Procedimiento de obtención de celulosa nanodispersada a partir de papel recuperado.

Procedimiento de obtención de celulosa nanodispersada que partiendo de una materia prima consistente en papel reciclado o recuperado comprende las etapas de, tratamiento mediante hidrólisis con ácido sulfúrico, y tratamiento posterior que comprende: lavado y centrifugado, neutralización con CaCO3, aplicación de ultrasonidos y centrifugado. Puede alternativamente someterse a un pretratamiento mediante la inmersión de la materia prima en una dilución con ácido acético, en una concentración de entre 10% al 50% en volumen. Gracias al procedimiento descrito se consigue obtener celulosa nanodispersada a partir de papel reciclado con características similares a la celulosa nanodispersada obtenida a partir de celulosa virgen, mediante un procedimiento más económico, sencillo, menos agresivo para las fibras, y con un nivel de pureza tal que es susceptible de ser utilizado como refuerzo en papel o polímeros.

Procedimiento de obtención de celulosa nanodispersada a partir de papel recuperado

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Es objeto de la presente invención, tal y como el título de la invención establece, un procedimiento de obtención de celulosa nanodispersada a partir de papel recuperado.

Caracteriza a la presente invención, tanto la materia prima de partida como las características técnicas de algunas de las etapas, de manera que todas las características en conjunto permiten obtener celulosa nanodispersada a partir de papel recuperado.

Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de los procedimientos de obtención de celulosa nanodispersada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el estado de la técnica son conocidos diferentes documentos que describen diferentes procedimientos de obtención de celulosa nanodispersada.

En la patente W02011114005, se divulga un proceso de preparación de celulosa nanocristalina en presencia de un ácido, más específicamente está relacionado con un proceso en el que la celulosa se hidroliza en presencia de un ácido en fase gaseosa (HCl ó HNO3) mientras que el contenido de humedad está entre 1% y el 80%, siendo sometido a un tratamiento posterior no limitado a: dispersión, ultrasonidos, triturado, molienda, dispersión en agua con agentes dispersantes.

En la patente WO2010/127451 se divulga celulosa sulfatada cristalina y su proceso de producción a partir de hidrólisis con ácido sulfúrico de la celulosa, describiendo también la producción de celulosa sulfatada cristalina y materiales celulósicos.

Otro documento que describe la obtención de celulosa nanodispersada es el documento WO9521901 que se refiere a cristales líquidos solidificados de celulosa con propiedades ópticas variables, en que la celulosa se obtiene mediante un proceso de hidrólisis con ácido sulfúrico de concentración menor del 72% y temperatura entre 30ºC y 60ºC, con un tiempo entre 5 minutos y dos horas.

En todos los documentos mencionados la materia prima es material procedente de la madera, como en la patente WO2011114005, o celulosa bacteriana o de tunicados, o celulosa microcristalina como en la patente WO2010127451, o materiales celulósicos como pasta de madera, algodón o celulosa bacteriana como en la patente WO9521901.

Sin embargo, en ninguna de las patentes anteriores se describe un procedimiento de obtención de celulosa nanodispersada que parta de papel recuperado, obteniendo una celulosa nanodispersada que tenga unas características similares a la obtenida a partir de celulosa virgen.

En todos los procesos descritos en la patentes del estado de la técnica, tras la obtención de la celulosa, se somete a un tratamiento posterior de diálisis con membranas de ultra-filtración o bien mediante neutralización con NaOH. Este tratamiento posterior presenta como características:

a) los procesos de diálisis son caros y largos, ya que precisan membranas de ultrafiltración, además de ser procesos difíciles de escalar industrialmente.

b) precisan múltiples etapas de lavado y centrifugado que son procesos caros y largos en el tiempo.

c) el NaOH, como agente neutralizador es agresivo.

d) todos los procedimientos descritos precisan de un procesado final de purificación.

Por lo tanto, se busca desarrollar un procedimiento de obtención de celulosa nanodispersada que no sea tan caro de obtener, sea susceptible de ser escalado industrialmente, donde además se busca en lo posible eliminar el procesado final de purificación, reducción o eliminación de las múltiples etapas de lavado y centrifugado que son procesos caros y largos en el tiempo, donde además se parte de una materia prima recuperada, desarrollando un procedimiento como el que a continuación se describe y queda recogido en su esencialidad en la reivindicación primera.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención tiene por objeto un procedimiento de obtención de celulosa nanodispersada obtenida a partir de papel recuperado. La característica distintiva respecto del estado de la técnica, no reside únicamente en el hecho

de que se parta de papel recuperado, que podría considerarse como algo evidente para un técnico en la materia, como fuente de material celulósico, sino en las etapas a las que ha tenido que ser sometido dicha materia prima con objeto de conseguir celulosa nanodispersada con características similares a la obtenida a partir de celulosa virgen.

Para ello, se hace necesario someter a la materia prima a un procedimiento que comprende:

1) una primera etapa de tratamiento mediante hidrólisis con ácido sulfúrico, y 2) una segunda etapa de tratamiento posterior que comprende:

- lavado y centrifugado

- neutralización con CaCO3

- aplicación de ultrasonidos

- centrifugado

Gracias a la utilización de CaCO3 como agente neutralizador se consigue:

a) la eliminación de la etapa de diálisis, utilizada en el estado de la técnica, en la que se utilizan las membranas de ultrafiltración que son procesos caros y largos en el tiempo y que presentan dificultad a la hora de su escalado industrial.

b) la eliminación de parte de las múltiples etapas de lavados y centrifugados que también son procesos caros y largos en el tiempo.

c) reducir la agresividad producida en la celulosa cuando se aplica NaOH.

d) eliminación de una etapa posterior de purificación del producto obtenido, ya que el CaCO3, es utilizado como refuerzo en los productos en los que serían susceptible de aplicar el producto como refuerzo como por ejemplo: polímeros, papel....

Podría argüirse, como contrapunto, la posible presencia de un exceso de CaCO3, pero sin embargo dicho exceso se puede neutralizar con un ácido débil como puede ser el acético.

La utilización de los procesos de diálisis en los procedimientos del estado de la técnica tiene por objetivo conseguir un proceso ultrapuro, pero con la utilización del CaCO3, como agente neutralizador, si bien no se consigue un producto ultrapuro, sigue siendo susceptible de ser utilizado como refuerzo, bien en papel, bien en polímeros.

Opcionalmente, y de manera complementaria es posible realizar un pretatamiento anterior de la materia prima con ácido acético.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Para la realización preferente de la invención, en la primera etapa de tratamiento mediante hidrólisis con ácido sulfúrico, la hidrólisis tiene lugar con una concentración del ácido de entre 45% a 65% en peso, a una temperatura de 45ºC a 65ºC, donde el tiempo de ataque está comprendido de 30 a 150 minutos y el volumen de ácido a utilizar de 10 a 20ml por gramo de pasta. Siendo unos posibles valores preferentes de realización: temperatura del orden de 45ºC y con una concentración del orden de 65% en peso, y durante un tiempo alrededor de 114 minutos.

Para la segunda etapa de tratamiento posterior, en una posible forma de realización, el lavado y centrifugado se realiza durante dos ciclos, mientras que el centrifugado se realiza en dos etapas:

1) una primera etapa de centrifugado a una velocidad de rotación que permita tomar el sobrenadante, que estaría en el orden de 500 rpm.

2) una segunda etapa que permitiría tomar el precipitado, que estaría del orden de 4000 rpm, durante un tiempo aproximado de 20 minutos, teniendo presente que a más velocidad de rotación menor tiempo de exposición a este segundo centrifugado.

La dilución de ácido acético en la que se sumerge la materia prima en el pretratamiento, en caso de que tenga lugar, tendrá una dilución de ácido acético en volumen de entre el 10% al 50% pudiendo incluso emplearse diluciones menores o mayores, dependiendo del tiempo que la materia prima esté inmersa en la dilución. A menor dilución mayor tiempo de inmersión y viceversa.

El tiempo que permanece inmersa la materia prima en la dilución de ácido acético será inverso a la concentración de ácido acético en la dilución, indicando simplemente como referencia y no valor limitativo, que para una dilución al 35% en volumen de ácido acético, el tiempo conveniente que está sumergida la materia prima es de 20 minutos.

En ningún caso los datos de la dilución de ácido acético y el tiempo necesario... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de obtención de celulosa nanodispersada caracterizado porque partiendo de una materia prima consistente en papel reciclado o recuperado comprende las etapas de:

1) una primera etapa de tratamiento mediante hidrólisis con ácido sulfúrico, y 2) una segunda etapa de tratamiento posterior que comprende:

- lavado y centrifugado

- neutralización con CaCO3

- aplicación de ultrasonidos

- centrifugado

2. Procedimiento de obtención de celulosa nanodispersada, según la reivindicación 1, caracterizado por que la hidrólisis tiene lugar con una concentración del ácido de entre 45% a 65% en peso, a una temperatura de 45ºC a 65ºC, donde el tiempo de ataque está comprendido de 30 a 150 minutos y el volumen de ácido a utilizar de 10 a 20ml por gramo de pasta.

3. Procedimiento de obtención de celulosa nanodispersada, según la reivindicación 1, caracterizado por que la hidrólisis tiene lugar a una temperatura del orden de 45ºC y con una concentración del orden de 65% en peso, y durante un tiempo alrededor de 114 minutos.

4. Procedimiento de obtención de celulosa nanodispersada, según la reivindicación 1, caracterizado por que el lavado y centrifugado se realiza durante dos ciclos.

5. Procedimiento de obtención de celulosa nanodispersada, según la reivindicación 1, caracterizado por que el centrifugado se realiza en dos etapas:

1) una primera etapa de centrifugado a una velocidad de rotación que permita tomar el sobrenadante.

2) una segunda etapa que permitiría tomar el precipitado.

6. Procedimiento de obtención de celulosa nanodispersada, según la reivindicación 5, caracterizado por que la primera etapa de centrifugado se realiza a una velocidad del orden de 500 rpm.

7. Procedimiento de obtención de celulosa nanodispersada, según la reivindicación 5, caracterizado por que la segunda etapa de centrifugado se realiza a una velocidad que estaría del orden de 4000 rpm, durante un tiempo aproximado de 20 minutos, teniendo presente que a más velocidad de rotación menor tiempo de exposición a este segundo centrifugado.

8. Procedimiento de obtención de celulosa nanodispersada, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se somete a la materia prima a una etapa de pretratamiento mediante la inmersión en una dilución con ácido acético.

9. Procedimiento de obtención de celulosa nanodispersada, según la reivindicación 8, caracterizado por que el ácido acético presenta una dilución en volumen de ácido acético comprendida en un rango de entre 10% al 50%.

10. Procedimiento de obtención de celulosa nanodispersada, según la reivindicación 8 o 9, caracterizado por que el tiempo que permanece la materia prima en la dilución de ácido acético es inverso a la concentración de ácido acético en la dilución, a menor concentración de ácido acético en la dilución mayor tiempo de inmersión y viceversa.