DE2114305A1 - Verfahren zur Herstellung von Phosphatstaerke - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Phosphatstärke Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung von Phosphatstärke aus Alkaliphosphaten und/oder Polyphosphaten und nativer und/ oder abgebauter Stärke bei einer Temperatur von 1100 bis 170 0C gegebenenfalls in Gegenwart von Aminen und/oder Amiden.
• Bel der Herstellung von Phosphatstärke hat man bislang so gearbeitet, daß in der Hauptsache Stärkesuspensionen mit Alkaliphosphaten verrührt wurden bzw. man hat auf die trockene Stärke Alkaliphosphat aufgesprüht oder die trockene Stärke wurde mit kristallwasserhaltigen Alkaliphosphaten gemischt. Anschließend wird mit oder ohne Vakuum schonend bei Temperaturen unterhalb der Verkleisterungstemperatur der Stärke getrocknet und das erhaltene Produkt bei 130 bis 170°C mit oder ohne Vakuum einer Veresterung innerhalb von 2 bis 4 Stunden unterworfen.
• Bei dieser Arbeitsweise erhält man eine Phogphatatsrke, die im Aussehen oft nicht den Erwartungen entspricht, und es treten Verfärbungen durch Bräunungsreaktionen, bedingt durch die verhältnismäßig lange Erhitzungszeit, auf.
• Des weiteren sind zur Erreichung eines besseren Weißgrades der Endprodukts Verfahren bekannt, die durch Extrahieren mittels Alkoholen, insbesondere Methanol, die die Verfärbung bewirkenden Produkte herausholen sollen. Letztere Nethode ist insofern aufwendig, als ein zusätzlicher mitunter schwieriger Ärbeitsgang unter Ausbeuteminderung eingeschaltet werden muß.
• Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man die geschilderten Nachteile vermeiden kann und zu einwandfreien Produkten gelangt, wenn man vor der Veresterung die trockene, unverkleisterte Stärke mit einer Älkaliphosphatlösung, deren pH-Wert mindestens 4 beträgt; bei einer Temperaturen von 40 - 70°C, vorzugsweise 55 - 65°C innerhalb ton-50 - 90 Ninuten, vorzugsweise 45 Minuten, intensiv verknetet und anschließend die erhaltene Nasse einer schonenden Trocknung unterwirft. Nan kann auch die Knetzeit verkürzen und das Produkt einer Reifung bei den genannten Temperaturen innerhalb von 30 - 45 Ninuten unterziehen.
• Der besondere Vorteil des vorliegenden Verfahrens liegt darin, daß bei den genannten Temperaturen durch die Zugabe der wäßrigen Lösung eine Vorsolvatisierung des einzelnen Stärkekornes erreicht wird, d.h. durch die Wasseraufnahme wird das Korn in einen leichten Quellzustand versetzt, ohne zu verkleistern, wobei die Struktur des Kornes erhalten bleibt. Auf diese Weise ist es dem Phosphation möglich, in das Inneredes Stärkckornes hinein zu diffundieren und sich dort gleichmäßig zu verteilen.
• Der Vorteil dieses Verfahrens gegenüber allem bisher bekannten liegt darin, daß sich bei gleichbleibender Vorbehandlungszeit eine wesentlich niedrigere Veresterungstemperatur und wesentlich kürzere Veresterungszeit bei wesentlich höheren Endviskositäten ergeben. Die niedrigere Veresterungstemperatur bringt eine starke Schonung des Produktes und somit einen wesentlich höheren Weißgrad als bei den bisher üblichen Verfahren mit sich.
• Zur Durchführung des Verfahrens werden Alkaliphosphatlösungen, insbesondere Natrium- und Kaliumphosphatlösungen, verwendet, deren pH-Wert mindestens 4 und höchstens 8 beträgt. Die Viskositäten der Fertigprodukte steigen bekanntlich nit der Erhöhung des pH-Wertes.
• So erhält nan bei pH-Werten un 7 und darüber Phosphatstärken besonders hoher Viskosität bei schneller Selbildung in Wasser. Bei einen pH-Wert zwischen 5 und 6 werden Produkte niederer bis nittlerer Viskosität bei schneller Solbildung erhalten. Darüber hinaus wurde ge--funden, daß bei ein und denselben pH-Wert die Viskositäten von Snetzeit und Knettemperatur, d.h. vom Solvatisierungszustand entscheidend beeinflußt werden.
• Im allgemeinen genügen bezogen auf 12 Glukosseinheiten der handelsüblichen Stärke 1,2 Mol Phosphat berechnet als Dialkalimonophosphat.
• Nan kann jedoch auch den Gesamtphosphatanteil erhöhen, aber aus wirtschaftlichen Gründen wird nan nicht über die doppelte Menge hinausgehen, weil eine weitere Phosphatnenge keine Verteile sehr bringt.
• Weiterhin wurde festgestellt, daß nan anstelle der gelösten Phosphate der zu behandelnden Stärke auch Phesphorsäure und Natronlauge über Pumpen getrennt zudosieren kann, wobei der Anteil an Säure nit Lauge so bemessen wird, daß der geforderte pH-Wert von 4 - 8 eingehalten wird. Der Vorteil bei der Verwendung von Säure und Lauge liegt darin begründet, daß ian kontinuierlich arbeiten kann, vorbei die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens auch noch durch preisliche Verteilt gewährleistet ist.
• Als Stärke können praktisch alle handelsüblichen Stärken eingesetzt werden, insbesondere hat sich jedoch Getreidestärke, wie z.B. Naisstärke, bewährt.
• Es ist auch ohne weiteres möglich, Änine und/oder Amide, insbesendere Harnstoff, der zu verknetenden Stärke zusätzlich in Mengen bis zu 2 Mol Harnstoff auf 12 Glukqseeinheiten als Veresterungshilfsmittel zuzugeben, wobei jedoch während des Knetvorganges die Temperatur entsprechend dem Einfluß, z.B. des Harnstoffs, auf die Herabsetzung der Verkleisterungstemperatur der Stärke angepaßt werden muß. Das Verfahren kann bei Atmosphärendruck in allen Stufen durchgeführt werden. Wenn man die Veresterung innerhalb kürzerer Zeit erreichen will, so kann man hilfsweise in dieser Stufe Unterdruck anwenden.
• Zur zweckmäßigen Durchführung des Verfahrens im technischen Maßstab verwendet man folgende einfache Apparatur, die im Falle der Anwendung fester Phosphate aus einem Lösebehälter mit Förderpumpe, aus einem handelsüblichen Kneter mit Einspritzvorrichtung, z.B. heizbarem Duplex-Kneter, einem Langzeittrockner, einer Mühle und einem Veresterungsreaktor einschließlich Kühlvorrichtung besteht.
• Setzt man anstelle der festen Phosphate Phosphorsäure und Älkalihydroxid-Lösungen ein, so ist anstelle des Lösebehälters eine Doppeldosierpumpe mit eventuell nachgeschalteter Kühlvorrichtung erforderlich. Bei dieser Arbeitsweise wird z.B. eine verdünnte, gegebenenfalls harnstoffhaltige Phosphorsäure und eine verdünnte Alkali lauge über eine Doppeldosierpumpe auf die im Kneter befindliche Stärke aufgedüst. So erspart man sich das oft mühsame Auflösen der festen Phosphate, und außerdem kann man die freiwerdende Neutralisationswärme noch zur Solvatisierung der Stärke verwenden.
• Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt u.a. auch darin, die Veresterungszeit auf ca. 40 Minuten bei einer Veresterungstemperatur von ca. 145°C herabzusetzen. Man kann ebenso die Veresterungstemperatur auf 110 - 1200C herabsetzen, jedoch verlängert sich dafür die Veresterungszeit entsprechend. In beiden Fällen werden durch die schonende Arbeitsweise Endprodukte erhalten, die sich durch einen hohen Weißgrad und schnelle Löslichkeit im kalten Wasser auszeichnen.
• Beispiel 1 a): In einen Lösebehälter werden 14,2 kg Na2HPO4 10,0 kg Harnstoff 4,0 kg H3P04 ca. 55 % P205 in 65 1 Wasser gelöst.
• Diese Lösung, die einen pH-Wert von 7 aufweist, wird auf 204 kg Maisstärke, die sich in einem heizbaren Duplex-Kneter befindet, aufgedüst und anschließend die Masse 45 Minuten lang bei einer Temperatur von 40°C innig verknetet. Danach trocknet man die so behandelte Stärke unterhalb der Verkleisterungstemperatur vorsichtig, bis der Feuchtigkeitsgehalt unter 12 % liegt. Anschließend wird zur Veresterung auf Temperaturen zwischen 145 und 150°C ca. 3 Stunden lang erhitzt. Nach Beendigung der Reaktion läßt man abkühlen. Man erhält so eine Phosphatstärke, deren Viskosität, gemessen ii Köppler-Viskosimeter, als 2%iges Sol 270 cp bei 200 C beträgt.
• Beispiel 1b): Es werden dieselben Ausgangskomponenten verwendet. Die Temperatur des Gutes im heizbaren Kneter wird jedech zum Unterschied z.B. 1a) auf 620C bei 45 Minuten Knetdauer erhöht. Nach der Vortrocknung -auf unter 12 %, wie in Beispiel 1a) beschrieben, wird das Produkt zur Veresterung auf Temperaturen zwischen 145 - 150 0C es. 40 Minuten erhitzt. Das abgekühlte Endprodukt zeigt eine Viskosität als 2%iges Sol im Köppler-Viskosimeter gemessen von 1200 cp.
• Beispiel 2s 16,8 kg NaOH (45%ig) und eine Lösung, die 20,6 kg H3P04 (55 % P205), 10 kg Harnstoff und 31,6 kg Wasser enthält, werden über eine Deppeldosierpumpe mit Mischkammer auf die in einen heizbaren Duplex-Kneter befindlicher 204 kg Maisstärke aufgedüst und gemäß Beispiel 1 a) weiterverarbeitet0 Das in der Mischkammer erhaltene Reaktionsprodukt hat einen pH-Wert von etwa 5. Man erhält eine Phosphat stärke, deren Viskosität, gemessen mit zu dem Köppler-Viskosimeter als 2%iges Sol 38 cp bei 20°C beträgt.
• Beispiel 3: 102 kg Maisstärke werden gemäß Beispiel 1 b) phosphatiert, wobei eine Lösung verwendet wird, die aus 8,7 kg K2HPO4 750 ml H3PO4 (55 % P205) 5,0 kg Harnstoff 25,0 kg Wasser besteht und einen pH-Wert von 7,0 aufweist.
• Man erhält so eine Phosphatstärke, deren Viskosität, gemessen im Köppler-Viskosimeter als 2%iges Sol bei 200 C 4000 cp beträgt.
• Beispiel 4: In einem Lösebehälter werden 4,7 kg Na2HPO4 4,0 kg NaH2PO4 2,9 kg Karnstoff in 50,0 kg Wasser gelöst.
• Diese Losuag wird auf 102 kg Kartoffelstärke, die sich in einem Kneter befinden, aufgedüst und anschließend die Nasse 50 Minuten lang unter Einhaltung einer Temperatur von 48°C innig verknetet.
• Damach trocknet man die so behandelte Stärke unterhalb der Verkleisterungstemperatur vorsichtig, bis der Feuchtigkeitsgehalt unter 12 % liegt und erhitzt anschließend zur Veresterung auf Temperaturen zwischen 160 und 170 0C 70 Minuten lange Nach Beendigung der Reaktion wird abgekühlt. Man erhält so eine hochviskose Phosphatstärke, ein 2%iges trübes Sol zeigt eine Viskosität von 3 P, gemessen im Haake-Viskotester.
• Beispiel 5: Man arbeitet gemäß Beispiel 4, jedoch unter Verwendung von 5,8 kg K2HP04 4,5 kg EH2POi 3,0 kg Harnstoff 50,0 kg Wasser.
• Es wird eine Phosphatstärke erhalten, deren Viskosität 5 P beträgt, gemessen als 2%iges trübes Sol im Haake-Viskotester.
• Die nach dem vorliegenden Verfahren gewonnenen Phosphatstärken, die niederviskos bis sehr hoch viskos sein können, zeichnen sich durch einen einwandfreien Weißgrad und durch eine rasche über einen länge ren Zeitraum ohne Gelbildung beständige Solbildung in kaltem Wasser aus. Sie sind überall da mit Vorteil einsetzbar, wo bisher dem Einsatz von nativer Stärke Grenzen gesetzt waren oder- kaltquellende Stärke bzw. anders modifizierte Stärken nach entsprechender Vorbehandlung eingesetzt wurden.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   Verfahren zur Herstellung von Monophosphatstärke aus Alkalimonophosphaten und/oder Polyphosphaten und nativer und/oder abgebauter Stärke bei üblichen Veresterungstemperaturen, gegebenenfalls in Gegenwart von Aminen und/oder Amiden, dadurch gekennzeichnet, daß man vor der Veresterung die trockene unverkleisterte Stärke mit einer Alkaliphosphatlösung, deren pH-Wert mindestens 4 beträgt bei einer Temperatur von 40 - 70 C, vorzugsweise 50 - 650C, innerhalb von 30 - 90 Minuten, vorzugsweise 45 Minuten, intensiv verknetet und anschließend die erhaltene Masse einer schonenden Trocknung unterwirft.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man anstelle der einzuknetenden Alkaliphosphatlösung Phosphorsäure und Alkalihydroxidlösung während des Knetvorganges zudosiert, wobei ein pH-Wert von etwa 4 - 8 eingehalten wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenazeichnet, daß man handelsübliche Phosphorsäure mit 55,0 k P205, die gegebenenfalls noch verdünnt werden kann,- und 45,0%ige NaOH verwendet.