Nueva gama viable de colorantes de azufre para teñir materiales textiles y papel.

Un procedimiento para fabricar tintes que comprende las etapas de

(i) proporcionar biomasa vegetal;

(ii) pretratar dicha biomasa vegetal con un medio ácido acuoso;

(iii) neutralizar la biomasa vegetal pretratada y/o aislar la biomasa vegetal pretratada en la forma de una torta de prensa;

(iv) mezclar la biomasa vegetal pretratada obtenida en (iii) con un agente de sulfurización seleccionado del grupo que consiste en azufre, sulfuro, polisulfuro y una combinación de los mismos;

(v) calentar dicha mezcla hasta una temperatura de entre 120 y 350°C a lo largo de al menos 2 horas;

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

Nueva gama viable de colorantes de azufre para teñir materiales textiles y papel

Los colorantes de azufre se conocen comúnmente para teñir materiales textiles celulósicos o combinaciones de fibras celulósicas con fibras sintéticas. La gama de colores cubre el negro, el azul, el verde oliva y el pardo, pero los matices son apagados en comparación con otras clases de colorantes. Los primeros colorantes de azufre se produjeron en 1873 calentando material orgánico que contenía celulosa, tal como serrín, humus, salvado, residuo de algodón y papel residual, con sulfuras alcalinos y pollsulfuro (Pat. Brit. 1489; E. Croissant y L.M.F. Bretonniere, Bull. Soc. Ind. Mulhouse 44, 465 (1874).

Según la Pat. Brit. 1489, dicho calentamiento se realizó sin ningún intermedio y sin la preparación o conversión preliminar antes del contacto con los sulfuros. Sin embargo, se presenta que estos colorantes son oscuros e higroscópicos, tenían mal color, eran tóxicos y tenían mal olor (Klrk-Othmer Encyclopedla of Chemical Technology, Sulfur Dyes, pg. 1 -22, Wiley Online Library, publicada el 4 de diciembre de 2.000).

Hoy día, se sabe que un grupo de colores, como algunos pardos, verdes oliva, grises, naranjas y amarillos, se pueden obtener mezclando azufre, sulfuros y/o polisulfuros con diferentes compuestos aromáticos bien definidos y haciendo reaccionar estas mezclas a altas temperaturas. Estos materiales de partida procedente de diferentes derivados de benceno, siendo los más importantes: ammocompuestos tales como m-fenllendlamlna, m- toluendiamina, p-toluidina, anilina, p-fenilendiamlna; amlnonltrocompuestos tales como p-nitroanilina, aminonltrotolueno; compuestos fenólicos tales como IJ-naftol, p-amlnofenol, hidroquinona.

Todos estos compuestos orgánicos que se usan actualmente se derivan de la química aromática del petróleo, y la mayoría de ellos se consideran toxicológicamente peligrosos, algunos de ellos también potenclalmente mutagénlcos y carclnogénicos.

Adicionalmente, la química del petróleo contribuye significativamente al calentamiento mundial y, por otra parte, las operaciones químicas necesarias para purificar estos productos intermedios, a fin de que se comercialicen y se usen en toda la industria de fabricación de colorantes, requieren muchos recursos energéticos y también generan subproductos adicionales.

Otro concepto ecológico actual es el cultivo de plantas colorantes reales. Sin embargo, esto requeriría aproximadamente 100 millones de toneladas de plantas colorantes para teñir el algodón y la lana mundiales totales. Se estima que la superficie necesaria para cultivar es aproximadamente de 100 a 200 millones de hectáreas, lo que supone del 10 al 20% de la dedicación global en cereales. El efecto de este tipo de monocultivos sería desastroso para la naturaleza.

Las actividades de cultivo humanas en los bosques y en la agricultura generan grandes cantidades de residuos vegetales. Estos residuos procedentes de la silvicultura y de cultivos agrícolas representan miles de toneladas de productos vegetales naturales llamados "biomasa" que en algunos casos pueden usarse como combustible energético, y en otros casos eliminarse como residuos.

El objetivo de la presente invención es desarrollar un sistema de fabricación que sea capaz de dar utilidad a y transformar una parte de estos productos de "biomasa" en tintes.

Estos tintes deben tener afinidad para materiales textiles y papel, preferiblemente fibras de celulosa, con buenas propiedades de solidez general, p. ej. solidez a la humedad, el frotamiento y la luz.

Sin embargo, el mayor interés y la principal característica de esta invención procede del hecho de que dicha biomasa vegetal colabora de ese modo en la sostenlbllldad del medio ambiente, evitando el uso de compuestos tóxicos aromáticos, y reduciendo la generación de CO2 en comparación con procedimientos conocidos actuales de la química aromática del petróleo.

Sorprendentemente, se encontró que este objetivo se puede conseguir transformando biomasa vegetal pretratada, especialmente biomasa residual, en una solución acuosa de colorante de azufre.

Por esta razón, a partir de ahora se mencionarán estos colorantes como "TIERRA - color - S".

- "TIERRA" debido a que 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.

- "color" debido a que el producto obtenido final tiene propiedades colorantes.

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

Tales colorantes procedentes del uso de residuos vegetales naturales se pueden considerar "colorantes sostenibles".

Un aspecto de la presente invención es un procedimiento para fabricar tintes que comprende las etapas de

(i) proporcionar biomasa vegetal, preferiblemente biomasa residual, más preferiblemente biomasa procedente de residuos agrícolas industriales;

(ii) pretratar dicha biomasa vegetal con un medio ácido acuoso;

(iii) neutralizar la biomasa vegetal pretratada y/o aislar la biomasa vegetal pretratada en la forma de una torta de prensa;

(iv) mezclar la biomasa vegetal pretratada obtenida en (iii) con un agente de sulfurización seleccionado del grupo que consiste en azufre, sulfuro, polisulfuro y una combinación de los mismos;

(v) calentar dicha mezcla hasta una temperatura de entre 120 y 350°C a lo largo de al menos 2 horas;

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

(i) La biomasa de obtiene convenientemente a partir de residuos de actividades de silvicultura, p. ej. troceados de madera, pellas de madera, residuos de algodón, o de actividades de cultivo agrícola, tales como cáscaras de frutos secos, preferiblemente cáscaras de cascajo, p. ej. cáscaras de avellana, cáscaras de nuez, cáscaras de anacardo, cáscaras de pistacho, cáscaras de piñón y cáscaras de almendra, también huesos de fruta, tales como huesos de dátil, huesos de cereza, huesos de aceituna; también pulpa de aceituna, orujo de aceituna, harina de huesos, residuos de arroz, hollejo de uva, pulpa de girasol, pulpa de soja, bagazo de colza, mazorca de maíz y café molido. Esta lista no excluye ningún otro residuo de biomasa que se pueda obtener como resultado de actividades agrícolas, que, por otra parte, dependerán de las actividades y las características del suelo de los diferentes países.

Una biomasa preferida se obtiene de cultivos alimentarios como los especificados anteriormente, especialmente de sus restos como cáscaras de frutos secos, p. ej. cascajos, huesos de frutas y café molido. Dependiendo del tamaño de los trozos de biomasa, puede ser ventajoso reducir su tamaño mediante una operación adecuada, p. ej. mediante rebanado, picadura, formación de pellas, corte o molienda, antes de introducir en el procedimiento de la presente invención.

(¡i) El pretratamiento de la biomasa vegetal se lleva a cabo convenientemente en un medio acuoso ácido que tiene un pH de menos de 5, p. ej. entre 0 y 4. Los ácidos preferidos pueden ser ácidos inorgánicos tales como ácido clorhídrico, ácido fosfórico, ácido nítrico o ácido sulfúrico; ácidos orgánicos tales como ácido fórmico, ácido acético, ácido láctico o ácido cítrico; y ácidos de Lewis tales como ácido bórico, sulfato de aluminio, cloruro de aluminio o sulfato de hierro. Se prefiere el ácido sulfúrico.

Se prefiere un medio acuoso ácido de 2 a 98%, más preferiblemente de 10 a 85%, especialmente entre 20 y 70%, en peso de concentración del ácido en agua.

Las cantidades en peso entre la biomasa y el medio acuoso ácido pueden variar dentro de amplios límites, p. ej. de 1:10 a 10:1, preferiblemente entre 1:5 y 5:1, más preferiblemente entre 1:3 y 1:1.

La temperatura de dicho pretratamiento está convenientemente entre 20°C y el punto de ebullición a 1 atm, preferiblemente entre 40 y 95°C, más preferiblemente entre 70 y 85°C. La duración de dicho pretratamiento está convenientemente entre 30 minutos y 6 horas, preferiblemente entre 2 y 4 horas.

(i¡¡) Después de que se haya completado el tiempo de reacción, la biomasa pretratada obtenida se puede neutralizar directamente con un compuesto alcalino inorgánico u orgánico y/o preferiblemente la biomasa pretratada se separa mediante cualquier tipo de filtración, la torta de prensa húmeda obtenida se lava y se amasa en agua, opcionalmente se neutraliza con un compuesto alcalino inorgánico u orgánico y a continuación... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para fabricar tintes que comprende las etapas de

(i) proporcionar biomasa vegetal;

(ii) pretratar dicha biomasa vegetal con un medio ácido acuoso;

(iii) neutralizar la biomasa vegetal pretratada y/o aislar la biomasa vegetal pretratada en la forma de una torta de prensa;

(iv) mezclar la biomasa vegetal pretratada obtenida en (iii) con un agente de sulfurización seleccionado del grupo que consiste en azufre, sulfuro, polisulfuro y una combinación de los mismos;

(v) calentar dicha mezcla hasta una temperatura de entre 120 y 350°C a lo largo de al menos 2 horas;

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

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que la biomasa vegetal se obtiene de residuos de actividades de cultivo agrícola.

3. El procedimiento según las reivindicaciones 1 o 2, en el que la biomasa vegetal se selecciona del grupo que consiste en cáscaras de frutos secos, huesos de frutas y café molido.

4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que en la etapa (ii) el pretratamiento de la biomasa vegetal se lleva a cabo en un medio acuoso ácido que tiene un pH de menos de 5.

5. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que en la etapa (ii) la cantidad en peso entre la biomasa y el medio acuoso ácido es de 1:10 a 10:1.

6. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que en la etapa (ii) el medio acuoso ácido contiene un ácido seleccionado del grupo que consiste en ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido fosfórico, ácido nítrico, ácido fórmico, ácido acético, ácido láctico, ácido cítrico y un ácido de Lewis.

7. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la temperatura del pretratamiento está entre 40 y 95°C.

8. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la duración del pretratamiento está entre 30 minutos y 6 horas.

9. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la cantidad en peso relativa entre el agente de sulfurización y la biomasa vegetal pretratada, calculada en peso seco, está entre 1:10 y 10:1.

10. Una solución acuosa de un tinte preparado mediante el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

11. La solución según la reivindicación 10, que contiene sulfuro libre en una cantidad de menos de 3% en peso, basado en el peso total de la solución acuosa.

12. Uso de una solución acuosa según las reivindicaciones 10 u 11, para teñir un material celulósico o un material

que contiene celulosa.

13. Un material celulósico o un material que contiene celulosa teñido con una solución acuosa de colorante según

las reivindicaciones 10 u 11.

14. El material celulósico o el material que contiene celulosa según la reivindicación 13, que es un material textil de algodón.

15. El material celulósico según la reivindicación 14, en el que el material textil de algodón es un pantalón vaquero, teñido en tonos pardos o verde oliva, y en el que la biomasa vegetal procede de cáscaras de frutos secos, huesos de fruta o de café molido.