Procedimiento de cationización de almidones procedentes de leguminosas, almidones catiónicos así obtenidos y sus aplicaciones.

Procedimiento de cationización en fase seca de un almidón procedente de leguminosas,

que consiste en la reacción del almidón procedente de leguminosas, en forma granular o gelatinizada, con un reactivo catiónico, caracterizado por que la reacción se lleva a cabo sólo en presencia de agua y en ausencia total de cualquier otro compuesto disolvente, en condiciones tales que la relación R entre la cantidad de agua y la cantidad de almidón procedente de leguminosas, está comprendida entre 1/500 y 1/5,

entendiéndose que la cantidad de almidón procedente de leguminosas comprende el peso de almidón procedente de leguminosas inicialmente utilizado para la reacción de cationización, así como el peso de agua que se encuentra intrínsecamente contenido, y caracterizado por que el almidón catiónico obtenido presenta un porcentaje de nitrógeno comprendido entre 0,5 y 1,5%.

Procedimiento de cationización de almidones procedentes de leguminosas, almidones catiónicos así obtenidos y sus aplicaciones La presente invención tiene por objeto un procedimiento de cationización de un almidón de leguminosas, en ausencia de cualquier disolvente orgánico.

Se refiere también a los almidones catiónicos procedentes de leguminosas obtenidos según dicho procedimiento, constituyendo la mayoría de ellos nuevos productos industriales.

La presente invención se refiere asimismo a las utilizaciones de dichos almidones catiónicos procedentes de leguminosas, en particular en la industria papelera, en la parte conocida por el experto en la técnica, como la parte húmeda de la máquina de papel.

Se refiere finalmente al papel o al cartón plano obtenido por la aplicación de estos almidones catiónicos.

Por «leguminosas», en el sentido de la presente invención, se entiende más particularmente la familia de las papilionáceas, cuyos representantes más importantes son la judía, el guisante, la lenteja, el haba, la alfalfa, el trébol y el altramuz.

Por «almidón de leguminosas», en el sentido de la invención, se entiende los almidones extraídos de leguminosas, en particular del guisante, que presentan una riqueza en almidón elevada, en particular superior al 90% (seco/seco) , combinada con un contenido en materias coloidales y en residuos fibrosos generalmente bajo, por ejemplo inferior al 1% (seco/seco) .

La riqueza en almidón es preferentemente superior al 95%, más preferentemente superior al 98% (seco/seco) .

Paralelamente, la cantidad de proteínas es baja, es decir inferior al 1%, preferiblemente inferior al 0, 5%, y más particularmente, comprendida entre 0, 1 y 0, 35% (seco/seco) .

La cationización de almidones de cereales o de tubérculos está extremadamente extendida, en particular para la obtención de derivados catiónicos muy útiles en la industria papelera.

La utilización de almidones catiónicos de maíz es extremadamente corriente.

En un primer momento, bastaban bajos grados de sustitución, correspondientes a la utilización de almidones catiónicos en circuitos poco cerrados de máquinas de papel.

Con la aceleración del reciclaje de las aguas y del cierre de dichos circuitos, necesario para responder a la subida de las restricciones y exigencias relacionadas con la calidad del medioambiente, apareció, cada vez más imperiosa, la necesidad de aumentar sensiblemente, incluso muy sensiblemente, los grados de sustitución de estos almidones catiónicos de maíz.

Gradualmente, durante la evolución así generada, que afecta a la práctica de la fabricación, en su conjunto, de las diferentes calidades de papeles y cartones planos, las insuficiencias de estos derivados catiónicos a base de almidón de maíz se han vuelto más evidentes.

En primer lugar, la reactividad modesta de los almidones de maíz frente a aminas terciarias y a derivados de amonio cuaternario utilizados conlleva, para grados de sustitución relativamente elevados, bajos rendimientos, difícilmente compatibles, debido a la presencia importante de residuos de reactivos, y desde el punto de vista medioambiental, con la legislación y su creciente rigurosidad.

La posibilidad ofrecida de realizar la reacción en fase seca no mejora los rendimientos y no disminuyen, de hecho, las cantidades de reactivos residuales generadas.

Además, durante la utilización, el experto en la técnica está frecuentemente obligado, para una buena eficacia del almidón catiónico de maíz, a retrasar su punto de adición a la suspensión fibrosa para aumentar sensiblemente los tiempos de contacto de dicho almidón con la celulosa antes de la llegada a la caja de entrada de la máquina de papel y la formación de dicho papel.

Este aumento está tanto más justificado cuanto que la fijación sobre la celulosa se hace difícil debido al circuito cerrado y cuanto que la tasa de reciclaje es alta, estando estos elementos correlacionados con un debilitamiento mecánico de la fibra y con una degradación de su receptividad para el almidón catiónico, en particular en comparación con otras ciertas bases.

Paralelamente, el almidón de trigo presenta inconvenientes similares.

Mientras tanto se han desarrollado almidones, en particular de maíz híbrido, ya sean ricos en amilosa o en amilopectina. Sus derivados catiónicos dejan subsistir problemas idénticos, además del hecho de su coste generalmente más elevado.

La cationización de la fécula de patata es técnicamente más satisfactoria. Los rendimientos de reacción son sensiblemente más elevados y permiten tanto reducir la cantidad de residuos de reacción como aumentar más fácilmente los grados de sustitución.

Sin embargo, un primer inconveniente de su utilización puede residir en que los soles de fécula catiónica de patata exigen una adición a la suspensión fibrosa, a la inversa de los almidones de cereales, lo más próxima posible de la caja de entrada.

En otro plano diferente, se constata que los abastecimientos de fécula de patata resultan difíciles, esencialmente debido a los costes de extracción así como a la reglamentación que se les aplica.

Pueden considerarse otras fuentes de almidones, tales como arroz o mandioca. Son todavía, generalmente, bastante poco accesibles y/o de calidad irregular.

Consciente de estos problemas, la sociedad solicitante ya ha buscado, en el pasado, soluciones de interés.

En particular, la patente europea EP 0139597 describe aditivos de masa para el papel elaborados a partir de mezclas de al menos un almidón de cereales y de al menos un almidón de tubérculos, catiónicos. De manera sorprendente e inesperada, estos son susceptibles de presentar sinergias, en particular en términos de características físicas y de retención.

Sin embargo, está claro que dichas mezclas, ya sean realizadas a partir de almidones sometidos juntos o separadamente a la acción del reactivo catiónico, generan, en la gestión de las materias primas y en la fabricación, dificultades suplementarias.

Así, existe una necesidad real de buscar otras fuentes de almidones que puedan ser fácilmente accesibles, fáciles de transformar, en particular en el ámbito de rendimientos de reacción satisfactorios y que presenten, por lo menos, después de la cationización, facultades de fijación rápida, fuerte y sólida sobre la celulosa, ya sea de fuente noble o de recuperación, incluso en el ámbito de circuitos papeleros muy cerrados.

Más allá, por supuesto, la necesidad sigue imperativa, para eventuales fuentes de almidón destinadas a ser funcionalizadas de esta manera, de responder lo mejor posible al conjunto de las especificaciones y a todas las propiedades que el experto en la técnica debe esperar encontrar en los almidones catiónicos.

Es así que, en el ámbito mismo de la utilización habitual de los almidones catiónicos en la masa, añadiéndolos a la entrada de la caja de entrada («head box») de la máquina de papel o, eventualmente, por introducción en un punto situado más arriba de esta, en una tina de alimentación («machine chest») o en una tina de mezclado («mixing chest») , incluso en un aparato de reducción a pasta («pulper») o en una tina de papel roto («broke chest») , un almidón catiónico debe encontrar su justificación para la mejora de al menos un grupo de características de interés relativas a:

- una retención satisfactoria, incluso óptima, de las fibras finas y de las cargas, en particular minerales, garante de un equilibrio conveniente del circuito, así como un buen balance, en particular económico de las materias,

- un drenaje rápido del colchón fibroso, en relación directa con la velocidad de la máquina, sus rendimientos y su balance energético,

- características mecánicas del papel, de las cuales las principales son las resistencias a la rotura o al estallido, la cohesión interna o incluso la rigidez, la rugosidad o la lisura,

- propiedades ópticas del papel, tales como por ejemplo, la blancura, la opacidad o, eventualmente, el brillo del papel,

- aptitud del papel a la impresión, determinada por mediciones de intensidad, de reflexión o de contraste de los colores o por la resistencia al arranque de las fibras de superficie,

- obtención de un grado satisfactorio, denominado encolado del papel, que caracteriza el carácter hidrófobo, estimado por unos ensayos generalmente sencillos como el encolado Cobb o el encolado con tintas.

Sobre este último punto, el agente de encolado utilizado sigue siendo el factor preponderante de la calidad del encolado del papel, ya se trate, en general,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de cationización en fase seca de un almidón procedente de leguminosas, que consiste en la reacción del almidón procedente de leguminosas, en forma granular o gelatinizada, con un reactivo catiónico, caracterizado por que la reacción se lleva a cabo sólo en presencia de agua y en ausencia total de cualquier otro compuesto disolvente, en condiciones tales que la relación R entre la cantidad de agua y la cantidad de almidón procedente de leguminosas, está comprendida entre 1/500 y 1/5, entendiéndose que la cantidad de almidón procedente de leguminosas comprende el peso de almidón procedente de leguminosas inicialmente utilizado para la reacción de cationización, así como el peso de agua que se encuentra intrínsecamente contenido, y

caracterizado por que el almidón catiónico obtenido presenta un porcentaje de nitrógeno comprendido entre 0, 5 y 1, 5%.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la reacción se lleva a cabo en presencia de un agente alcalino.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que la reacción se lleva a cabo a un pH igual o superior a 8, preferentemente superior a 10.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el reactivo catiónico es una amina terciaria o un derivado de amonio cuaternario.

5. Almidón catiónico procedente de leguminosas, caracterizado por que se obtiene mediante la realización del procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

6. Almidón catiónico procedente de leguminosas, caracterizado por que presenta un porcentaje de nitrógeno comprendido entre 0, 5 y 1, 5%.

7. Almidón catiónico procedente de leguminosas según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 6, caracterizado por que está reticulado.

8. Almidón catiónico procedente de leguminosas según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado por que el almidón es anfótero, seleccionándose cualquier grupo aniónico llevado por dicho almidón preferentemente del grupo que comprende grupos fosfatados, sulfonados, carboximetilados, sulfatados, succinilados, en particular sulfosuccinilados, así como grupos aniónicos hidrófobos, en particular grupos ésteres de ácido dicarboxílico y grupos n-alquenil-succinilados.

9. Almidón catiónico según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado por que el almidón catiónico procedente de leguminosas presenta una masa molecular media ponderal inferior a 50 millones de daltons, preferentemente inferior a 5 millones de daltons, obtenida mediante un tratamiento de hidrólisis realizado antes, durante y/o después de su cationización, preferentemente después de su cationización.

10. Composición amilácea, en particular acuosa, caracterizada por que contiene al menos un almidón catiónico procedente de leguminosas según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9.

11. Composición amilácea según la reivindicación 10, caracterizada por que contiene además al menos un almidón de cereal o de tubérculo, preferentemente catiónico.

12. Composición amilácea según la reivindicación 10, caracterizada por que contiene además al menos un almidón aniónico, preferentemente seleccionado del grupo que comprende almidones aniónicos de cereales, de tubérculos y de leguminosas.

13. Utilización de un almidón catiónico procedente de leguminosas según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, o de una composición amilácea según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, como aditivo en la preparación de composiciones de agentes de encolado utilizadas en la industria papelera, en la preparación de composiciones que contienen al menos un agente seleccionado entre blanqueantes ópticos, colorantes y polímeros sintéticos, y/o en la parte húmeda de una máquina de papel, como agente de retención, agente de drenaje y/o para mejorar características físicas de los papeles.

14. Utilización de un almidón catiónico procedente de leguminosas según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, o de una composición amilácea según una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, como agente de reducción de las sustancias interferentes contenidas en los circuitos de agua y/o retenidas en los equipos de procedimientos, en particular papeleros.

15. Utilización de un almidón catiónico procedente de leguminosas o de una composición amilácea según una cualquiera de las reivindicaciones 13 ó 14, en un procedimiento de fabricación de papel.