LIGNOSULFONATE DE CALCIUM

CAS Number:    8061-52-7

Synonyms:
Lignosulfonic acid, calcium salt; CALCIUM LIGNOSULFONATE; 8061-52-7; Caswell No. 146; Lignin calcium sulfonate; UNII-6HPP8U6S23; UNII-33T2H9O73P; EPA Pesticide Chemical Code 115101; Calcium Lignin Sulfonate; Lime fractionated, spent pulping liquor, precipitate; Calcium 3-(2-hydroxy-3-methoxyphenyl)-2-[2-methoxy-4-(3-sulfonato propyl)phenoxy]-1-propanesulfonate; CALCİUM LİGNOSULFONATE; CALCIUM LIGNOSULPHONATE; CALCİUM LİGNOSULPHONATE; calcium linin sulfonate; lignin calcium sulfonate; lignosulfonic acid calcium salt; lignosulfonic acid, calcium salt; lime fractionated spent pulping liquor precipitate; lime fractionated, spent pulping liquor, precipitate; CALCIUM LIGNO SULFONATE; CALCIUM LIGNOSULFONAT; kalsiyum lignosülfonat; kalsiyum lignosülfonate; kalsiyum ligno sülfonat; LIGNOSULFONATE DE CALCIUM; lignosulfonate de  Calcium
 

LIGNOSULFONATE DE CALCIUM

Le lignosulfonate de calcium (40-65) est une poudre amorphe jaune-brun clair obtenue à partir de la pâte au sulfite de bois tendre. La charpente organique de l'additif est un polymère statistique sulfoné de trois alcools aromatiques: l'alcool coniférylique, l'alcool p-coumarylique et l'alcool sinapylique, dont l'alcool coniférylique est l'unité principale. Le produit commercial a une gamme de poids moléculaire moyen en poids de 40 000 à 65 000 et le nom de l'additif est destiné à refléter cette gamme et à le distinguer des autres lignosulfonates de calcium sur le marché. L'utilisation prévue du lignosulfonate de calcium (40-65) est en tant que support (agent d'encapsulation) pour les vitamines liposolubles, les caroténoïdes et d'autres ingrédients fonctionnels dans, par exemple, les boissons à base de fruits, les boissons vitaminées, les produits laitiers et les bonbons durs. Les préparations de ces substances contiendront du lignosulfonate de calcium (40-65) à des rapports du principe actif au lignosulfonate compris entre 1: 5 et 1: 200.
Études de stabilité de l'additif 1) stocké dans des récipients en polyéthylène (36 mois) et dans des sacs en aluminium (24 mois); 2) en tant que composant d'une formulation de l'additif avec du ß-carotène (48 semaines); et 3) sous forme de produit contenant du ßcarotène dans une boisson gazeuse non pasteurisée et non gazeuse (3 mois), tous soutiennent le
utilisations prévues.
DESCRIPTION Poudre brun jaune clair à brun
UTILISATIONS FONCTIONNELLES Carrier
LES CARACTÉRISTIQUES
IDENTIFICATION
Solubilité (Vol. 4) Soluble dans l'eau. Pratiquement insoluble dans les solvants organiques.
Spectre IR (Vol. 4) Le spectre d'absorption infrarouge d'une pastille de bromure de potassium d'un échantillon séché présente des absorptions caractéristiques à 1210-1220 cm-1, 1037 cm-1 et 655 cm-1.

Spectre UV (Vol. 4) Une solution échantillon à 0,05% est diluée à 1:10 et ajustée à un pH de 2,0 à 2,2 par addition de 3 gouttes d'acide chlorhydrique 5 M. Cette solution présente un maximum d'absorption à 280 nm.

2. Présentation
Les lignosulfonates sont disponibles dans le commerce sous forme de sels de sodium et de calcium et ont été utilisés par l'industrie dans une grande variété d'applications. L'utilité des produits à base de lignosulfonate du commerce vient de leurs propriétés dispersantes, liantes, complexantes et émulsifiantes. L'additif lignosulfonate de calcium tel que décrit dans le Food Chemicals Codex (FCC, 6e éd., US Pharmacopeia, Rockville, MD 20852 USA (2008)) est utilisé depuis plusieurs années dans l'industrie alimentaire, servant, par exemple, comme émulsifiant dans l'alimentation animale, comme matière première dans la production de vanilline et comme additif pour l'eau de chaudière. L'additif lignosulfonate de calcium (40-65), évalué par le 69ème JECFA, est d'une pureté plus élevée que le lignosulfonate de calcium décrit dans le FCC, avec un degré de polymérisation plus élevé et une teneur en sucres plus faible. L'utilisation prévue du lignosulfonate de calcium (40-65) est en tant que vecteur de vitamines liposolubles, de caroténoïdes et d'autres ingrédients fonctionnels. Le lignosulfonate de calcium (40-65) correspond au matériau sur lequel les études toxicologiques ont été réalisées et évaluées par le JECFA.
3. Description
Le lignosulfonate de calcium (40-65) est un matériau amorphe dérivé de la lignine. C'est une poudre jaune-brun clair soluble dans l'eau, mais pratiquement insoluble dans les solvants organiques. Le produit présente un poids moléculaire moyen en poids dans la gamme de 40 000 à 65 000 avec plus de 90% allant de 1 000 à 250 000.
4. Processus de fabrication
Le lignosulfonate de calcium (40-65) est produit à partir de bois résineux dans le procédé de fabrication de pâte au sulfite pour la fabrication du papier. Les copeaux de bois sont digérés avec une solution acide de bisulfite de calcium dans de grands récipients de réaction où ils sont traités par des cycles de cuisson de 6 à 10 heures. La température la plus élevée pendant un cycle de cuisson est d'environ 130 °. Dans ce processus, les ions bisulfite réagissent avec le polymère de lignine natif du bois pour former de la lignine sulfonée (c'est-à-dire du lignosulfonate). Cette réaction augmente la solubilité dans l'eau du polymère de lignine hydrophobe. Le bisulfite de calcium fournit les ions calcium qui stabilisent les groupes sulfonates anioniques dans les lignosulfonates. Une fois la mise en pâte terminée, la cellulose insoluble dans l'eau et le lignosulfonate de calcium soluble sont séparés par filtration.
Le filtrat brunâtre, contenant les lignosulfonates, contiendra également des quantités résiduelles de sels de sulfite et de monomères de sucre réducteur formés à partir de la cellulose de bois pendant la pâte. Le pH du filtrat est ajusté par addition d'acide sulfurique concentré. La teneur en eau et en sulfite (sous forme de dioxyde de soufre) est réduite par évaporation ultérieure. Après la première étape d'évaporation, le filtrat peut être dilué avec de l'eau avant d'être soumis à une purification supplémentaire par ultrafiltration à des températures modérément élevées. L'ultrafiltration est une méthode de séparation liquide / liquide dans laquelle le filtrat est séparé par taille moléculaire à travers une membrane semi-perméable. L'étape d'ultrafiltration sépare la fraction de lignosulfonate de haut poids moléculaire des produits de dépolymérisation, tels que les lignosulfonates de bas poids moléculaire, et les monomères de sucre réducteur. Selon pour le promoteur, l'utilisation d'autres matières que le bois résineux comme matière première ne donnerait pas un produit ayant la distribution de poids moléculaire élevé souhaitable.
Le lignosulfonate de calcium purifié (40-65) issu de l'ultrafiltration peut être ajusté en pH par addition d'acide sulfurique dilué. Cette solution est ensuite évaporée à une température de 95-105 ° jusqu'à une teneur en matière sèche adaptée au séchage par atomisation. Le produit final est séché par atomisation à une teneur en humidité conformément à la spécification pour la perte au séchage et versé dans des récipients adaptés pour contenir des aliments.
 Réactions et devenir dans les aliments
Comme il n'y a pas de méthode analytique disponible permettant la quantification du lignosulfonate de calcium (40-65) aux faibles niveaux qui devraient être présents dans les aliments résultant de son utilisation avec des préparations nutritives et colorantes, aucune étude n'est disponible sur sa réaction. et le destin dans la nourriture. Données disponibles à partir des études soumises par
le promoteur sur la stabilité de l'additif lui-même et de la stabilité de l'additif dans les préparations de caroténoïdes fournit des informations qui permettent une extrapolation aux réactions possibles et au devenir dans les aliments.
7.1 Stabilité du lignosulfonate de calcium (40-65)
Le promoteur a fourni des données de stabilité (pH d'une solution à 10%, poids moléculaire,% de sucres réducteurs) pour un lot de lignosulfonate de calcium en poudre (40-65) stocké pendant 36 mois dans des conteneurs en polyéthylène et pour un lot stocké dans des sacs fermés en aluminium. pendant 24 mois. Voir l'annexe 1 ci-dessous. Les résultats montrent que le
le produit en poudre était stable pendant la durée des tests. Le poids moléculaire moyen en poids a montré une variation de ± 6%, dans les limites de la variation attendue de la méthode d'analyse, et les niveaux de sucres réducteurs sont restés stables et dans la limite indiquée dans les spécifications (<5,0%).
7.2 Stabilité du lignosulfonate de calcium (40-65) dans les préparations caroténoïdes
Le promoteur a testé trois lots d'une formulation contenant du lignosulfonate de calcium (40-65) avec du ß-carotène et une formulation vierge, tous préparés à partir d'un seul lot de l'additif, pour une stabilité sur 48 semaines. Les échantillons en poudre ont été stockés dans des sacs en aluminium fermés dans des conditions normales (25 ° / 60% d'humidité relative) et accélérés
(Humidité relative 40 ° / 75%). Les formulations et le blanc contenaient également de l'huile de maïs, de l'amidon de maïs et du sirop de glucose. La teneur en lignosulfonate de calcium (40-65) a été déterminée en nitrosant les groupes phénoliques de la fraction polymère de l'additif et en observant par spectrophotométrie l'absorbance à 440
nm des produits nitrosés; Le ß-carotène a été déterminé par HPLC. Voir l'annexe 2 ci-dessous. La stabilité était satisfaisante pour la durée des essais.
7.3 Stabilité du lignosulfonate de calcium (40-65) dans les boissons
Le promoteur a également testé une forme de produit contenant du ß-carotène / lignosulfonate de calcium (40-65) pour la stabilité dans une boisson gazeuse non pasteurisée et non gazeuse. La forme de produit à base de lignosulfonate de calcium (40-65) a montré une bonne stabilité physique sur 3 mois et des performances égales à celles d'une forme de produit à base de gélatine de poisson.
7.4 Effets possibles sur la nutrition
Le promoteur a noté que le lignosulfonate de calcium (40-65) est hydrosoluble et a conclu qu'aucune interaction avec les composés liposolubles dans l'alimentation n'est attendue, en particulier parce que les niveaux de l'additif dans les aliments tels que consommés sont faibles. Le promoteur a également fourni un rapport sur l'ingestion de l'additif. Une estimation prudente de
son utilisation comme support pour les caroténoïdes indique que la consommation est peu susceptible de dépasser environ 100 mg / jour (au-dessus
le 90e centile). Le rapport indique également que les apports résultant de l'utilisation de la vitamine E dans les multi-vitamines
les produits peuvent entraîner des apports de lignosulfonate allant jusqu'à 300 mg / jour. Ajout de vitamines A, D et K au maximum
les niveaux de supplément entraîneraient un apport total maximal de lignosulfonate inférieur à 400 mg / jour, lorsque
la proportion de préparations vitaminées ingérées sous forme de poudre est prise en compte.
Le promoteur spécule également que, en tant que fibre alimentaire non digestible, le lignosulfonate de calcium (40-65), lorsque
consommé à des niveaux élevés, peut produire les mêmes effets secondaires (par exemple, laxation) que d'autres fibres alimentaires, telles que
la lignine, qui est consommée à des niveaux beaucoup plus élevés dans l'alimentation humaine normale. Il semble cependant que l'intention
les applications de lignosulfonate de calcium (40-65) n'entraîneront probablement pas une contribution significative à l'apport global de fibres alimentaires non digestibles.

Lignosulfonates

Les lignosulfonates, ou lignine sulfonée, sont des polymères polyélectrolytes anioniques solubles dans l'eau: ce sont des sous-produits de la production de pâte de bois à l'aide de la pâte au sulfite. [1]

La plupart de la délignification dans la fabrication de pâte au sulfite implique le clivage acide des liaisons éther, qui relient de nombreux constituants de la lignine. [2] Les carbocations électrophiles produits lors du clivage de l'éther réagissent avec les ions bisulfite (HSO3-) pour donner des sulfonates.

R-O-R '+ H + → R + + R'OH
R + + HSO3− → R-SO3H
Le site principal pour le clivage de l'éther est le carbone α (atome de carbone lié au cycle aromatique) de la chaîne latérale propyle (linéaire à trois carbones). Les structures suivantes ne précisent pas la structure puisque la lignine et ses dérivés sont des mélanges complexes: le but est de donner une idée générale de la structure des lignosulfonates. Les groupes R1 et R2 peuvent être une grande variété de groupes trouvés dans la structure de la lignine. La sulfonation se produit sur les chaînes latérales et non sur le cycle aromatique comme dans l'acide p-toluènesulfonique.
Les lignosulfonates ont de très larges gammes de masse moléculaire (ils sont très polydispersés). Une fourchette de 1 000 à 140 000 da a été signalée pour les lignosulfonates de résineux avec des valeurs plus faibles pour les feuillus. [1]

Préparation
Les lignosulfonates sont récupérés à partir des liquides de mise en pâte usés (liqueur rouge ou brune) de la mise en pâte au sulfite. L'ultrafiltration peut également être utilisée pour séparer les lignosulfonates du liquide de pâte épuisé. [1] Une liste des numéros CAS des divers sels métalliques de lignosulfonate est disponible. [3]

Les usages
Les lignosulfonates ont une grande variété d'applications.

La plus grande utilisation des lignosulfonates est comme plastifiants dans la fabrication du béton, [1] où ils permettent au béton d'être fabriqué avec moins d'eau (donnant un béton plus fort) tout en maintenant la capacité du béton à couler. Les lignosulfonates sont également utilisés lors de la production de ciment, où ils agissent comme des auxiliaires de broyage dans le broyeur à ciment et comme défloculant de boue rawmix (qui réduit la viscosité de la boue).

Les lignosulfonates sont également utilisés pour la production de plaques de plâtre pour réduire la quantité d'eau nécessaire pour faire couler le stuc et former la couche entre deux feuilles de papier. La réduction de la teneur en eau permet à des températures de four plus basses de sécher les plaques de plâtre, ce qui permet d'économiser de l'énergie.

La capacité des lignosulfonates à réduire la viscosité des boues minérales est mise à profit dans la boue de forage pétrolier, où elle a remplacé les acides tanniques du quebracho (un arbre tropical).

Les lignosulfonates sont utilisés pour disperser des pesticides, des colorants, du noir de carbone et d'autres solides et liquides insolubles dans l'eau. Ils sont utilisés dans le tannage du cuir. Ils sont également utilisés pour supprimer la poussière sur les routes non goudronnées.

L'oxydation des lignosulfonates des résineux a produit de la vanilline (arôme artificiel de vanille).

Le sulfure de diméthyle et le diméthylsulfoxyde (un solvant organique important) sont produits à partir de lignosulfonates. La première étape consiste à chauffer des lignosulfonates avec des sulfures ou du soufre élémentaire pour produire du sulfure de diméthyle. Les groupes méthyle proviennent des éthers méthyliques présents dans la lignine. L'oxydation du diméthylsulfure avec du dioxyde d'azote produit du diméthylsulfoxyde (DMSO). [1]

Une des utilisations très répandues des lignosulfonates est également la défloculation des argiles utilisées dans les fluides de forage dans l'industrie pétrolière et gazière. En outre, les lignosulfates sont en cours de recherche pour une utilisation dans la récupération améliorée de l'huile (EOR) en raison de leur capacité à réduire l'IFT dans les mousses, ce qui permet une efficacité de balayage améliorée et donc un facteur de récupération accru.

Les solutions aqueuses de lignosulfonate sont également largement utilisées comme agent de suppression de poussière non toxique pour les surfaces de routes non pavées, où elles sont communément appelées "sève d'arbre" à tort. Les routes traitées aux lignosulfonates peuvent être distinguées de celles traitées au chlorure de calcium par leur couleur: les lignosulfonates donnent à la surface de la route une couleur gris foncé, tandis que le chlorure de calcium confère à la surface de la route une couleur bronzée ou brune distinctive. Comme les lignosulfonates ne dépendent pas de l'eau pour fournir leurs propriétés de liaison, ils ont tendance à être plus utiles dans les régions arides.

Ils forment également un constituant de la pâte utilisée pour enrober les grilles plomb-antimoine-calcium ou plomb-antimoine-sélénium dans une batterie plomb-acide.

Outre leur utilisation comme dispersants, les lignosulfonates sont également de bons liants. Ils sont utilisés comme liants dans le papier de puits, les panneaux de particules, les sols en linoléum, les briquettes de charbon et les routes.

L'effet anti-oxydant des lignosulfonates est utilisé dans les aliments pour animaux, l'ensilage et les retardateurs de flamme.

L'absorbance UV des lignosulfonates est utilisée dans les écrans solaires et les bio-pesticides.

Poids moléculaire du calcium
lignosulfonate: 528,6 g / mol Calculé par PubChem 2.1 (PubChem release 2019.06.18)
Nombre de donneurs de liaison hydrogène de calcium
lignosulfonate: 1 calculé par Cactvs 3.4.6.11 (PubChem release 2019.06.18)
Accepteur de liaison hydrogène Nombre de calcium
lignosulfonate: 10 calculé par Cactvs 3.4.6.11 (PubChem release 2019.06.18)
Nombre de liaisons rotatives de calcium
lignosulfonate: 10 calculé par Cactvs 3.4.6.11 (PubChem release 2019.06.18)
Masse exacte de calcium
lignosulfonate: 528,04368 g