DE1902221A1 - Verfahren zur Umwandlung von Staerke - Google Patents

Description

• Verfahren zur Umwandlung von Stärke Die vorliegende Erfindung betrifft eine schnelle chemische Umwandlung von Stärke (oder deren Carboxymethylderivaten mit niedrigem Substitutionsgrad) unter Verwendung von Aiumiiii.trat und Hitze, um die Stärke zu gelatinisirien und ihre Viskosität auf den Grad zu reduzieren, wie er für eine Verwendung in Papierüberzügen üblich ist. Erfindungsgemäss hergestellte Stärkepasten sind durch ihre relativ helle Farbe charakterisiert.
• Stärkeumwandlungsmethoden, und zwar enzymatische oder oxydative, umfassen gewöhnlich Flüssigkeitsbehandlungen während relativ langer Zeitspannen. Im Gegensatz dasu können Rohstärke oder ihre Carboxymethylderivate Carboxymethylderivate mit niedrigem Substitutionsgrad beim Vermischen mit Aluminiumnitrat und anschliessende Wärmebehandlung bei einer Temperatur von wenigstens 12500 augenblicklich umgewandelt werden. Bei Verwendung von Aluminiumnitrat erfolgt bei einer Temperatur zwischen ungefähr 135 und 140°C eine schnelle Zersetzung desselben, wobei in der trockenen Wärme Stickstoffdioxyd und Sauerstoff für eine Oxydation gemäss folgender Gleichung entwickelt werden: In ähnlicher Weise wie bei der Oxydation von Cellulose mit Stickstoffdioxyd sollte die Hauptreaktion zwischen dem freigesetzten Stickstoffdioxyd und der Stärke in der Weise erfolgen, dass das Dioxyd mit der primären Alkoholgruppe an dem Kohlenstoffatom Nr. 6 der Stärke reagiert. Jedoch ist keine Oxydation von Stärke derart spezifisch, dass nicht in gewissem Ausmaße ein Abbau eintritt. Es erfolgt daher ebenfalls ein Abbau oder eine Umwandlung von Stärke zu einer Stärke mit einer niedrigeren Viskosität, und zwar insbesondere in Gegenwart von Sauerstoff, da dies jedoch nicht die Hauptreaktion i5tg ist der Abbau geringer als dies beispielsweise bei der Verwendung von Wasserstoffperoxyd oder anderen Peroxyden, Persulfaten, Perboraten oder dergleichen der Fall ist. Eine Oxydation beispielsweise durch Per oxyde oder Persulfate scheint eine erhebliche abbauende Wirkung auszuüben, und zwar wahrscheinlich über Hydroxylradikale, die eine übermässige Oxydation an relativ wenigen willkürlichen Stellen längs der Kette verursachen. Unter Berücksichtigung dieser Tatsachen ist der Unterschied zwischen einer mittels Aluminiumnitrat oxydierter oder einer mittels Peroxyd (Persulfat, Perborat) oxydierter Stärke wahrscheinlich beträchtlich. Gegenwärtig ist ist die Wirkung von Al(NO3)3 auf Stärke in feuchtem Zustand noch nicht aufgeklärt, man nimmt jedoch an, dass wahrscheinlich eine partielle Säurehydrolyse in einer Lösung stattfindet.
• Das Vorliegen von gebundenem Stickstoff in der frühen Stufe der Oxydation von Cellulose und in ähnlicher Weise von Stärke legt die Bildung eines Nitritesters durch ein Nitrosoniun-Ion (NO+-Ion) in folgender Weise nahe:

  Stärke - CH2OH + NO+ # Stärke - CH2ONO +

  Gemäss einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine wässrige Stärkeaufschlämmung aus ungefähr 35 Ge wichts-% einschliesslich Aluminiumnitrat hergestellt, worauf die erhaltene Suspension filtriert und zu einem ziemlich trockenen Stärkekuchen mit einem Feuchtigkeitsgehalt von ungefähr 9 bis 10 % reduziert wird. Dann erfolgt ein Erhitzen während einer Zeitspanne von ungefähr 10 Minuten auf eine Temperatur oberhalb 125°C, beispielsweise auf eine Temperatur von ungefahr 150°C oder bis su 170°C, und zwar während einer Zeitspanne von ungefähr 10 Minuten. Das Aluminiumnitrat kann in einer Nenge von 0.025 bis ungefähr 15 Gewichts-%, bezogen auf die trockene Stärke, vorliegen, wobei der erhaltene trocken erhitzte Kuchen pulverisiert und für eine Verwendung zur Papierherstellung verkauft werden kann. Die einzige Anforderung besteht darin, dass der Papierhersteller das Pulver in eine wässrige Aufschlämmung überführt und die Aufschlämmung zur Gelatinisierung erhitzt, damit die Aufschlämmung Aufschlämmung zur Herstellung von Papierübertügen verwendet werden kann. Die Aufschlämmung wird in üblicher Weise zusammen mit mineralischen Pigmenten, wie beispielsweise Papierbeschichtungston, eingesetzt.
• Die Viskosität der Stärke wird durch trockenes Erhitzen des Stärkekuchens herabgestetzt. Der Papierhersteller bereitet einfach die Paste.
• Eine andere besondere Ausführungsform der Erfindung sieht die Weglassung der Stufe der Bildung des trockenen Kuchens vor, wo bei die Uchstärke nach dem Vermischen mit dem Aluminiumnitrat direkt bei der Papierbeschichtung auf eine Temperatur der Stärke umwandlung, Gelatinisierung sowie Verminderung der Viskosität, wie sie für die Papierherstellung gewünscht ist, erhitzt wird.
• Beispielsweise werden 200 g Stärke in 250 ml Wasser in einer Reihe von Versuchen aufgeschlämmt, wobei folgende Aluminiumnitratmengen eingesetzt werden: Versuch a) . 5 g oder 1,50 %, bezogen auf die trockene Stärke Versuch b) 6 g oder 3,00 %, " " Versuch ¢) 15 g oder 7,50 %, Versuch d) 30 g oder 15,0 %, Nach dem Vermischen wird die Aufschlämniung durch einen 5augtrichter filtrierte Das Volumen der Lösung in dem Kuchen beträgt ungefähr 140 ml. Der feuchte Kuchen wird bei 40 und 45°C in einem Luftzirkulationsofen getrocknet, worauf der trockene Stärkekuchen 10 Minuten lang bei 150°C wärmebehandelt wird. Nach Beendigung der Wärmebehandlung wird die Stärke in einen Hochgeschwindigkeitsmischer schwindigkeitsmischer pulverisiert und anschliessend in einem Stärkekocher bei einem 20 %igen Feststoffgehalt weitere 10 Minuten bei 150°C gekocht Die Viskosität der erhaltenen Stärkepaste wird bei 3200 gemessen* wobei folgende Ergebnisse erzielt werden: Al(NO3)3.9H2O Brookfield- Feststoff in der Paste, Viskosität, 32°C % % auf der Stärke 1,48 a) 29 000 20 2,96 b) 16 100 7,40 c) 11 780 14e80 d) 2 500 Bei der Durchführung eines anderen spezifischen Beispiels wird ein kontinuierlich arbeitender Wasserdampfeinspritzkocher verwendet. In diesem Falle werden 2,3 kg (5 pounda) Stärke mit Wasser zur Herstellung einer ungefähr 32 %igen Aufschlämmung auf geschlämmt, wobei das Aluminiumnitrat in Mengen von 0,025 bis 1 %, bezogen auf das Gewicht der Stärke, verwendet wird. Die Stärkeaufschlämmung wird kontinuierlich gerührt und durch den Kocher geleitet9 wobei Wasserdampf mit einer Temperatur von 160 - 170°C eingespritzt wird. Dabei wird ein Rückdruck von 45,4 - 49,9 kg (100 - 110 pounds) aufrechterhalten. Infolge der Verdünnung durch Wasserdampf wird die Paste mit einem Feststoffgehalt von ungefähr 25 % gesammelt Die Verweilzeit in dem Kocher beträgt ungefähr 4 Minuten. Die Viskositätsmessungen der Paste werden bei 55C durchgeführt, wobei folgende Ergebnisse ermittelt werden: Al(NO3)3-9H2O Al(No3)3.9H2O Brookfield- Feststoffe Fest- Visko- IGT-Viskosität, in der stoffe sität Aufnahme % auf der 55°C Paste, % % des Über-Stärke 0,025 9 375 24,0 49,2 11 570 75 of 0,05 12 600 24,4 52,0 18 600 0,1 8 400 24,5 0,2 11 940 25,1 52,0 18 300 0,3 7 300 23,9 51,6 7 300 0t7 6 300 24,8 51,8 30 600 1 385 24,3 51,8 1 100 Die erhaltene Stärkepaste ist ein hell gefärbtes Produkt ohne bräunliche Verfärbung, wie es im Falle einer Ammoniumpersulfat-und Ammoniumperoxyd-Umwandlung erhalten wird.
• Die Verwendung von kleinen Mengen an Kupfersulfat übt eine gün stige Wirkung auf die Oxydation ausO Beispielsweise werden 200 ppm Kupfersulfat zusammen mit einer Stärkezubereitung verwendet, in der 0,175 % Aluminiumnitrat, bezogen auf das Gewicht der Stärke in einer ursprünglich 35 %igen Aufschlämmung, enthalten sindO Es werden Pigmentschlämme mit einem Feststoffgehalt von ungefähr 70 % hergestellt, wobei ein vordispergierter Papierbeschichtungston in weichem Wasser verwendet wird0 Die Beschichtungsmasse wird unter Verwendung von 5000 g des vorstehend erwähnten vor dispergierten Tons, 1600 g einer in der vorstehend beschriebenen Weise hergestellten Stärke mit einem Feststoffgehalt von 35 %, 63 Teilen einer 48 %igen Plapersion von Caloiumstearat und 400 Teilen Wasser hergestellt. Anschliessend wird mit dieser Masse nach einer üblichen Klingenbeschichtungsmethode ein Papier beschichtet.

Claims (7)

1. Patentansprüche 1. Verfahren sur Umwandlung von Stärke um sie für eine Verwendung in Papierüberzugsmassen geeignet zu machen, dadurch gekennzeichnet, das eine wässrige Rohstärkeaufschlämmung mit ungefähr 0,02S bis ungefähr 15 Gewichts-% Aluminiuznitrat vermischt wird und die erhaltene Aufschlämmung bei einer Temperatur oberhalb ungefähr 1250C zur Umsetzung gebracht wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung vor der Einwirkung der Wärme in eine Kuchenform getrocknet wird, worauf sie in trockener Form erhitzt wird.
3. 3. Produkt. dadurch gekennzeichnet, dass es gemäss dem Verfahren von Anspruch 2 hergestellt worden ist.
4. 40 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kochen der umgewandelten Stärke bis zu ihrer Gelatinisierung sowie der Herabsetzung ihrer Viskosität fortgesetzt wird, wobei die Viskosität derjenigen einer Papierbeschichtungsklebemasse entspricht.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erhitzte Stärkekuchen pulverisiert, mit Wasser aufgeschlMmmt und su einem Papierbeschichtungsklebemittel weiter erhitst wird.
6. 6. Verfahren zur Herstellung einer Papierbeschichtungsmasse, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rohstärke durch Erhitzen einer wässrigen Aufschlämmung derselben mit ungefähr 0,025 bis ungefähr 15 Gewichts-% Aluminiumnitrat zur Bildung einer gelatinisierten sierten Stärkeklebemasse mit einer Papierbeschichtungsviskosität umgesetzt wird, worauf die Klebemasse mit einer wässrigen Auf schlämmung eines mineralischen Papierbeschichtungspigments vermischt wird.
7. 7. Papier, dae mit einem mineralischen Pigment und einer Stärke ' bindemittelmasse beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stärkebindemittel das gelatinisierte Produkt aus Rohstärke und ungefähr 0,025 bis ungefähr 15 Gewichts-% Aluminiumnitrat ist, das mit der Stärke bei einer Temperatur oberhalb ungefähr 125°C zur Umsetzung gebracht werden ist.