Un aparato para extraer un látex de caucho a partir de un material vegetal no Hevea,

en donde el material vegetal es guayule, que comprende: una trituradora de martillos (22) en donde la trituradora de martillos es capaz de mezclar material vegetal triturado con un tampón y agua para formar un producto molido constituido por un bagazo y un homogeneizado líquido; un sistema de filtración de prensa de husillo (26), acoplado fluidamente con la trituradora de martillos, en donde el sistema de filtración de prensa de husillo es capaz de separar el producto molido en el bagazo y el homogeneizado líquido; un tanque de almacenamiento del homogeneizado, acoplado fluidamente al sistema de filtración de prensa de husillo, en donde el tanque de almacenamiento del homogeneizado es capaz de almacenar un homogeneizado líquido constituido por materia vegetal molido, el tampón y agua; un sistema de separación de fases (34) acoplado fluidamente al tanque de almacenamiento del homogeneizado, en donde el sistema de separación de fases es capaz de separar el producto homogeneizado líquido en una fase ligera y una fase pesada; y un tanque de almacenamiento de biopolímeros, acoplado fluidamente con el sistema de separación de fases, en donde el tanque de almacenamiento de biopolímeros es capaz de almacenar látex de caucho

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención descrita en esta memoria se refiere al procesamiento comercial de plantas desérticas autóctonas del suroeste de los Estados Unidos de América y Méjico, incluido el guayule (Parthenium argentatum), para la extracción de biopolímeros tales como cauchos naturales. Más específicamente, la invención se refiere al método de producción, a escala comercial, de extraer un biopolímero de elevado peso molecular a partir de materiales vegetales, incluido el cultivo, la recolección, la desfoliación y la descortización, y el tratamiento químico y mecánico de las plantas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El caucho natural, derivado de la planta Hevea brasiliensis, es un componente fundamental de muchos bienes de consumo, incluidos dispositivos y productos médicos, tales como guantes de látex. Los Estados Unidos de América tienen una fuerte dependencia del caucho natural, principalmente debido a que las alternativas sintéticas no pueden igualar las elevadas propiedades de comportamiento del caucho natural requeridas para muchas aplicaciones, y tienden a ser prohibitivamente costosas.

Más del 90% del caucho natural derivado de Hevea importado por los Estados Unidos de América procede de Indonesia, Malasia y Tailandia. Las fuentes de cauchos naturales en estos países se encuentran bajo una intensa amenaza de enfermedades y plagas potenciales, debido a la similitud genética de las plantas de caucho. Además, la cosecha queda limitada por una zona geográfica restringida y por métodos de recolección que requieren mucha mano de obra. Además, las cosechas de caucho natural del sureste de Asia contienen muchos contaminantes proteicos que son los responsables de alergias al látex tipo I, que se estima afectan a tantos como 20 millones de americanos.

El elevado coste de la importación a los Estados Unidos de América, así como el potencial de que la cosecha completa sea exterminada por la enfermedad y la ubicuidad de las alergias al látex, hacen particularmente atractivas alternativas domésticas no alergénicas al caucho natural.

Como una alternativa a fuentes de caucho sintético, se está dirigiendo la atención a la producción de hidrocarburos en plantas tales como el guayule (Parthenium argentatum). Guayule es una planta desértica autóctona del suroeste de los Estados Unidos de América y del norte de Méjico y que produce isopreno polimérico, esencialmente idéntico al producido por los árboles del caucho Hevea en el sureste asiático. Las plantas de guayule almacenan látex en diminutas inclusiones en la corteza, haciendo deseable la recolección de las capas fibrosas externas de la planta. El guayule proporciona normalmente de media tonelada a una tonelada de caucho por acre de cultivo y está listo para ser recolectado y procesado después de sólo dos años.

Por lo tanto, existe la necesidad de un método económico, eficaz y no contaminante del medio ambiente y de alto rendimiento para extraer y fraccionar biopolímeros tales como caucho a partir de materiales vegetales tales como guayule.

El documento US 5.580.942 describe un método para preparar productos de caucho hipoalergénicos, comprendiendo dicho método a) homogeneizar plantas con contenido en caucho en un medio acuoso, en donde dicho medio acuoso comprende tampón, pH de aproximadamente 7,0 a aproximadamente 8,0, un antioxidante y un compuesto que unirá compuestos fenólicos y resinas; b) filtrar el producto homogeneizado; c) separar la fase con contenido en caucho de la fase acuosa; y en donde las plantas con contenido en caucho son plantas no Hevea.

BREVE DESCRIPICIÓN DE LOS DIBUJOS La FIG. 1A es un diagrama de flujo de las etapas iniciales del sistema de procesamiento.

La FIG. 1B es un diagrama de flujo de las etapas finales del sistema de procesamiento.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS DIVERSAD REALIZACIONES

La presente invención utiliza un método de la reivindicación 4 y un aparato de la reivindicación 1.

En diversas realizaciones, el método se puede llevar a cabo en una diversidad de escalas, incluida la escala de laboratorio u otra escala pequeña (menos de 22,7 kg (50 libras) de plantas procesadas por hora), escala de planta piloto (típicamente, 22,7-227 kg (50-500 libras) de plantas procesadas por hora) y escala comercial (típicamente, más de 454 kg (más de 1.000 libras) de capacidad de procesamiento de plantas por hora). En una realización de la invención, la variación de escala comercial del procedimiento tiene una capacidad de procesamiento de 6804 kg

(15.000 libras) de plantas por día y una capacidad de líquido de aproximadamente 12.491 l (3.300 galones) por día utilizando una serie de tanques de elevada capacidad. Por consiguiente, el método descrito puede utilizarse para pequeñas zonas menores que 0,2023 km2 (50 acres) de materiales vegetales anualmente hasta una escala industrial de más de 20,23 km2 (5.000 acres) anualmente.

Materiales vegetales que se utilizan incluyen guayule (Parthenium argentatum).

El procedimiento descrito en esta memoria extrae y purifica caucho natural a partir de plantas de guayule, y el látex de caucho extraído se puede luego procesar para una diversidad de usos comerciales, por ejemplo en el caso del caucho natural, productos que incluyen artículos basados en látex tales como guantes y dispositivos médicos basados en látex.

Tal como se muestra en la Fig.1A, en un proceso de recolección 10 típico, se cultivan plantas, se recolectan y se embalan utilizando prácticas de granja convencionales. Con el guayule (Parthenium argentatum), las plantas se recolectan cada dos años, o en el instante en el que los pesos moleculares del caucho se encuentran a niveles suficientes para producir una cantidad suficiente de caucho, es decir, proporcionando una cantidad que hace rentable y útil la cosecha, así como los niveles deseados de la calidad del caucho. La producción del caucho en plantas tales como el guayule depende grandemente de factores medioambientales tales como temperatura y niveles de irrigación. Como resultado, estas condiciones estacionales varían de año a año e influyen directamente en el momento y la frecuencia del proceso de recolección 10.

La madurez de las plantas y su disposición para la recolección viene determinada por un ensayo para cuantificar la concentración del látex antes de la extracción de acuerdo con el método descrito en esta memoria. En el guayule, las partículas de caucho están suspendidas en el citoplasma, y la disponibilidad de agua durante el crecimiento afecta directamente a la cantidad del producto final en la extracción del látex. En los casos en los que las plantas se deshidratan, las partículas se pueden coagular in situ, solidificando irreversiblemente el caucho en la planta, incluso tras rehidratación de ésta. Por consiguiente, plantas consistentemente irrigadas contienen mayores niveles de látex basado en el citoplasma y, generalmente, proporcionarán un producto final mejor. Por ejemplo, si la planta contiene una concentración del caucho de látex del 12% en peso (% en p), se extrae un látex de alta calidad. Una planta debe contener al menos 1% en p de látex, con el fin de ser utilizada en la presente invención.

El proceso de recolección 10 se programa generalmente en base a la altura deseada de la planta y al peso en base a una escala, así como en cuanto al contenido de humedad en base al análisis de secado. Utilizando el guayule, el proceso de recolección 10 no se producirá típicamente hasta que las plantas sean de al menos un año de edad y hayan alcanzado concentraciones de látex óptimas para operaciones a escala comercial. Al cabo de dos años, las plantas tienen una altura típicamente de 30-60 cm (1-2 pies) y pesan aproximadamente 2,72 kg (6 libras) sobre una base en peso húmedo sin la raíz. Con los sistemas radiculares intactos, el guayule pesa aproximadamente 3,18 kg (7 libras). No existe límite superior para el proceso de recolección 10 y la subsiguiente extracción. Plantas de guayule totalmente maduras (que pueden alcanzar una altura de 1,83 m (6 pies) y pesar más de 22,7 kg (50 libras)) también se pueden procesar de acuerdo con el método descrito en esta memoria.

Utilizando guayule, en una realización del proceso de recolección 10 la planta se recolecta cortando en forma de seto o descopando (cortando el tronco de la planta por encima de la base radicular) la planta, de modo que solamente se recolectan las porciones por encima del suelo... [Seguir leyendo]

1. Un aparato para extraer un látex de caucho a partir de un material vegetal no Hevea, en donde el material vegetal es guayule, que comprende:

una trituradora de martillos (22) en donde la trituradora de martillos es capaz de mezclar material vegetal triturado con un tampón y agua para formar un producto molido constituido por un bagazo y un homogeneizado líquido;

un sistema de filtración de prensa de husillo (26), acoplado fluidamente con la trituradora de martillos, en donde el sistema de filtración de prensa de husillo es capaz de separar el producto molido en el bagazo y el homogeneizado líquido;

un tanque de almacenamiento del homogeneizado, acoplado fluidamente al sistema de filtración de prensa de husillo, en donde el tanque de almacenamiento del homogeneizado es capaz de almacenar un homogeneizado líquido constituido por materia vegetal molido, el tampón y agua;

un sistema de separación de fases (34) acoplado fluidamente al tanque de almacenamiento del homogeneizado, en donde el sistema de separación de fases es capaz de separar el producto homogeneizado líquido en una fase ligera y una fase pesada; y

un tanque de almacenamiento de biopolímeros, acoplado fluidamente con el sistema de separación de fases, en donde el tanque de almacenamiento de biopolímeros es capaz de almacenar látex de caucho.

2. El aparato de la reivindicación 1, que comprende, además, un concentrador de biopolímeros (36, 38) acoplado fluidamente al sistema de separación de fases, en donde el concentrador de biopolímeros es capaz de producir látex de caucho a partir de la fase ligera.

3. El aparato de la reivindicación 1 ó 2, que comprende, además, un sistema de formación de crema (40, 46) acoplado fluidamente al concentrador de biopolímeros, en donde el sistema de formación de crema es capaz de concentrar el látex de caucho y separar los subnadantes de la fase ligera.

4. Un método para extraer látex de caucho a partir de un material vegetal no Hevea, en el que el material vegetal

es guayule, utilizando el aparato de la reivindicación 1, que comprende:

triturar un material vegetal;

moler el materia vegetal en una disolución química que incluye agua y un tampón, con lo que la molienda resulta en un producto molido constituido por un bagazo sólido y un homogeneizado líquido, en donde el homogeneizado líquido incluye material vegetal molido, un tampón y agua;

separar por filtración el bagazo sólido del homogeneizado líquido;

separar el homogeneizado líquido en una fase ligera y una fase pesada;

purificar la fase ligera, en donde se separan proteínas solubles; y

concentrar la fase ligera, en donde la concentración de la fase ligera produce látex de caucho.

5. El método de la reivindicación 4, que comprende, además, lavar el bagazo, con lo que partículas de látex de caucho adicionales se separan del bagazo.

6. El método de la reivindicación 4, en el que la disolución química incluye, además, uno o más agentes seleccionados del grupo que consiste en: un estabilizador, un agente floculante polimérico, un agente antimicrobiano, un agente desespumante, un agente de blanqueo y un antioxidante.

7. El método de la reivindicación 4, que comprende, además, utilizar el bagazo en un proceso de fabricación secundario, en el que el proceso de fabricación secundario se selecciona de un grupo que consiste en: extracción de resina, extracción de ligina, tratamiento de celulosa y tratamiento de hemicelulosa.

8. El método de la reivindicación 7, en el que el proceso de fabricación secundario proporciona un producto seleccionado del grupo que consiste en: resina, ligina, adhesivo, plaguicida, un agente antifúngico, etanol, un tablero de aglomerados, aislamiento, mantillo, una modificación de la textura del suelo orgánica, nódulos de combustible, troncos para chimeneas, tejas para techos interiores, materiales de construcción, equipo para terrenos deportivos y solado.

9. El método de la reivindicación 4, que comprende, además, decantar el homogeneizado líquido que incluye centrifugación, en el que se separa el bagazo sólido adicional.

10. El método de la reivindicación 4, que comprende, además, separar agua del homogeneizado líquido.

5 11. El método de la reivindicación 4, en el que la purificación de la fase ligera incluye mezclarla con antioxidante de amoníaco.

12. El método de la reivindicación 4, que comprende, además, transformar en crema la fase ligera utilizando una disolución en crema constituida por un coagulante, un antioxidante y un estabilizador, en el que la conversión en crema de la fase ligera incluye concentrar el látex de caucho y separar subnadantes de la fase ligera.

13. El método de la reivindicación 4, en el que el material vegetal incluye más de uno por ciento del látex de caucho.