de fases múltiples es un producto para el cuidado personal.

12. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 11, caracterizada en que el producto del cuidado personal, además contiene un compuesto activo para el cuidado personal.

13. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 12, caracterizada en que el producto del cuidado personal es un champú.

14. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 4, caracterizada en que la composición de fases múltiples es un producto alimenticio.

15. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 4, caracterizada en que el aceite es seleccionado de un grupo consistente de aceites minerales, derivados vegetales y ceras sintéticas, esteres y siliconas.

16. La composición estabilizada de la reivindicación 2, caracterizada en que la segunda fase comprende partículas insolubles.

17. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 16, caracterizada en que las partículas insolubles son seleccionadas de un grupo definido por pigmentos, rellenadores inertes y agentes de color.

18. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 16, caracterizada en que las partículas insolubles son seleccionadas de un grupo definido por un grupo que consiste en dióxido de titanio, carbonato de calcio, rutilo, arcilla y óxido de zinc.

19. La composición de fases múltiples de la reivindicación 16, caracterizada en que el éter de celulosa es seleccionado de un grupo que consiste en hidroxietil celulosa, metil hidroxietil celulosa, etil hidroxil etil celulosa, metil hidroxipropil celulosa y cetil hidroxietil celulosa.

20. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 16, caracterizada en que además comprende un polímero de látex formador de película.

21. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 16, caracterizada en que la composición de fases múltiples es pintura.

22. Un método de estabilización de partículas insolubles en agua, caracterizada en que comprende combinar éter de celulosa con celulosa nanocristalina para formar mezclas, agregar la mezcla al agua para formar una dispersión y mezclar el material de partículas insolubles en la dispersión.

23. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 1, caracterizada en que la segunda fase es un gas.

24. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 23, caracterizada en que además contiene un agente generador de espuma.

25. La estabilización de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 23, caracterizada en que el gas es aire.

26. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 23, caracterizada en que la composición de fases múltiples consiste de un producto para el cuidado personal.

27. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 23, caracterizada en que la primera fase comprende aceite.

28. La composición de fases múltiples estabilizada de la reivindicación 23, caracterizada en que la composición de fases múltiples es un producto alimenticio.