Nueva gama de productos colorantes sostenibles para la tinción de textiles y papel.

Un proceso de fabricación de productos colorantes que comprende las etapas de

(i) suministrar biomasa vegetal;

(ii) pretratar dicha biomasa vegetal con un medio alcalino acuoso y/o con un compuesto aminado o poliaminado, a temperaturas 5 elevadas;

(iii) mezclar la biomasa vegetal pretratada con un agente de sulfuración seleccionado del grupo constituido por azufre, sulfuro, polisulfuro y una de sus combinaciones;

(iv) calentar dicha mezcla a una temperatura de 120 a 350 ºC durante al menos 2 horas;

(v) disolver la mezcla obtenida en la etapa (iv) en medio acuoso y opcionalmente retirar las partículas sólidas no disueltas.

Nueva gama de productos colorantes sostenibles para la tinción de textiles y papel Los colorantes de azufre son muy conocidos para la coloración de materiales celulósicos textiles o mezclas de fibras celulósicas con fibras sintéticas. La gama de colores cubre el negro, azul, oliva, y marrón, pero los tonos son apagados en comparación con otras clases de colorantes. Los primeros colorantes de azufre se produjeron en 1873 calentando materiales que contienen celulosa orgánica, tal como serrín de madera, humus, salvado, residuos de algodón, y papel de desecho con sulfuros alcalinos y polisulfuro (Pat. Brit. 1489; E. Croissant y L.M.F. Bretonniere, Bull.Soc. Ind. Mulhouse 44, 465 (1874) .

De acuerdo con la Pat. Brit. 1489, dicho calentamiento se realizó sin ningún intermedio y sin preparación preliminar o conversión antes del contacto con los sulfuros. No obstante, se informó de que estos colorantes son oscuros e higroscópicos, tenían un mal color, eran tóxicos y tenían un mal olor (Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Sulfur Dyes, pg.1-22, Wiley Online Librar y , publicado el 4 de diciembre de 2000) .

Hoy en día es bien sabido que un grupo de colores, como algunos marrones, oliva, grises, naranjas y amarillos se pueden obtener mezclando azufre, sulfuros y/o polisulfuros con compuestos aromáticos orgánicos diferentes muy definidos y haciendo reaccionar estas mezclas a altas temperaturas. Estas materias primas proceden de diferentes derivados del benceno, siendo los más importantes: compuestos aminados de tales como m-fenilendiamina, mtoluendiamina, p-toluidina, anilina, p-fenilendiamina; compuestos amino-nitrados tales como p-nitroanilina, aminonitrotolueno; compuestos fenólicos tales como beta-naftol, p-aminofenol, hidroquinona. Todos estos compuestos orgánicos que se usan hoy en día se obtienen de la química aromática del petróleo, y la mayoría de ellos se consideran toxicológicamente perjudiciales, y algunos de ellos también potencialmente mutágenos y carcinógenos.

Además, la química del petróleo contribuye significativamente al calentamiento global y por otra parte, las operaciones químicas necesarias para purificar estos intermedios, para que se puedan comercializar y usar en toda la industria de fabricación de colorantes, requiere cantidades de recursos energéticos y también genera subproductos adicionales.

Otro concepto ecológico de nuestros días es el cultivo de plantas colorantes reales. No obstante, esto requeriría aproximadamente 100 millones de toneladas de plantas colorantes para teñir todo el algodón y la lana mundiales. Se estima que la superficie necesaria para su cultivo es de 100 a 200 millones de hectáreas aproximadamente, lo que supone del 10 al 20 % del esfuerzo global en cereales. El efecto de dicho tipo de monocultivos sería desastroso para la naturaleza.

Las actividades de cultivo humanas en bosques y en la agricultura generan grandes cantidades de residuos vegetales. Estos residuos procedentes de cultivos forestales y agrícolas representan miles de toneladas de productos vegetales naturales denominados "biomasa" que en algunos casos se pueden usar como combustible energético, y en otros casos se descartan como residuos.

El objeto de la presente invención es desarrollar un sistema de fabricación que sea capaz de valorar y transformar parte de estos productos de "biomasa" en productos colorantes.

Estos productos colorantes deben tener afinidad hacia los tejidos y el papel, preferentemente fibras de celulosa, con unas buenas propiedades de resistencia general, por ejemplo, resistencia a la humedad, a la fricción y fotorresistencia.

No obstante, el mayor interés y la característica principal de esta invención procede del hecho de que dicha biomasa vegetal colabora así en la sostenibilidad del medio ambiente, evitando el uso de compuestos aromáticos tóxicos, y reduciendo la generación de CO2 en comparación con los procedimientos actuales conocidos de la química aromática del petróleo.

De forma sorprendente se comprobó que este objeto se puede conseguir transformando biomasa vegetal pretratada, en particular biomasa de residuos, en una solución acuosa colorante de azufre.

Por esta razón, a partir de ahora denominaremos a estos colorantes como "EARTH-color-S".

â "EARTH" porque esta palabra describe el origen de la biomasa que se usa como materia prima de partida, y también debido a que los tonos de los colorantes obtenidos están en línea con los colores de la naturaleza.

â "Color" debido a que el producto final obtenido tiene propiedades colorantes.

â "S" debido a que el otro componente que se usa en la síntesis, con el fin de formar el producto colorante polimérico final, es básicamente azufre, un sulfuro y/o polisulfuros.

Dichos colorantes que proceden del uso de residuos vegetales naturales se pueden considerar "colorantes sostenibles".

Un objeto de la presente invención es un proceso para la fabricación de productos colorantes que comprende las etapas de

(i) suministro de biomasa vegetal; preferentemente biomasa de residuos,

(ii) pretratamiento de dicha biomasa vegetal con un medio alcalino acuoso y/o con un compuesto aminado o poliaminado, a temperaturas elevadas;

(iii) mezcla de la biomasa vegetal pretratada con un agente de sulfuración seleccionado del grupo constituido por azufre, sulfuro, polisulfuro y una de sus combinaciones;

(iv) calentamiento de dicha mezcla a una temperatura de 120 a 350 º C durante al menos 2 horas;

(v) disolución de la mezcla obtenida en la etapa (iv) en medio acuoso y opcionalmente la retirada de las partículas sólidas no disueltas.

(i) La biomasa se obtiene convenientemente de residuos de actividades forestales, por ejemplo, astillas de madera, sedimentos de madera, residuos de algodón, o de las actividades de cultivos agrícolas, como cáscaras de frutas secas, preferentemente de cáscaras de frutos secos, por ejemplo, cáscaras de avellana, cáscaras de nuez, cáscaras de anacardo, cáscaras de pistacho, cáscaras de piña y cáscaras de almendra, además de huesos de frutas, tales como huesos de dátiles, huesos de cereza, huesos de aceituna; además de pulpa de aceituna, orujillo de oliva, harina en pepitas, residuos de arroz, orujo de uva, pulpa de girasol, pasta de soja, bagazo de canola, mazorcas de maíz y café molido. Esta lista no excluye cualquier otro residuo de biomasa que se pueda obtener como resultado de las actividades agrícolas, que, por otra parte, dependerán de las diferentes actividades de los países y de las características del suelo. La biomasa preferida se obtiene a partir de cultivos alimentarios como se ha especificado anteriormente, en especial de sus residuos como cáscaras de frutos secos, por ejemplo, cáscaras de nuez, huesos de frutas y café molido. Dependiendo del tamaño de las piezas de biomasa puede ser ventajoso reducir su tamaño mediante una operación adecuada, por ejemplo, por rebanado, picado, granulación, corte o molienda, antes de su introducción en el proceso de la presente invención.

(ii) En una realización de la invención, el pretratamiento de la biomasa vegetal se realiza convenientemente en un medio acuoso alcalino que tiene un pH por encima de 9, por ejemplo, entre 10 y 14. Los agentes alcalinos preferidos pueden ser hidróxidos inorgánicos y sales básicas, tales como sosa cáustica, potasa cáustica, carbonato sódico y carbonato de potasio, o NH4OH. Se prefiere un medio acuoso alcalino del 5 al 50 % en peso de concentración de hidróxido de sodio o de potasio en agua. Las cantidades en peso entre la biomasa y el medio acuoso alcalino pueden variar dentro de límites amplios, por ejemplo, de 1:10 a 10:1, preferentemente de 1:5 a 5:1. Las cantidades en peso entre la biomasa (en base al peso seco) y el agente alcalino (en base al peso seco) preferentemente son de

1:3 a 3:1, más preferentemente de 1:2 a 2:1. En otra realización de la invención, el pretratamiento de la biomasa vegetal se realiza con un compuesto aminado o poliaminado, preferentemente con un compuesto orgánico aminado que tiene al menos un grupo amino, tales como monoalquilaminas y monoalquilamino alcoholes. Ejemplos de compuestos orgánicos aminados útiles que tienen al menos un grupo NH2 son: metilamina, etilamina, n-e ipropilamina, n-, i-y t-butilamina, amilaminas, alquilaminas C6-C18, monoetanolamina, monopropanolaminas, monobutanolaminas, hidroxialquilaminas C5-C18, etilendiamina, propilendiaminas, butilendiaminas, alquilendiaminas C5-C18; urea, guanidina y diciandiamida. Ejemplos de compuestos poliaminados son di (alquilen C1-C4) triaminas, por ejemplo, dietilentriamina, y tri (alquilen C1-C4) tetraminas, por ejemplo, trietilentetramina.

Compuestos orgánicos... [Seguir leyendo]

1. Un proceso de fabricación de productos colorantes que comprende las etapas de

(i) suministrar biomasa vegetal;

(ii) pretratar dicha biomasa vegetal con un medio alcalino acuoso y/o con un compuesto aminado o poliaminado, a temperaturas elevadas;

(iii) mezclar la biomasa vegetal pretratada con un agente de sulfuración seleccionado del grupo constituido por azufre, sulfuro, polisulfuro y una de sus combinaciones;

(iv) calentar dicha mezcla a una temperatura de 120 a 350 º C durante al menos 2 horas;

(v) disolver la mezcla obtenida en la etapa (iv) en medio acuoso y opcionalmente retirar las partículas sólidas no disueltas.

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la biomasa vegetal se selecciona del grupo constituido por cáscaras de frutos secos, huesos de frutos y café molido.

3. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que en la etapa (ii) el pretratamiento de la biomasa vegetal se realiza en un medio acuoso alcalino que tiene un pH por encima de 9.

4. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que en la etapa (ii) la cantidad en peso entre la biomasa y el medio acuoso alcalino es de 1:10 a 10:1.

5. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que en la etapa (ii) los compuestos aminados o poliaminados se seleccionan del grupo constituido por monoalquilaminas, monoalquilamino alcoholes, etilendiamina, propilendiaminas, butilendiaminas, alquilendiaminas C5-C18, urea, guanidina, diciandiamida, di (alquilen C1-C4) triaminas y tri (alquilen C1-C4) tetraminas.

6. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la temperatura del pretratamiento es de 40a 200 º C.

7. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la duración del pretratamiento es de 1 a 48 horas.

8. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la cantidad relativa en peso entre el agente de sulfuración y la biomasa vegetal pretratada, calculada en base al peso seco, es de 1:10 a 10:1.

9. Una solución acuosa de un producto colorante preparado mediante el proceso reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

10. La solución de acuerdo con la reivindicación 9 que contiene sulfuro libre en una cantidad inferior al 3 % en peso, en base al peso total de la solución acuosa.

11. Uso de una solución acuosa de acuerdo con las reivindicaciones 9 o 10 para la tinción de un material celulósico

o un material que contiene celulosa.

12. Un material celulósico o un material que contiene celulosa teñido con una solución colorante acuosa de acuerdo con las reivindicaciones 9 o 10.

13. El material celulósico o material que contiene celulosa de acuerdo con la reivindicación 12, que es un material textil de algodón.

14. El material celulósico de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el material textil de algodón es tela vaquera de Denim, teñida en tonos marrones u oliva y en el que la biomasa vegetal procede de cáscaras de frutos secos, huesos de frutos o de café molido.