BE1023282B1 - Coatingsamenstelling omvattende gehydrolyseerde tarwe-eiwitten - Google Patents

Abstract

De onderhavige uitvinding betreft een coatingsamenstelling voor papier of karton met een droge stofgehalte gelegen tussen 45 en 80%, omvattende i) bindmiddelen waaronder ten minste één gemodificeerd zetmeel en een kleefstof ii) een gehydrolyseerd tarwe-eiwit met een gemiddeld molecuulgewicht gelegen tussen 7 en 1000kDa, en iii) een minerale vulstof alsook de werkwijze voor het verkrijgen van een dergelijke samenstelling. De uitvinding betreft eveneens een werkwijze voor het bekleden of blauwkleuren van papier of karton, omvattende de stappen van i) het verschaffen van een samenstelling volgens de uitvinding en ii) het afzetten van de samenstelling op een substraat van papier of karton en het gecoat papier of karton vervolgens verkregen. De uitvinding heeft tenslotte betrekking op het gebruik van een gehydrolyseerd tarwe-eiwit in de vervanging van de latex in een coatingsamenstelling voor papier of karton.

Description

Coatingsamenstelling omvattende gehydrolyseerde tarwe-eiwitten Technisch domein

De onderhavige uitvinding betreft een coatingsamenstelling voor papier of karton omvattende een gemodificeerd zetmeel en een gehydrolyseerd tarwe-eiwit alsook de werkwijze voor het verkrijgen van een dergelijke samenstelling. De uitvinding betreft ook een werkwijze voor het bekleden of blauwkleuren van papier of karton gebruik makende van een dergelijke samenstelling, het gecoate papier of karton daarmee verkregen. De uitvinding betreft tenslotte het gebruik van een gehydrolyseerd tarwe-eiwit in de vervanging van de latex in een coatingsamenstelling voor papier of karton.

Stand van de techniek

De bekleding ook wel coating genoemd is een afwerkingsstap van het papier of karton, die dient voor het verlenen aan een vel papier of aan een karton een aantal eigenschappen, zoals de opaciteit, de glans, de witheid of het verbeteren van bedrukbaarheid bij drukwerkwijzen zoals offset of diepdruk. Tijdens deze bekledingsstap wordt een samenstelling genoemd coating aangebracht op het oppervlak van het papier of van de karton. Deze samenstelling omvat in het algemeen ten minste één minerale vulstof of pigmentaire vulstof, ten minste een bindmiddel en andere additieven zoals, met name dispergeermiddelen, rhéologie modificatoren, smeermiddelen, optische witmakers of antischuimmiddelen.

De papierindustrie gebruikt diverse chemische producten zoals oppervlakteactieve stoffen, optische witmakers, waterbestendige middelen (ketonhars, anionische latex...) om aan het papier verschillende eigenschappen te geven of het vervaardigingsproces te vereenvoudigen. De latex, typisch synthetische latex van het styreenbutadieen type is het meest gebruikte bindmiddel. Het heeft de functie van het toestaan van de samenhang tussen de verschillende bestanddelen van de samenstelling en ze te binden aan de vezels. De synthetische latex wordt geproduceerd uit olievoorraden die per definitie niet-hemieuwbaar zijn. Om het aantal gebruikte chemische stoffen in deze industrie te verminderen, om het verbruik van aardoliederivaten en alsook de kosten te verminderen, vertegenwoordigd de vervanging van de latex in coatings een potentiële markt, maar ook een technische uitdaging. Inderdaad, is het zeer moeilijk om de prestaties van een coating te behouden bij vermindering van het gebruikte aandeel van synthetische latex.

Vele pistes zijn getest waaronder het gebruik van soja-eiwitten (US 2006/174801). Nu, deze producten hebben geleid tot het verkrijgen van zeer viskeuze coatings of ze moeten worden gebruikt bij zeer lage droge stofgehaltes (in de orde van 38-44% DS) om de viscositeit te compenseren of om de oplosbaarheid van deze producten te waarborgen.

De stand der techniek beschrijft ook het gebruik van koud oplosbaar zetmeel, in dergelijke samenstellingen kan men ook bijvoorbeeld citeren, de internationale octrooiaanvraag WO 08/104574. Echter, deze zetmeelsoorten hebben de neiging aggregaten tijdens het oplossen te vormen, zij vereisen ook het gebruik van hoge afschuiving mengers waarmee de meeste papierfabrikanten niet zijn uitgerust.

Voorts, dient opgemerkt te worden dat de coatings bedoeld zijn om te worden aangebracht op het oppervlak van het papier of de karton in zeer dunne lagen bij zeer hoge snelheid. Zij worden aangebracht door middel van een blad of een draadstang die op het oppervlak van het papier zeer hoge afschuifkrachten uitoefent. Dus bij niet homogene of overmatige viscositeit, leiden die dwarskrachten niet alleen op het niveau van de zone van toepassing tot turbulenties verantwoordelijk voor fouten in de afzetting genoemd “kwijlen" of "parels", maar ook tot een toename van de druk uitgeoefend op het papier wordt waardoor het risico op breuk en mogelijke uren van productiestop toeneemt.

Om dit technisch probleem op te lossen, stelt de stand van de techniek coatingsamenstellingen voor met een laag gehalte aan droge stof. De vermindering van de droge stof van de samenstelling (en bijgevolg de verhoging van het watergehalte) om zo de viscositeit te verlagen is geen voordelige oplossing in de onderhavige aanvraag. Inderdaad, de coating heeft een natuurlijke neiging om aan het vel papier of een gedeelte ervan water en de wateroplosbare delen die het bevat te transfereren. Dit heeft meerdere consequenties waarbij de eerste de verzwakking is van het papier of de karton, die door het overtollige water zijn integriteit kan verliezen en kan leiden tot een papierproduct breuk en derhalve mogelijke productiestop. De tweede is het glansverlies van het papier waargenomen na de migratie van in water oplosbare delen van de coating op het papier. Deze migratie veroorzaakt een derde consequentie die de verzwakking van de samenhang van het papier is, die problemen veroorzaakt bij het afdrukken. Er kan worden verwezen naar bijvoorbeeld het storten van vezels of minerale vulstoffen van de laag op de dekens tijdens de offsetdruk. De laatste consequentie van dit overtollig water uit de coatingsamenstelling is de toename van de energie en/of de tijd nodig voor het drogen van het verkregen papier of het verkregen karton.

Bovendien is het voordeel van een coating met zowel een hoge droge stofgehalte en een lage viscositeit na het verdwijnen van de bovengenoemde problemen, de lage nodige afzetting van de coating. Bovendien zou een coating van lage viscositeit ook het voordeel hebben een coating toe te laten bij hoge snelheden wat een duidelijk industrieel voordeel biedt.

Bovendien, bij de vooropgestelde pistes bij de vervanging van latex, laat geen enkele verbetering toe en ten minste het behoud van de veerkracht tegen het scheuren van het verkregen papier of karton. De sterke scheurvastheid garandeert het behoud van de integriteit van het papier of de karton wanneer een kracht wordt uitgeoefend op het oppervlak en derhalve een ruimer gebruik van het laatste. Deze eigenschap is van essentieel belang, met name wanneer offsetdruk papier wordt blootgesteld aan hoge spanningen bij de uitgang van de inkt rollen. Inderdaad, in dit stadium, de inktfilm splitst in twee delen, een nog op het papier en de andere op het deken. Tijdens deze scheiding wordt een normale kracht uitgeoefend op het papier leidend tot het scheuren van de deeltjes (vezels of minerale vulstoffen) die slecht met elkaar verbonden zijn of aan het papier en hun afzetting op de dekens. Dit fenomeen is verantwoordelijk voor vervuiling van de dekens en kan de printer tot de productiestop verplichten voor reiniging.

Er is dus thans geen coatingsamenstelling met zowel een latex verlaagd gehalte dan wat wordt beschreven in de stand der techniek, een zeer hoog vaste stofgehalte en lage viscositeit terwijl aan het papier of karton verlenende een sterke scheurvastheid.

Het is derhalve het doel van de onderhavige uitvinding om een coating aan te bieden die voldoet aan de behoeften van de bekende techniek.

Gedetailleerde beschrijving van de uitvinding

De uitvinding betreft een coatingsamenstelling voor papier of karton met een droge stofgehalte gelegen tussen 45 en 80%, bij voorkeur 50 en 78%, nog meer bij voorkeur 55 tot 75%, omvattende: • bindmiddelen inclusief ten minste een gemodificeerd zetmeel en een kleefstof bij voorkeur synthetisch, • een gehydrolyseerd tarwe-eiwit met een gemiddeld molecuulgewicht gelegen tussen 7 en lOOOkDa en • een minerale vulstof

Met "coatingsamenstelling voor papier of karton" wordt een samenstelling bedoeld die bijzonder geschikt is voor het coaten van papier of karton. Het betreft een waterige formulering omvattende klassiek water, ten minste een minerale vulstof, een of meer bindmiddelen alsook diverse additieven.

Typisch, de samenstelling volgens de uitvinding omvat per 100 gewichtsdelen aan minerale vulstof: 1 tot 99 delen bindmiddelen, bij voorkeur 1 tot 50 delen, nog meer bij voorkeur 1 tot 15 delen, en 1 tot 50 gewichtsdelen tarwe-eiwit, bij voorkeur 1 tot 20 delen, nog meer bij voorkeur 1 tot 8 delen,

De term "tarwe-eiwit" duidt op een eiwitfractie onoplosbaar in water, nat geëxtraheerd uit tarwemeel een vervolgens gedroogd, ook wel tarwegluten genoemd. Typisch, tarwe-eiwitten met een gemiddeld molecuulgewicht gelegen tussen 7 en lOOOkDa worden verkregen door hydrolyse volgens werkwijzen die welbekend zijn bij deskundigen [Anfinsen, C.B. Jr.(1965) Advances inprotein chemistry: v.20. New York and London: Academie Press], Typisch kan de hydrolyse thermisch, zuur of enzymatisch zijn. De enzymatische hydrolyse is voorkeurdragend.

Een tarwegluten bijzonder geschikt voor de onderhavige uitvinding is het SOLPRO® 508 gecommercialiseerd door TEREOS SYRAL.

Typisch, het gehydrolyseerd tarwe-eiwit volgens de uitvinding heeft een gemiddeld molecuulgewicht gelegen tussen 7 en 800kDa, 5 en 500kDa of 8 en lOOkDa, bij voorkeur tussen 9 en 80 kDa, nog meer bij voorkeur tussen 10 en 70 kDa, nog meer voorkeurdragend tussen 12 en 50 kDa, nog meer voorkeurdragend tussen 13 en 40kDa.

Met "bindmiddel" wordt bedoeld een verbinding met een functie om de minerale vul stofdeeltjes (of pigmenten) met elkaar te verbinden en het handhaven van de laag op het oppervlak van het papier.

Volgens de uitvinding omvat de samenstelling een verhouding bindmiddelen/tarwe-eiwit van 1: 5 tot 5: 1, bij voorkeur 1: 3 tot 3: 1, nog meer bij voorkeur 1: 2 tot 2: 1.

Volgens de onderhavige uitvinding, zijn de bindmiddelen ten minste één gemodificeerd zetmeel en een kleefstof zoals een synthetische kleefstof. Typisch in een verhouding gemodificeerd zetmeel /synthetische kleefstof van 1: 5 tot 5: 1, bij voorkeur van 1: 3 tot 3: 1, nog meer bij voorkeur 1: 2 tot 2: 1.

Met gemodificeerd zetmeel bedoelt men, in de context van de onderhavige uitvinding, elk zetmeel die chemisch of fysisch is behandeld.

De moleculen van gemodificeerde zetmelen aanwezig in de onderhavige uitvinding kunnen worden verkregen uit een plantaardige bron zoals granen, knollen, wortels, groenten en fruit. Zo kan het zetmeel of kunnen de zetmelen afkomstig zijn uit een plantaardige bron, gekozen uit maïs, erwten, aardappel, zoete aardappel, banaan, gerst, tarwe, rijst, haver, sago, tapioca en sorghum.

Meer in het bijzonder, kunnen de modificatie reacties worden uitgevoerd door bijvoorbeeld: • door voorgelatinering via splitsing van de zetmeelkorrels (zoals drogen en koken in een droogtrommel); • door zure hydrolyse onder toepassing van bijvoorbeeld sterke zuren of door enzymatische hydrolyse, • door oxidatie gebruik makende van bijvoorbeeld sterke oxidatiemiddelen leidend tot de invoering van carboxylgroepen in het zetmeel molecuul en depolymerisatie van het zetmeel molecuul (bijvoorbeeld door behandeling van een waterige oplossing van zetmeel met natrium hypochloriet); • door crosslinking met functionele middelen die kunnen reageren met de hydroxylgroepen van de zetmeelmoleculen, die aldus tezamen worden gekoppeld (bijvoorbeeld met glyceryl groepen en/of fosfaat groepen); men verkrijgt bijvoorbeeld fosforverbindingen van monozetmeel fosfaten (type Am-O-PO (OX)2), de dizetmeelfosfaten (type Am-O-PO (OX) -Ο-Am) of zelfs trizetmeel (type Am-O-PO- (0-Am)2) of hun mengsels. X verwijst bijvoorbeeld naar alkali- of aardalkalimetalen, • door verestering in een alkalisch medium voor het enten van functionele groepen, in het bijzonder C1-C6 acyl (acetyl), C1-C6 hydroxyalkylen (hydroxyethyl, hydroxypropyl) carboxymethyl, octenylsuccinaat. Men kan in het bijzonder vermelden zetmelen gemodificeerd met natriumcarboxymethyl; • door dextrinisatie zoals bijvoorbeeld door behandeling van een natuurlijk zetmeel in de droge fase, door de inwerking van warmte in een al dan niet droge omgeving, al dan niet in aanwezigheid van chemisch middel of door de inwerking van warmte of een combinatie van deze verschillende middelen. Voor de meeste, die discontinue of continue zijn, gebruiken deze werkwijzen transformatietemperaturen boven 80 °C en de eventuele aanwezigheid van een zuur, een alkalisch middel en/of een oxidatiemiddel.

Geschikte gemodificeerde zetmelen omvatten, maar zijn niet beperkt tot voorgegelatineerde zetmelen, zetmelen met een lage viscositeit (bijvoorbeeld dextrinen, gehydrolyseerde zetmelen, geoxideerde zetmelen), gestabiliseerde zetmelen (bijvoorbeeld zetmeelesters, zetmeel ethers), verknoopte zetmelen en zetmelen die een combinatie van behandelingen hebben ontvangen (bijvoorbeeld verknoping en gelatinisering) en hun mengsels.

Dextrinen zijn de voorkeurdragende gemodificeerde zetmelen. Met "dextrine" in de zin van de onderhavige uitvinding, wordt een gemodificeerd zetmeel bedoeld verkregen op basis van een natuurlijk zetmeel door dextrinisatie, typisch de dextrines volgens de uitvinding zijn niet onderworpen aan enige verdere modificatie, met name chemische. De dextrinen aangepast aan de onderhavige uitvinding zijn bijvoorbeeld, witte dextrines, in het algemeen verkregen door transformatie van zetmeel bij temperaturen vaak gelegen tussen 100 en 170 °C, in aanwezigheid van (een) chemisch(e) middel(en), in het bijzonder zuur, in relatief grote hoeveelheden. De gele dextrines, vaak verkregen door transformatie van zetmeel bij hoge temperaturen, typisch gelegen tussen 170 en 230 °C, in aanwezigheid van chemische middel(en), in het bijzonder zuur. Tenslotte dextrines genaamd "British gum" verkregen door de inwerking van slechts warmte bij verhoogde temperatuur, vaak boven 230 °C. Een dextrine bijzonder geschikt voor de onderhavige uitvinding is een tarwe dextrine, typisch het dextrine MYLOFILM® 214 of MYLOFILM® 218 gecommercialiseerd door het bedrijf TEREOS SYRAL.

Typisch, in de context van de onderhavige uitvinding, het bijzonder geschikte gemodificeerde zetmeel heeft een molecuul gewicht tussen 20 en 300 kDa, bij voorkeur 30-250 kDa, liever tussen 35 en 233 kDa, nog meer bij voorkeur tussen 40 en 200KDa, nog meer bij voorkeur tussen 42 en 150 kDa en/of een viscositeit gelegen tussen 50 en 400 mPa.s (Brookfield, 70 °C, 31% DS). Meten met een Brookfield viscometer van het gemodificeerde zetmeel zoals bijvoorbeeld van een dextrine oplossing wordt uitgevoerd op een model RVDV-E, de meting wordt uitgevoerd bij een snelheid van 20 omw/min met de spil 3. De metingen worden uitgevoerd bij 70 °C. De module wordt gedrenkt in een samenstelling van gemodificeerd zetmeel suspensie met 31% droge stof tot de maatstreep indicator van de spil, de waarde wordt afgelezen waarde na 10s van omwentelingen.

Met "gemiddeld molecuulgewicht" wordt verstaan het molecuulgewicht gemiddeld in gewicht.

In het kader van het gehydrolyseerde eiwit, wordt dat gemiddeld molecuulgewicht gemeten met chromatografie met sterische exclusie (SE-HPLC) gekoppeld met een UV-detector ingesteld op een golflengte van 214 nm. De chromatografie met sterische exclusie is voorzien van een pomp die een elutiemiddel circuleert, bestaande uit een PBS fosfaatbuffer (0,1 M Na2HP04-NaH2P04 met 0,1% SDS) bij een stroomsnelheid van 0,7 ml/min in een TSKG4000SWxl kolom. Deze meting wordt uitgedrukt in Dalton. De bereiding van een monster kan worden uitgevoerd door het oplossen van het product in een extractie fosfaatbuffer met 1% SDS gevolgd door een centrifugatie om de supematant terug te winnen.

In het kader van het gemodificeerde zetmeel en meer in het bijzonder dextrine, wordt het gemiddeld molecuulgewicht uitgedrukt in Dalton en kan het worden bepaald door de deskundige door chromatografie met sterische exclusie gekoppeld aan een MALLS (Multi Angle Laser Light Scattering) type detector. Het bereiden van een monster kan worden uitgevoerd door het oplossen van 50 mg in droog gewicht van een gemodificeerd zetmeel en met name dextrine in een oplosmiddel bestaande uit een mengsel van 90% (v/v) DMSO (dimethylsulfoxide) in het gedeïoniseerd water dat 0,1% (m/v) natriumnitraat omvat. Na een nacht roeren wordt het mengsel voorverwarmd 1 uur bij 105 °C en daarna gecentrifugeerd 15 minuten bij 5300 g. Een volume van 100 ml van de supernatant wordt geïnjecteerd in een chromatografie met sterische exclusie apparaat waarbij de mobiele fase bijvoorbeeld is samengesteld uit een mengsel van 90% (v/v) DMSO (dimethylsulfoxide) in gedeïoniseerd water bevattende 0,1% (m/v) natriumnitraat, met een stroomsnelheid van 0,5 ml/min en een temperatuur van 70 °C, de gebruikte kolommen zijn bij voorkeur een serieschakeling van gram kolommen. De detector is bijvoorbeeld een hoek laser zoals de New Generation 3-hoek miniDAWN TREOS. De kalibratie wordt gedaan met standaarden van het type Viscotec P82 Shodex. In de context van de onderhavige uitvinding is de kleefstof bij voorkeur synthetisch. Een voorbeeld van een synthetische kleefstof geschikt voor de onderhavige uitvinding is een latex, een vinylacetaat, polyvinylalcohol, natriumcarboxymethylcellulose en hydroxy ethyl cel lui ose.

De term "latex" verwijst naar een waterige polymeerdispersie die overeenkomt met een colloïdale dispersie van synthetische polymeren in een waterige fase, dat wil zeggen een dispersie van micropartikels van polymeren in suspensie in een waterige fase, ook wel suspensie of polymeeremulsie genaamd. Voorbeelden van latex geschikt voor de onderhavige uitvinding worden gekozen uit de groep bestaande uit styreenbutadieen latex, polyvinylalcohol latex en acrylcopolymeer latexen, bij voorkeur, de latex van het type styreenbutadieen.

Algemeen in de coating, wordt de minerale vulstof geïntroduceerd en getransporteerd in de vorm van een waterige suspensie. Klassiek, deze vulstof is een calciumcarbonaat gesuspendeerd in water met behulp van een dispergeermiddel. Typisch, een minerale vulstof bijzonder geschikt voor een coatingsamenstelling omvat een voldoende hoeveelheid witheid (meer dan 80% van de witheid van bariumsulfaat bij 457 nm), een deeltjesgrootteverdeling van 0-10 pm maximaal, (de gemiddelde deeltjesgrootte situeert zich tussen 0,2 en 2 pm) en een minimale agglomeratie van de deeltjes. Bijvoorbeeld, de minerale vulstof kan gekozen worden uit de groep bestaande uit calciumcarbonaat, klei coating, fijn gecalcineerde klei, aluminiumoxide trihydraat, talk en titaandioxide.

De term "calciumcarbonaat" omvat de gemalen calciumcarbonaat (GCC), dat wil zeggen, een calciumcarbonaat verkregen uit natuurlijke bronnen, zoals kalksteen, marmer, calciet of kalk. De term "calciumcarbonaat" omvat ook geprecipiteerd calciumcarbonaat (PCC), dat wil zeggen, een samengesteld materiaal, algemeen verkregen door precipitatie na een reactie van kooldioxide en calciumhydroxide (gehydrateerde kalk ) in een waterig milieu of door precipitatie van een bron van calcium en carbonaat in water.

De samenstelling volgens de uitvinding kan ook andere middelen omvatten zoals een of meerdere dispergeermiddelen. Met "dispergeermiddel" wordt een middel aangeduid omvattende de functie van het houden van de minerale vul stofdeeltjes in een toestand van elektrostatische dispersie. Bijvoorbeeld is het dispergeermiddel gekozen uit de groep bestaande uit natriumpolyacrylaat, tetranatrium polyfosfaat, tetranatriumpyrofosfaat, pentanatriumtripolyfosfaat, tetranatrium fosfaat en natriumsilicaat.

De samenstelling kan ook ten minste één smeermiddel omvatten, met name gekozen uit de groep bestaande uit natriumstearaat, calciumstearaat, gesulfoneerde oliën, gesulfateerde tallololie en polyethyleen emulsies.

De samenstelling kan ten minste één onoplosbaar middel omvatten gekozen uit de groep bestaande uit ureum harsen, melamineharsen, glyoxal, zinkverbindingen, formaldehyde en dimethylol.

De uitvinding betreft tevens een werkwijze voor het bereiden van de samenstelling volgens de uitvinding, omvattende de volgende stappen: - mengsel onder roering van een minerale vulstof en bindmiddelen waaronder ten minste één gemodificeerd zetmeel, bij voorkeur een dextrine en kleefstof bij voorkeur synthetische, bij voorkeur heeft het genoemde gemodificeerde zetmeel een b akstap ondergaan, - Toegevoegd bij het roeren van het mengsel verkregen uit een gehydrolyseerd tarwe-eiwit tarwe met een gemiddeld molecuul gewicht gelegen tussen 7 en lOOOkDa, bij voorkeur, het genoemde gehydrolyseerd tarwe-eiwit is in poedervorm, - toevoeging van water onder roeren teneinde een samenstelling met een droge stofgehalte gelegen tussen 45 en 80% te verkrijgen, eventueel, het toevoegen van water vindt plaats met de minerale vulstof en/of het gemodificeerd zetmeel en/of het gehydrolyseerd eiwit. Typisch tijdens het productieproces van de samenstelling volgens de uitvinding, het gemodificeerde zetmeel zoals in het bijzonder een dextrine kan worden opgelost in water, en bij voorkeur onderworpen worden aan een bakstap voorafgaand aan het mengen met de kleefstof. Onafhankelijk kan de minerale vulstof vooraf worden opgelost in het water voordat het gemengd wordt met de bindmiddelen.

De uitvinding betreft eveneens een werkwijze voor het bekleden of blauwkleuren van papier of karton, waarbij de genoemde werkwijze de stappen omvat van (a) het verschaffen van een samenstelling volgens de uitvinding, (b) het afzetten van de genoemde samenstelling op een papieren of kartonnen substraat.

De stap van het afzetten van de samenstelling op een papieren of kartonnen substraat kan plaatsvinden met behulp van een coatingblad, een coatingpotlood, een draadstang, een gordijncoating lijmpers of filmpers of elke andere techniek bekend aan de deskundige. Typisch wordt de stap van het afzetten uitgevoerd bij een temperatuur gelegen tussen 25 en 60 °C.

Typisch, wordt de genoemde samenstelling aangebracht op ten minste één zijde van een genoemd papieren of kartonnen substraat in een hoeveelheid gelegen tussen 3 g/m2 en 15 g/m2, bij voorkeur tussen 5 g/m2 en 10 g/m2.

De uitvinding betreft eveneens een papier of karton bekleed met de samenstelling volgens de uitvinding.

De uitvinding heeft verder betrekking op het gebruik van een gehydrolyseerd tarwe-eiwit in de vervanging van de latex in een coatingsamenstelling voor papier of karton, bij voorkeur heeft het genoemde gehydrolyseerde tarwe-eiwit een gemiddeld molecuulgewicht gelegen tussen 7 en lOOOkDa.

De uitvinding heeft betrekking op het gebruik van een combinatie van een gehydrolyseerd tarwe-eiwit en een gemodificeerd zetmeel en in het bijzonder een dextrine in de vervanging van de latex, bij voorkeur in een verhouding gemodificeerd zetmeel/tarwe-eiwit van 1: 5 tot 5: 1, bij voorkeur 1: 3 tot 3: 1, liever 1: 2 tot 2: 1.

Typisch, het genoemde tarwe-eiwit of de genoemde combinatie tarwe-eiwit met een gemodificeerd zetmeel, bij voorkeur een dextrine wordt gebruikt bij de vervanging van 1 tot 40% van de latex van de genoemde samenstelling, bij voorkeur 10 tot 35%, liever 15 tot 30%.

Hoewel zij verschillende betekenissen hebben, worden de termen "omvattende", "bevattende", "hebben" en "bestaande uit" uitwisselbaar gebruikt in de beschrijving van de uitvinding en kunnen ze worden verwisseld door elkaar.

De uitvinding zal beter worden begrepen door het lezen van de volgende voorbeelden die alleen voor illustratieve doeleinden worden gegeven.

Voorbeelden

Voorbeeld 1: Vervanging van latex door een gemodificeerd zetmeel

Verwezenlijking van coatinss:

De inleidende tests hebben aangetoond dat de beste resultaten worden verkregen met meer dan 45% droge stof (verwerkbaarheid en energieprestatie). Een significante verbetering is waargenomen vanaf 60%. Inderdaad is waargenomen een verhoging van het breken van het papier wanneer de papier coating verdund is (minder dan 45% DS). Bovendien werd er een toename geconstateerd van de droogtijd onder 60 en nog meer onder 45%, die de laagste aanvaardbare droge stofgehalte lijkt. Het papier ondergaat een droogstap na de bekleding, het overtollige water in de coating leidt tot een toename van de droogtijd en dus de productiekosten. Daarom werden testen met coatings met een vast stofgehalte van 70% nagestreefd.

Een coating werd uitgevoerd volgens de formules RI tot R4 in de Tabel 1 hieronder.

Tabel 1: coatingsamenstellingen omvattende dextrine als gedeeltelijke vervanging van latex

De recepten worden gegeven in het aantal delen (zoals gebruikelijk in de papierindustrie).

Het dextrine (MYLOFILM® 214) is een tarwe gebaseerd dextrine (Mw=47 kDa, Pd=ll,6), gecommercialiseerd door TEREOS SYRAL. Het wordt allereerst gebakken in een concentratie van 35% droge stof in een continue kooktoestel onder druk of "jet cooker" (Temp=130 °C, verblijftijd: 3min), vervolgens verdund tot 31%.

De coating wordt gerealiseerd door een agitator (type IKA) eerst door het suspenderen in water van calciumcarbonaat bij 79,7% (90 HYDROCARB® door de firma OMY geleverd). Vervolgens worden het synthetisch bindmiddel (styreenbutadieenlatex DL930 van de firma STYRON) en dextrine in oplossing zoals hierboven beschreven toegevoegd aan het calciumcarbonaat. De concentratie wordt met water ingesteld om een droge stofgehalte van 70% te bekomen. De roersnelheid wordt ingesteld op 1500 omw/min, de pH wordt daarna ingesteld op 9. De coating wordt goed geroerd gedurende 10 min.

De coatings uit Tabel 1 werden getest in coating proeven.

De viscositeit van de coating wordt geëvalueerd voorafgaand aan het bekleden van het papier.

Viscositeit brookfield

De meting van de coating op de Brookfield viscositeitsmeter wordt uitgevoerd op een RVDV-E model, de meting wordt uitgevoerd op een snelheid van 20 omw/min met de spil 3. De metingen worden uitgevoerd bij 40 °C. De module wordt gedrenkt in de coating tot de lijnindicator van de spil, de waarde wordt afgelezen na 10s van omwenteling.

Coatin2 van papier

De coating wordt afgezet op het papier tot 6 g/m2 aan één zijde met een slapende bestuurder DT coater bladcoating die een droging toelaat van een combinatie van infraroodstraling en hete lucht. De snelheid van bekleding is 20 m/min.

Het gebruikte papier is een fijn papier 80 g/m2 geleverd door de firma FEDRIGONI.

Het gecoate papier wordt dan opgeslagen in een geconditioneerde ruimte in luchtvochtigheid en temperatuur (50% luchtvochtigheid, 23 °C) gedurende 24 uur alvorens metingen.

Scheurvastheid IGT droos

De meting van de droge scheurvastheid wordt uitgevoerd volgens de werkwijze van IGT W31 (ISO 3783: 2006). Deze maatregel laat toe de sterkte van de coating te beoordelen. Inderdaad, de bindmiddelen (synthetische of natuurlijke zoals zetmeel) worden gebruikt om de noodzakelijke minerale vulstoffen te behouden van drukeigenschappen op het papier. Als de bindende kracht te laag is, worden de minerale vulstoffen afgepeld van het papier bij het afdrukken en het afzetten op de inktrol, veroorzakende frequente stops. Verder is de meting droge IGT belangrijk daar de coating meer bestand is tegen scheuren.

Resultaten

De analyse van de kenmerken van het verkregen papier heeft bijgedragen aan te tonen dat de vervanging van de latex door de dextrine in oplossing, een verlies van de scheurvastheid eigenschappen veroorzaakt (tabel 2).

Tabel 2 Viscositeit Brookfield van coating RI tot R4 en scheur eisenschaymn van het verkre2en papier.

Inderdaad, de vervanging van latex door slechts dextrine laat niet toe het behouden van de eigenschappen van de coating en leidt derhalve tot een netto afname van de scheurvastheid eigenschappen van de coating. Zo laat slechts dextrine niet toe de verlaging van de latex in de coating te compenseren.

Voorbeeld 2: Vervanging van de latex door soja-eiwitten of gehydrolyseerde tarwe-eiwitten

Het gebruik van plantaardige eiwitten ter vervanging van latex werd geëvalueerd. Na verschillende testen is gebleken dat de toevoeging van eiwitten naast dextrine het mogelijk maakt om betere resultaten te observeren das bij de vervanging van de latex waargenomen bij slechts dextrine, vooral wat betreft de droge scheurvastheid eigenschappen van de verkregen samenstelling. Dit effect is enkel waargenomen voor gehydrolyseerde eiwitten, niet voor de natuurlijke eiwitten. Zo laat het niet-gehydrolyseerde tarwegluten vanwege zijn verminderde oplosbaarheid niet toe tot het verkrijgen van uniforme coatings en aanvaardbare viscositeit en nog minder de vervanging van de latex. Om het effect van de vervanging van latex door de gehydrolyseerde eiwitten van verschillende botanische oorsprong te beoordelen, werd het R1 mengsel geselecteerd als referentie recept voor een coating.

De coatings werden gerealiseerd zoals in voorbeeld 1 volgens de formule in tabel 3, waarbij de synthetische latex wordt vervangen door maximaal 14% eiwitten (R5), 30% (R6) en 43% (R7)

Tabel 3: Coatingsamenstellingen omvattende dextrine en eiwitten ter gedeeltelijke vervanging van de latex

Om de hoeveelheid latex in coatingsamenstellingen te verminderen, werden gehydrolyseerd tarwe- en soja-eiwitten getest op basis van de verhoudingen in tabel 3.

De geteste eiwitten zijn de volgende:

Gehydrolyseerde tarwe-eiwitten met laag molecuulgewicht (Mw=5,7 kDa)

Gehydrolyseerde tarwe-eiwitten met gemiddeld molecuulgewicht van 15,5 kDa (508 SOLPRO® gecommercialiseerd door TEREOS SYRAL) en

Gehydrolyseerd soja-eiwit (SOBIND LVL van Dupont).

De eiwitten worden toegevoegd aan de coating zonder voorafgaande verdunning.

De coating wordt uitgevoerd als in voorbeeld 1, door een menger (type ΓΚΑ) door het suspenderen in water van calciumcarbonaat bij 79,7% (HYDROCARB® 90 door de firma OMYA geleverd). Vervolgens het synthetisch bindmiddel (styreenbutadieenlatex DL930 van de firma STYRON) en dextrine in oplossing worden toegevoegd aan calciumcarbonaat zoals hierboven gespecificeerd. Het eiwit wordt opgenomen in deze fase in de coating in de vorm van een oplossing of poeder volgens omstandigheden. De concentratie wordt met water ingesteld tot een droge stofgehalte van 70%. De roersnelheid wordt ingesteld op 1500 omw/min, de pH wordt daarna ingesteld op 9. De coating wordt goed geroerd gedurende 10 min

Tabel 4: Brookiïeld viscositeit van coatingsamenstellingen waarin 14%, 30% en 43% van de latex wordt vervangen door een mengsel van dextrinen en gehydrolyseerd eiwitten en scheurvastheid eigenschap van het verkregen papier.

Bij het lezen van de resultaten (tabel 4), merken we op dat de vervanging van de latex bij meer dan 40% door elk van de gehydrolyseerde geteste eiwitten niet toelaat de scheurvastheid eigenschappen verkregen door de latex te behouden. Slechts de hydrolysaten van soja-eiwitten en gedeeltelijk gehydrolyseerde tarwe-eiwitten laten een vervanging tot 35% (R6) toe.

Echter, de vervanging van de latex door het gehydrolyseerde soja-eiwit resulteert in een netto toename van de viscositeit van 14% (Rl). Deze verhoging wordt meer uitgesproken bij 30% (R6) en 42% (R7) waardoor de coatingsamenstelling moeilijk bruikbaar wordt. Dergelijke viscositeit heeft geen toepassing op industriële schaal mogelijk omdat het zorgt voor een aanzienlijke toename van de druk tijdens het afzetten, waardoor problemen van verwerkbaarheid en papierkwaliteit ontstaan.

Omgekeerd, hydrolysaten van tarwe-eiwitten met laag molecuulgewicht hebben een beperkte invloed op de viscositeit van de verkregen samenstelling maar laten niet toe de latex vermindering met 30% te compenseren. Inderdaad bij 30% vervanging van latex, wordt een verlies van scheurvastheid waargenomen (0,45 IGT bij 0% vervanging: 0,5 tot 14% bij vervanging van 0,30-30% vervanging).

Onder de verschillende geteste gehydrolyseerde eiwitten, slechts de gedeeltelijk gehydrolyseerde tarwe-eiwitten maken een aanzienlijke toename van de scheurvastheid mogelijk bij 14% vervanging van de latex (samenstelling R5).

Bovendien kunnen slechts de gedeeltelijk gehydrolyseerde tarwe-eiwitten zowel een behoud van de kenmerken van scheurvastheid eigenscheppen alsook van de viscositeit behouden. In feite de vervanging van 30% van de latex (R6) is met behoud van de scheurvastheid eigenschappen alsook de viscositeitseigenschappen van de verkregen samenstelling (0,45 m/s voor 0 delen vervangen door (Rl) tegen 0,42 m/s voor 30% vervangen (R6)).

Bovendien, de belangstelling voor gehydrolyseerde tarwe-eiwitten is in tegenstelling tot soja-eiwitten, ze zijn voldoende oplosbaar om direct aan de coating toegevoegd te worden en geen voorafgaande verdunning is nodig die een aanzienlijke hoeveelheid water toegevoegd en dus het droge stof gehalte van de coating doet afnemen, waardoor relatief vrij gevarieerd kan worden binnen de droge stof van de samenstelling.

Claims (15)

1. CONCLUSIES

   1. Een coatingsamenstelling voor papier of karton met een droge stofgehalte gelegen tussen 45 en 80%, bij voorkeur 50 en 78%, omvattende • bindmiddelen waaronder ten minste één gemodificeerd zetmeel en een synthetische kleefstof, • een gehydrolyseerd tarwe-eiwit met een gemiddeld molecuulgewicht gelegen tussen 7 en lOOOkDa, en • een minerale vulstof.
2. 2. Samenstelling volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het gehydrolyseerde tarwe-eiwit een gemiddeld molecuulgewicht gelegen tussen 8 en 100 kDa heeft, bij voorkeur tussen 9 en 80 kDa.
3. 3. Samenstelling volgens één of de andere van de conclusies 1 en 2, met het kenmerk dat deze voor 100 gewichtsdelen aan mineraal vulstof omvat: - 1 tot 99 delen bindmiddelen, en - 1 tot 50 gewichtsdelen tarwe-eiwit.
4. 4. Samenstelling volgens één van de conclusies 1 tot 3, met het kenmerk dat het een verhouding gemodificeerd zetmeel / synthetische kleefstof van 1 :5 tot 5 :1 omvat.
5. 5. Samenstelling volgens één van de conclusies 1 tot 4, met het kenmerk dat het een verhouding bindmiddelen / tarwe-eiwit van 1 :5 tot 5 :1 omvat.
6. 6. Samenstelling volgens één van de conclusies 1 tot 5, met het kenmerk dat het gemodificeerde zetmeel is gekozen uit een voorgegelatineerd zetmeel, een dextrine, een gehydrolyseerd zetmeel, een geoxideerd zetmeel, een zetmeel ester, een zetmeel ether, een verknoopt zetmeel en hun mengsels, bij voorkeur het gemodificeerde zetmeel is een dextrine.
7. 7. Samenstelling volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het dextrine een molecuulgewicht gelegen tussen 20 en 300 kD heeft, en/of een viscositeit gelegen tussen 50 en 400 mPa.s.
8. 8. Samenstelling volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de synthetische kleefstof wordt gekozen uit de groep bestaande uit latex, vinyl acetaten, polyvinylalcohol, natriumcarboxymethylcellulose en hydroxyethyl cellulose.
9. 9. Samenstelling volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de synthetische kleefstof een latex is bij voorkeur gekozen uit de groep bestaande uit styreenbutadieen latexen, polyvinylalcohol latexen en acrylcopolymeer latexen.
10. 10. Werkwijze voor het vervaardigen van de samenstelling volgens één van de conclusies 1 tot 9, omvattende de volgende stappen: - mengsel onder roering van een minerale vulstof en bindmiddelen waaronder ten minste één gemodificeerd zetmeel en een synthetische kleefstof, bij voorkeur, het genoemde gemodificeerde zetmeel heeft bij voorkeur een b akstap ondergaan, - toevoegen onder roeren aan het verkregen mengsel van een gehydrolyseerd tarwe-eiwit met een gemiddeld molecuulgewicht gelegen tussen 7 en lOOOkDa, bij voorkeur, het genoemde gehydrolyseerde tarwe-eiwit is in een poedervorm, - toevoegen van water onder roeren teneinde een samenstelling te verkrijgen met een vast stofgehalte gelegen tussen 45 en 80%, typisch, de toevoeging van water wordt uitgevoerd met de minerale vulstof en/of het gemodificeerd zetmeel en/of gehydrolyseerd eiwit.
11. 11. Werkwijze voor het bekleden of blauwkleuren van papier of karton, de genoemde werkwijze omvattende de volgende stappen (a) het verschaffen van een samenstelling volgens één van de conclusies 1 tot 9, (b) het afzetten van de genoemde samenstelling op een substraat uit papier of karton.
12. 12. Papier of karton gecoat met de samenstelling volgens één van de conclusies 1 tot 9 of verkregen met de werkwijze volgens conclusie 11.
13. 13. Gebruik van een gehydrolyseerd tarwe-eiwit in de vervanging van de latex in een coatingsamenstelling voor papier of karton, bij voorkeur vertoont het genoemde gehydrolyseerde tarwe-eiwit een gemiddeld molecuulgewicht gelegen tussen 7 en lOOOkDa.
14. 14. Gebruik volgens conclusie 13, met het kenmerk dat de genoemde samenstelling omvat • Bindmiddelen waaronder ten minste één gemodificeerd zetmeel en een kleefstof bij voorkeur synthetisch, • Een gehydrolyseerd tarwe-eiwit met een gemiddeld molecuulgewicht gelegen tussen 7 en lOOOkDa en • een minerale vulstof.
15. 15. Gebruik volgens één van de conclusies 13 en 14, met het kenmerk dat de verhouding bindmiddelen / tarwe-eiwit van 1: 5 tot 5: 1 is.