DE69531675T2

DE69531675T2 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von kaugummigrundmasse unter verwendung von polyvinylacetat und unter entfernung der flüchtigen stoffe

Info

Publication number: DE69531675T2
Application number: DE69531675T
Authority: DE
Inventors: Joo H. Song; Donald J. Townsend
Original assignee: WM Wrigley Jr Co
Current assignee: WM Wrigley Jr Co
Priority date: 1995-03-13
Filing date: 1995-03-13
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2015-03-14
Also published as: EP0759703A4; EP0759703A1; EP0759703B2; DE69531675T3; DE69531675D1; WO1996028042A1; EP0759703B1

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortsetzung der folgenden US-Patentanmeldungen: 1. Seriennummer 08/126,319, eingereicht am 24. September 1993, aktueller Titel: "Continuous Chewing Gum Base Manufacturing Process Using Highly Distributive Mixing" (Kontinuierlicher Prozess zur Herstellung von Kaugummibase unter Verwendung von stark verteilendem Mischen); 2. Seriennummer 08/136,589, eingereicht am 14. Oktober 1993, aktueller Titel: "Continuous Chewing Gum Base Manufacturing Process Using A Mixing Restriction Element" (Kontinuierlicher Prozess zur Herstellung von Kaugummibase unter Verwendung eines Misch-Einschränk-Elementes), die eine Teilfortsetzung von Seriennummer 08/126,319 ist; 3. Seriennummer 08/141,281, eingereicht am 22. Oktober 1993, Titel: Continuous Gum Base Manufacturing Using Paddle Mixing" (kontinuierliche Herstellung von Gummibase, unter Verwendung von Paddelmischen); 4. Seriennummer 08/141,399, eingereicht am 22. Oktober 1993, Titel: "Continuous Chewing Gum Manufacture Using Sequential Mixers" (Kontinuierliche Herstellung von Kaugummi unter Verwendung sequenzieller Mischer); und 5. Seriennummer 08/362,254, eingereicht am 22. Dezember 1994, Titel: "Total Chewing Gum Manufacture Using High Efficiency Continuous Mixing" (Gesamtherstellung von Kaugummi unter Verwendung von kontinuierlichem Hochleistungsmischen), die eine Teilfortsetzung von Seriennummer 08/305,363, eingereicht am 13. September 1994, Titel ebenfalls: "Total Chewing Gum Manufacturing Using High Efficiency Continuous Mixing" ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung ist auf einen kontinuierlichen Prozess bzw. ein kontinuierliches Verfahren zum Herstellen von Kaugummibasen gerichtet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine typische Kaugummibase umfasst ein oder mehrere Elastomere, ein oder mehrere Füllmittel, ein oder mehrere Elastomerlösungsmittel, Weichmacher und gegebenenfalls Kunststoffpolymere und verschiedene Farbstoffe, Aromastoffe und Antioxidationsmittel. Hauptsächlich aufgrund der Schwierigkeiten beim Schmelzen und homogenen Dispergieren der Elastomere unter den anderen Gummibasen-Inhaltsstoffen war die Gummibasenherstellung in der Regel ein mühsames und zeitaufwändiges Chargenverfahren. Zum Beispiel verwendet ein solches herkömmliches Verfahren einen diskontinuierlich arbeitenden Mischer mit Z-förmigem Knetarm mit einem Verhältnis der Geschwindigkeit des vorderen zu dem hinteren Flügel von 2 : 1 und einer Mischtemperatur von ungefähr 80–125°C.
In diesem herkömmlichen Verfahren werden erste Anteile des Elastomers, Elastomerlösungsmittels und Füllmittels in den beheizten Mischer mit Z-förmigem Knetarm eingefüllt und vermischt, bis das Elastomer geschmolzen oder verschmiert und gründlich mit dem Elastomerlösungsmittel und den Füllmitteln vermischt ist. Dann werden die verbleibenden Anteile des Elastomers, des Elastomerlösungsmittels, der Weichmacher, der Füllmittel und der anderen Inhaltsstoffe nacheinander stufenweise zugegeben, häufig mit ausreichender Zeit dafür, dass jede stufenweise Zugabe vollständig vermischt wird, bevor weitere Inhaltsstoffe zugegeben werden. Je nach der Zusammensetzung der speziellen Kaugummibasen und insbesondere der Menge und des Typs des Elastomers kann eine erhebliche Geduld erforderlich sein, um sicher zu stellen, dass jeder Inhaltsstoff gründlich vermischt wird. Insgesamt kann eine Mischdauer von eins bis vier Stunden erforderlich sein, um eine Charge Kaugummibase unter Verwendung eines herkömmlichen Mischers mit Z-förmigem Knetarm herzustellen.
Nach dem Vermischen muss die geschmolzene Gummibasencharge aus dem Mischer in überzogene oder ausgekleidete Pfannen entleert werden oder in andere Anlagenteile wie einen Aufbewahrungsbehälter oder eine Filtervorrichtung gepumpt werden, anschließend zu bestimmten Formen extrudiert oder gegossen werden und abkühlen und sich verfestigen gelassen werden, bevor sie zur Verwendung in Kaugummi bereit ist. Diese zusätzliche Verarbeitung und Kühlung erfordert noch mehr Zeit.
Es wurden verschiedene Anstrengungen unternommen, um zu versuchen, die Gummibasenherstellung zu vereinfachen und die dafür benötigte Zeit zu verringern. Die europäische Patentveröffentlichung Nr. 0 273 809 im Namen von General Foods France offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer nicht-adhäsiven Kaugummibase durch Zusammenmischen von Elastomer und Füllmittelkomponenten in einem Mischer von der Art einer industriellen Mühle unter Bildung einer nicht-adhäsiven Vormischung, das Teilen der Vormischung in Fragmente und das Zusammenmischen der Vormischungsfragmente und mindestens einer weiteren nicht-adhäsiven Gummibasenkomponente in einem Pulvermischer. Alternativ können die Vormischungsfragmente und andere Basenkomponenten zusammen mit weiteren Kaugummikomponenten einem Extruder zugegeben werden, um eine direkte Herstellung eines Kaugummis zu erzielen.
Die französische Patentveröffentlichung Nr. 2 635 441, ebenfalls im Namen von General Foods France, offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Gummibasenkonzentrats unter Verwendung eines Doppelschneckenextruders. Das Konzentrat wird durch Vermischen von Elastomeren mit hohem Molekulargewicht und Weichmachern in gewünschten Anteilen und Zuführen dieser in den Extruder hergestellt. Mineralische Füllmittel werden dem Extruder stromabwärts von dem Zufuhreinlass der Elastomer/Weichmacher-Mischung zugegeben. Das resultierende Gummibasenkonzentrat weist einen hohen Gehalt an Elastomeren auf. Das Konzentrat kann anschließend mit den anderen Gummibasen-Inhaltsstoffen vermischt werden, um eine vollständige Gummibase zu ergeben.
Das US-Patent Nr. 3,995,064, erteilt an Ehrgott et al., offenbart die kontinuierliche Herstellung einer Gummibase unter Verwendung einer Abfolge von Mischern oder eines einzelnen variablen Mischers.
Das US-Patent Nr. 4,187,320, erteilt an Koch et al., offenbart ein zweistufiges Verfahren zum Herstellen einer Kaugummibase. In der ersten Stufe werden ein festes Elastomer, ein Elastomerlösungsmittel und ein ölartiger Weichmacher vereinigt und unter starker Scherung zusammengemischt. In der zweiten Stufe werden ein hydrophober Weichmacher, ein ungiftiges Vinylpolymer und ein Emulgator zu dem Gemisch zugegeben und mit starker Scherung vermischt.
Das US-Patent Nr. 4,305,962, erteilt an Del Angel, offenbart ein Elastomer/Harz-Masterbatch, das durch Vermischen eines fein gemahlenen Estergummiharzes mit einem Latexelastomer unter Bildung einer Emulsion, Koagulieren der Emulsion unter Verwendung von Natriumchlorid und Schwefelsäure, Trennen der koagulierten festen Krümel von der flüssigen Phase, Waschen der festen Krümel und Entfernen des überschüssigen Wassers gebildet wird.
Das US-Patent Nr. 4,459,311, erteilt an DeTora et al., offenbart das Herstellen von Gummibase unter Verwendung von zwei getrennten Mischern – einem Mischer hoher Intensität für das Vorplastizieren des Elastomers in Gegenwart eines Füllmittels, gefolgt von einem Mischer mittlerer Intensität für das schließliche Zusammenmischen aller Gummibasenkomponenten.
Das US-Patent Nr. 4,968,511, erteilt an D'Amelia et al., offenbart, dass Kaugummi direkt in einem einstufigen Compoundierverfahren (ohne Herstellen einer intermediären Gummibase) hergestellt werden kann, wenn bestimmte Vinylpolymere als der Elastomeranteil verwendet werden.
Mehrere Veröffentlichungen offenbaren, dass ein kontinuierlich arbeitender Extruder zum Herstellen des endgültigen Kaugummiprodukts verwendet werden kann, nachdem ein getrenntes Verfahren zuvor verwendet worden ist, um die Kaugummibase herzustellen. Zu diesen Veröffentlichungen gehören das US-Patent Nr. 5,135,760, erteilt an Degady et al.; das US-Patent Nr. 5,045,325, erteilt an Lesko et al.; und das US-Patent Nr. 4,555,407, erteilt an Kramer et al.
Ungeachtet der vorangegangenen Anstrengungen, die vorstehend beschrieben wurden, besteht ein Bedarf und Verlangen in der Kaugummiindustrie nach einem kontinuierlichen Verfahren, welches wirksam und effizient dazu verwendet werden kann, um eine Vielzahl von vollständigen Kaugummibasen herzustellen, ohne die Art oder die Menge des eingesetzten Elastomers zu beschränken und ohne eine Vorvermischung oder eine andere Vorbehandlung des Elastomers zu erfordern.
Kontinuierliche Kaugummibasenherstellungsverfahren weisen eine Reihe von Schwierigkeiten auf, wenngleich sie wünschenswert sind. Eine von diesen Schwierigkeiten ist, dass eine typische Anlage für eine kontinuierliche Verarbeitung hohe Drücke verwendet. Als solche ist die Anlage abgedichtet. Flüchtige Komponenten, welche früher aus einem offenen Mischer entweichen konnten, sind in abgedichteten, kontinuierlichen Mischern eingeschlossen. Unerwünschte Abbauprodukte, insbesondere aus Gummibasen, die mit Polyvinylacetat hergestellt werden, sind in dem Mischer eingeschlossen und werden in die Gummibase eingearbeitet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es wurde entdeckt, dass Polyvinylacetat-Abbauprodukte aus dem Mischer entfernt werden und nicht in die Gummibase eingearbeitet werden, wenn sich offene Entlüftungsöffnungen stromabwärts von dem Ort befinden, wo Polyvinylacetat in die Gummibase hinein gemischt wird, und keine Gummibasen-Inhaltsstoffe an diesen Entlüftungsöffnungen zugegeben werden, welche Essigsäure absorbieren, oder wenn ein Vakuum daran angelegt wird.
Die Erfindung ist ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen einer Kaugummibase, umfassend die Schritte: kontinuierliches Zugeben von Kaugummibasen-Inhaltsstoffen, einschließlich eines harten Elastomers, Füllmittels und eines oder mehrerer Schmiermittel, umfassend Polyvinylacetat, in einem kontinuierlich arbeitenden Mischer, der einen oder mehrere Zufuhreinlässe und Entlüftungsöffnungen umfasst, wobei das Polyvinylacetat an einem oder mehreren PVAC-Zufuhreinlässen zugegeben wird; Entlüften von flüchtigen Polyvinylacetat-Bestandteilen aus dem Mischer an einer oder mehreren Entlüftungsöffnungen stromabwärts von dem einen oder den mehreren PVAC-Zufuhreinlässen, wobei die eine oder die mehreren Entlüftungsöffnungen nicht als Zufuhreinlass für irgendwelche Kaugummibasen-Inhaltsstoffe dienen, welche nennenswert Essigsäure absorbieren; Unterwerfen der Kaugummibasen-Inhaltsstoffe kontinuierlichen Mischvorgängen innerhalb des Mischers, wodurch eine Kaugummibase hergestellt wird; und kontinuierliches Austragen der Kaugummibase aus dem Mischer, während Kaugummibasen-Inhaltsstoffe weiterhin eingeführt und innerhalb des Mischers vermischt werden.
Die Erfindung weist zahlreiche Vorteile auf. Erstens wird eine Kaugummibase in einem kontinuierlichen Verfahren ohne Einarbeitung von Abbaukomponenten in die Gummiba se hergestellt. Zweitens ist die Erfindung für einen breiten Bereich von Gummibasenzusammensetzungen wirksam. Drittens können Gummibasen hoher Qualität, einschließlich solcher, die Polyvinylacetat enthalten, aber keine Essigsäure-Fehlnoten aufweisen, auf einer kontinuierlichen Basis hergestellt werden.
Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Beispielen und Abbildungen deutlicher hervorgehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Doppelschneckenextruders, der für den Einsatz bei der Umsetzung der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist.
2 zeigt eine Gruppe Scherscheiben, die in dem Extruder in 1 eingesetzt werden.
3 zeigt eine Gruppe Zahnelemente, die in dem Extruder in 1 eingesetzt werden.
4 zeigt eine Gruppe Knetscheiben, die in dem Extruder in 1 eingesetzt werden.
5 zeigt eine Vielzahl Knetscheiben, die spiralartig ausgeführt sind, um Knetblöcke auszubilden.
6a–e zeigen schematische aufeinanderfolgende Darstellungen von Gummibasen-Inhaltsstoffen während des Mischvorgangs.
7 ist eine Perspektivansicht eines einzelnen flachen Mischpaddels, wie es zum Ausführen einer weiteren Ausführung der Erfindung eingesetzt wird.
8 ist eine Seitenansicht des Mischpaddels in 1.
9a ist eine Vorderansicht des Mischpaddels in 7, das bei Null Grad Drehung (als die Position Nr. 1 bezeichnet) dargestellt ist.
9b ist eine Vorderansicht des Mischpaddels in 7, das bei Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn um 45° (als die Position Nr. 2 bezeichnet) dargestellt ist.
9c ist eine Vorderansicht des Mischpaddels in 7, das bei Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn um 90° (als die Position Nr. 3 bezeichnet) dargestellt ist.
9d ist eine Vorderansicht des Mischpaddels in 1, das bei Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn um 135° (als die Position Nr. 4 bezeichnet) dargestellt ist.
10a ist eine Perspektivansicht eines Zufuhrelementes (nicht eines Paddelelementes), das in den Zufuhrbereichen eines Paddelmischers eingesetzt wird.
10b ist eine Vorderansicht des Zufuhrelementes in 10a.
11 a ist eine Vorderansicht eines Vorwärts-Spiral-Mischpaddels, das in einem Paddelmischer eingesetzt werden kann.
11 b ist eine Vorderansicht des Vorwärts-Spiral-Mischpaddels in 11 a.
11 c beruht auf einer Draufsicht auf das Vorwärts-Spiral-Mischpaddel in 11 a und zeigt lediglich die obere Schnittlinie 92, die über die untere Schnittlinie 90 gelegt ist, sowie eine Bezugslinie 91.
12a ist eine Perspektivansicht eines Rückwärts-Spiral-Mischpaddels, das in einem Paddelmischer eingesetzt werden kann.
12b ist eine Vorderansicht des Rückwärts-Spiral-Mischpaddels in 12a.
12c beruht auf einer Draufsicht auf das Rückwärts-Spiral-Mischpaddel in 12a und zeigt lediglich die obere Schnittlinie 92, die über die untere Schnittlinie 90 gelegt ist, sowie eine Bezugslinie 91.
13 ist eine Perspektivansicht einer Gesamt-Paddel-Mischkonstruktion eines Paddelmischers.
14 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung aus Trommel und Zufuhrvorrichtung, die zusammen mit der in 13 dargestellten Paddelmischerkonstruktion eingesetzt werden kann.
15 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 15-15 in 14, die die Beziehung zwischen den sich drehenden Paddeln und der Trommelwand zeigt.
16 ist eine schematische Darstellung von zwei Paddelmischern, die in Reihe angeordnet sind.
17 ist eine teilweise auseinandergezogene Perspektivansicht eines Buss-Hochleistungs-Flügel-Stift-Mischers, der zum Umsetzen einer anderen Ausführung der Erfindung eingesetzt wird, die eine Anordnung aus Mischtrommel und Mischschnecke darstellt.
18a ist eine Perspektivansicht eines an der Schnecke befindlichen Elementes, das an der stromaufliegenden Seite einer Drosselringbaugruppe in dem Hochleistungsmischer in 17 eingesetzt wird.
18b ist eine Perspektivansicht eines an der Schnecke befindlichen Elementes, das an der stromabliegenden Seite der Drosselringbaugruppe in dem Hochleistungsmischer in 17 eingesetzt wird.
18c ist eine Perspektivansicht einer Drosselringbaugruppe, die in dem Hochleistungsmischer in 17 eingesetzt wird.
19 ist eine Perspektivansicht, die die Anordnung der Elemente in 18a, 18b und 18c in dem Hochleistungsmischer in 17 zueinander zeigt.
20 ist eine Perspektivansicht eines Mischschneckenelementes mit schwacher Scherung, das in dem Hochleistungsmischer in 17 eingesetzt wird.
21 ist eine Perspektivansicht eines Mischschneckenelementes mit starker Scherung, das in dem Hochleistungsmischer in 17 eingesetzt wird.
22 ist eine Perspektivansicht eines Trommelstift-Elementes, das in dem Hochleistungsmischer in 17 eingesetzt wird.
23 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung von Mischtrommelstiften und Inhaltsstoff-Zufuhranschlüssen, die bei dem Hochleistungsmischer in 17 eingesetzt werden.
24 ist eine schematische Ansicht einer gegenwärtig bevorzugten Mischschneckenkonstruktion, die bei dem Hochleistungsmischer in 17 eingesetzt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN UND DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Von verschiedenen Herstellern sind verschiedene Polyvinylacetatqualitäten erhältlich. Polyvinylacetat kann einen niedrigen, mittleren oder hohen Molekulargewichtsbereich aufweisen. Der niedrige Molekulargewichtsbereich ist 15000–30000 mit einem Mittelwert von ungefähr 25000. Ein mittlerer Molekulargewichtsbereich ist 30000 bis 55000 mit einem Mittelwert von ungefähr 40000. Der hohe Molekulargewichtsbereich ist 55000 bis 80000 mit einem Mittelwert von ungefähr 65000.
Einige Polyvinylacetate zersetzen sich offensichtlich, wenn sie auf 121–149°C (250–300°F) erhitzt werden, da sie einen Essigsäuregeruch abgeben. Wenngleich die Spezifikation für Polyvinylacetat handelsüblicher Qualität weniger als 0,05% freie Essigsäure angibt, können höhere Gehalte auftreten, wenn es erhitzt wird. Es ist unklar, ob diese Essigsäure normalerweise vorhanden ist und einfach bei 116°C (240°F), dem Siedepunkt von Essigsäure, freigesetzt wird oder ob sich das Polyvinylacetat bei diesen Temperaturen zersetzt. Eine Probe eines Polyvinylacetats mit niedrigem Molekulargewicht, die zwei Stunden lang auf 150°C (302°F) erhitzt wurde, verlor 1,7 Gew.-%, offenkundig aufgrund des Verlusts von Essigsäure. Somit können flüchtige Essigsäurebestandteile erzeugt werden, wenn Polyvinylacetat zu einem kontinuierlich arbeitenden Mischer zugegeben wird. Wenn diese nicht entfernt werden, werden sie offensichtlich in der Base eingeschlossen oder von anderen Gummibasen-Inhaltsstoffen auf eine Weise absorbiert, welche ihre Freisetzung ermöglicht, wenn die Gummibase gekaut wird. In jedem, Fall verursachen die flüchtigen Bestandteile eine schlechte Geschmacksqualität in der Base und folglich in dem Kaugummi.
Wenn ein abgedichteter kontinuierlich arbeitender Mischer verwendet wird, welcher eine Trommel aufweist, ist es bevorzugt, dass die flüchtigen Bestandteile innerhalb einer Distanz, die dem vierfachen des mittleren Trommeldurchmessers entspricht, von da, wo das Polyvinylacetat in den Mischer eingeführt wird (als PVAC-Zufuhreinlass bezeichnet), abgelassen bzw. entlüftet werden. Dieses Entlüften kann durch Anbringen einer Vakuumquelle an die Trommel stromab von dem PVAC-Zufuhreinlass erfolgen. Das Entlüften kann auch durch einen offenen Zufuhranschluss und an dem Ende eines ersten Mischers erfolgen, wenn die Gummibase in zwei in Reihe miteinander verbundenen kontinuierlich arbeitenden Mischern hergestellt wird. Wenn das Entlüften durch einen offenen Zufuhranschluss erfolgt, ist es auch bevorzugt, dass keine Gummibasen-Inhaltsstoffe, welche nennenswert Essigsäure absorbieren, durch diesen Zufuhranschluss eingeführt werden. Zum Beispiel sind viele Füllmittel, insbesondere Calciumcarbonat dafür bekannt, dass sie Essigsäure absorbieren. Deshalb werden, wenn Calciumcarbonat in den Zufuhranschluss eingeführt wird, bei dem flüchtige Polyvinylacetatbestandteile abgelassen bzw. entlüftet werden, Essigsäure und die flüchtigen Bestandteile von dem Calciumcarbonat aufgenommen und in die Gummibase eingearbeitet. In dieser Hinsicht ist es bevorzugt, dass das gesamte Füllmittel vor dem Polyvinylacetat zu dem Mischer zugegeben wird.
Die Kaugummibase, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, ist die gleiche wie die Basen, die durch herkömmliche Verfahren hergestellt werden, und kann danach durch herkömmliche Verfahren zu herkömmlichen Kaugummis, einschließlich Blasengummi, verarbeitet werden. Die Herstellungsverfahren sind wohlbekannt und werden deshalb hier nicht wiederholt. Natürlich verwendet ein spezieller Kaugummi, wie etwa ein nicht-adhäsiver Kaugummi und Blasengummi, spezielle Gummibasen-Inhaltsstoffe. Diese Gummibasen-Inhaltsstoffe können jedoch unter Verwendung der hier beschriebenen Verfahren kombiniert werden.
Im Allgemeinen umfasst eine Kaugummizusammensetzung charakteristischerweise einen wasserlöslichen Füllstoffanteil, einen wasserunlöslichen kaubaren Gummibasenanteil und charakteristischerweise wasserunlösliche Aromastoffe. Der wasserlösliche Anteil verteilt sich zusammen mit einem Teil des Aromastoffes über einen Zeitraum während des Kauens. Der Gummibasenanteil wird während des gesamten Kauvorgangs im Mund zurückgehalten.
Die unlösliche Gummibase umfasst im Allgemeinen Elastomere, Elastomerlösungsmittel, Weichmacher und anorganische Füllmittel. Kunststoffpolymere wie Polyvinylacetat, welche sich einigermaßen wie Plastifikatoren verhalten, sind ebenfalls häufig enthalten. Zu weiteren Kunststoffpolymeren, welche verwendet werden können, gehören Polyvinyllaurat, Polyvinylalkohol und Polyvinylpyrrolidon.
Elastomere können 5 bis 95 Gew.-% der Gummibase, vorzugsweise zwischen 10 und 70 Gew.-% und am meisten bevorzugt zwischen 15 und 45 Gew.-% ausmachen. Elastomere können Polyisobutylen, Butylkautschuk (Isobutylen-Isopren-Copolymer), Styrol-Butadien-Kautschuk, Polyisopren und Butadienkautschuk sowie natürliche Kautschuke wie geräucherten oder flüssigen Latex und Guayule sowie natürliche Gummen wie Jelutong, Lechi di caspi, Perillo, Massaranduba balata, Massaranduba chocolate, Nispero, Rosindinha, Chicle, Gutta hang kang oder Gemische davon enthalten.
Das Elastomer, das in der Kaugummibase verwendet wird, kann allgemein in die Kategorien harte Elastomere oder weiche Elastomere eingeteilt werden. Harte Elastomere, bei denen es sich üblicherweise um Butylkautschuk und Styrol-Butadien-Kautschuk han delt, haben im Allgemeinen ein hohes Molekulargewicht, in der Regel ein Flory-Molekulargewicht über 200000. Ein typischer Butylkautschuk, der in Kaugummibase verwendet wird, hat ein Flory-Molekulargewicht von ungefähr 400000. Harte Elastomere sind solche, welche ein dispergierendes Mischen mit starker Scherung zum Einsatz in Kaugummibase erfordern. Harte Elastomere fließen im Allgemeinen nicht bei Raumtemperatur, selbst über einen ausgedehnten Zeitraum, und sind nicht pumpfähig, selbst wenn sie auf Temperaturen direkt unterhalb der Temperatur erhitzt werden, bei der eine wesentliche Zersetzung eintritt.
Weiche Elastomere haben ein niedrigeres Molekulargewicht, in der Regel ein Flory-Molekulargewicht unter 100000. Polyisobutylen und Polybutadien sind typische weiche Elastomere. Ein typisches Polyisobutylen, das in Kaugummibase verwendet wird, weist ein Flory-Molekulargewicht von ungefähr 53000 auf. Weiche Elastomere sind im Allgemeinen bei Temperaturen pumpfähig, die normalerweise zum Herstellen von Kaugummibase verwendet werden, und fließen bei Raumtemperatur, wenngleich häufig sehr langsam.
Zusätzlich zu dem Flory-Molekulargewicht wird manchmal ein Staudinger-Molekulargewicht angegeben. Staudinger-Molekulargewichte betragen im Allgemeinen 1/3 bis 1/5 der Flory-Molekulargewichte. Zum Beispiel weist ein Polyisobutylen mit einem Flory-Molekulargewicht von 53000 ein Staudinger-Molekulargewicht von ungefähr 12000 auf. Manchmal sind Molekulargewicht-Zahlenmittel oder gewichtsgemittelte Molekulargewichte angegeben oder das Messverfahren ist nicht angegeben. In solchen Fällen kann die vorstehende Angabe der Funktionalität des Elastomers oder der Art, wie sie beim Herstellen der Kaugummibase vermischt werden, im Allgemeinen dazu verwendet werden, das Elastomer als hart oder weich zu klassifizieren.
Elastomerlösungsmittel können 0 bis 75 Gew.-% der Gummibase, vorzugsweise 5 bis 45 Gew.-% und am meisten bevorzugt 10 bis 30 Gew.-% ausmachen. Zu Elastomerlösungsmitteln gehören natürliche Harzester wie Glycerinester von Wurzelharz, Glycerinester von teilweise hydriertem Colophonium, Glycerinester von polymerisiertem Colophonium, Glycerinester von teilweise dimerisiertem Colophonium, Glycerinester von Colophonium, Pentaerythritester von teilweise hydriertem Colophonium, Methylester und teilweise hydrierte Methylester von Colophonium, Pentaerythritester von Colophonium, Harzester von Glycerinabietat oder Gemische davon. Zu Elastomerlösungsmitteln gehören auch synthetische Verbindungen wie Terpenharze, die von alpha-Pinen, beta-Pinen und/oder d-Limonen abgeleitet sind.
Zu Weichmachern gehören Öle, Fette, Wachse und Emulgatoren. Zu Ölen und Fetten, die manchmal als Plastifikatoren bezeichnet werden, gehören Talg, Schmalz, gehärtete und teilweise gehärtete Pflanzenöle wie Sojabohnenöl, Baumwollsamenöl, Palmöl, Palmkernöl, Kokosöl, Sonnenblumenöl und Maisöl, Kakaobutter und Lipide, die aus Triglyceriden von Fettsäuren hergestellt sind. Zu üblicherweise eingesetzten Wachsen gehören Polywachs, Paraffin, mikrokristalline und natürliche Wachse wie Candelilla, Bienenwachs und Carnauba. Paraffinwachse können als Plastifikatoren angesehen werden. Mikrokristalline Wachse, insbesondere solche mit einem hohen Kristallinitätsgrad, können als körpergebende Mittel oder Texturmodifikatoren angesehen werden.
Zu Emulgatoren, welche manchmal auch weichmachende Eigenschaften aufweisen, gehören Glycerinmonostearat, Lecithin, Mono- und Diglyceride von Fettsäuren, Triacetin, acetyliertes Monoglycerid und Glycerintriacetat.
Die Gummibase enthält in der Regel auch eine Füllmittelkomponente. Die Füllmittelkomponente kann Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Talk oder Dicalciumphosphat sein. Das Füllmittel kann 5 bis 60 Gew.-% der Gummibase ausmachen. Vorzugsweise macht das Füllmittel 5 bis 50 Gew.-% der Gummibase aus.
Außerdem können Gummibasen auch wahlfreie Inhaltsstoffe wie Antioxidationsmittel, Farbstoffe und Aromastoffe enthalten.
Die in dem Mischer erreichte Temperatur schwankt häufig über die Länge des Mischers. Die Spitzentemperatur in der dispergierenden Mischzone, in der sich Mischelemente mit starker Scherung befinden, beträgt vorzugsweise über 79°C (175°F), mehr bevorzugt über 121°C (250°F) und am meisten bevorzugt über 149°C (300°F) und sogar 177°C (350°F) für einige Gummibasenherstellungsverfahren.
Die unlösliche Gummibase kann 5 bis 80 Gew.-% des Gummis ausmachen. Noch typischer macht die unlösliche Gummibase 10 bis 50 Gew.-% des Gummis und am häufigsten 20 bis 35 Gew.-% des Gummis aus.
Zu dem wasserlöslichen Anteil des Kaugummis können Weichmacher, Füllstoff-Süßungsmittel, Süßungsmittel mit hoher Süßkraft, Aromastoffe und Kombinationen davon gehören. Weichmacher werden zu dem Kaugummi zugegeben, um die Kaubarkeit und das Mundgefühl des Gummis zu optimieren. Die Weichmacher, welche auch als Plastifikatoren oder Plastifizierungsmittel bezeichnet werden, machen im Allgemeinen 0,5–15 Gew.-% des Kaugummis aus. Die Weichmacher können Glycerin, Lecithin und Kombinationen davon einschließen. Wässrige Süßungsmittellösungen wie solche, die Sorbitol, hydrierte Stärkehydrolysate, Maisstärkesirup und Kombinationen enthalten, können ebenfalls als Weichmacher und Bindemittel in Kaugummi verwendet werden.
Füllstoff-Süßungsmittel machen 5–95 Gew.-% des Kaugummis, in der Regel 20–80 Gew.-% des Kaugummis und am häufigsten 30–60 Gew.-% des Kaugummis aus. Füllstoff-Süßungsmittel können sowohl zuckerhaltige als auch zuckerfreie Süßungsmittel und Komponenten einschließen. Zuckerhaltige Süßungsmittel können Saccharid enthaltende Komponenten enthalten, wozu Sucrose, Dextrose, Maltose, Dextrin, getrockneter Invertzucker, Fructose, Lävulose, Galactose und Maisstärkesirup-Trockensubstanzen, allein oder in Kombination gehören. Zu zuckerfreien Süßungsmitteln gehören Komponenten mit süßenden Eigenschaften, die aber frei von den üblicherweise bekannten Zuckern sind. Zu zuckerfreien Süßungsmitteln gehören Zuckeralkohole wie Sorbitol, Mannitol, Xylitol, hydrierte Stärkehydrolysate und Maltitol, allein oder in Kombination.
Süßungsmittel mit hoher Süßkraft können ebenfalls zugegen sein und werden üblicherweise zusammen mit zuckerfreien Süßungsmitteln verwendet. Wenn sie verwendet werden, machen Süßungsmittel mit hoher Süßkraft in der Regel 0,001–5 Gew.-% des Kaugummis, vorzugsweise 0,01–1 Gew.-% des Kaugummis aus. In der Regel sind Süßungsmittel mit hoher Süßkraft mindestens zwanzigmal süßer als Sucrose. Zu ihnen gehören Sucralose, Aspartam, Salze von Acesulfam, Alitame, Saccharin und seine Salze, Cyclaminsäure und ihre Salze, Glycyrrhizin, Dihydrochalcone, Thaumatin und Monellin, allein oder in Kombination.
Kombinationen von zuckerhaltigen und/oder zuckerfreien Süßungsmitteln können in Kaugummi verwendet werden. Das Süßungsmittel kann auch ganz oder teilweise als wasserlöslicher Füllstoff in dem Kaugummi dienen. Außerdem kann der Weichmacher zusätzliche Süße bereit stellen, wie es bei wässerigen Zucker- oder Alditollösungen der Fall ist.
Ein Aromastoff sollte im Allgemeinen in dem Kaugummi in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 15 Gew.-% des Kaugummis, vorzugsweise von 0,2–5 Gew.-% des Kaugummis, am meisten bevorzugt von 0,5–3 Gew.-% des Kaugummis zugegen sein. Aromastoffe können ätherische Öle, synthetische Aromen oder Gemische davon einschließen, wozu Öle, die aus Pflanzen und Früchten gewonnen werden, wie Zitrusöle, Fruchtessenzen, Pfefferminzöl, Spearmintöl, andere Minzöle, Nelkenöl, Öl von Wintergrün und Anis gehören. Künstliche Aromastoffe und Komponenten können ebenfalls in dem Aroma-Inhaltsstoff der Erfindung verwendet werden. Natürliche und künstliche Aromastoffe können in jeder sensorisch annehmbaren Weise kombiniert werden.
Wahlfreie Inhaltsstoffe wie Farbstoffe, Emulgatoren, pharmazeutische Mittel und zusätzliche Aromastoffe können ebenfalls in dem Kaugummi enthalten sein.
Das bevorzugte Verfahren der vorliegenden Erfindung kann mit einer Vielzahl von kontinuierlich arbeitenden Mischanlagen durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird mehr als ein Teil einer kontinuierlich arbeitenden Mischanlage in Reihe gekoppelt. So wie er in den Ansprüchen verwendet, bedeutet der Begriff "ein kontinuierlich arbeitender Mischer" einen Mischer oder eine Vielzahl von Mischern in Reihe. Nachstehend werden drei spezifische Arten von kontinuierlich arbeitenden Mischanlagen ausführlich beschrieben und sind in den beigefügten Abbildungen gezeigt: Doppelschneckenextruder, Paddelmischer und Flügel-Stift-Mischer, welche spezialisierte Einschneckenextruder sind. Extruder sind zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugt, insbesondere der Flügel-Stift-Mischer.
A. Doppelschneckenextruder
In einer Ausführung kann die Erfindung in einem Doppelschneckenextruder ausgeführt werden, wie er schematisch in 1 dargestellt ist. Der Doppelschneckenextruder, der eingesetzt wird, um die bevorzugte Ausführung der Erfindung umzusetzen, ist mit mehreren verschiedenen Zufuhreinlasspositionen versehen, an denen Kaugummibasen-Inhaltsstoffe zugesetzt werden können., Die Schnecken im Inneren der Trommel des Extruders sind über die Länge der Schnecken mit verschiedenartigen Elementen versehen. Die verschiedenen Mischzonen werden mitunter als Verarbeitungszonen bezeichnet und anhand des Typs der Elemente beschrieben, die in den Zonen eingesetzt werden. Die Trommel besteht normalerweise aus verschiedenen Abschnitten. Diese Abschnitte können unabhängig von anderen Abschnitten erhitzt oder gekühlt werden. Das Erhitzen und Kühlen wird daher normalerweise über den Bereich der Extrudertrommel ausgeführt, der normalerweise mit den Trommelabschnitten zusammenfällt. Diese Bereiche des Erhitzens oder Kühlens können mit den Verarbeitungszonen zusammenfallen oder auch nicht, wobei dies von der Länge der Trommelabschnitte und den Elementen in den Verarbeitungszonen abhängt.
Obwohl verschiedene Anlagenhersteller verschiedenartige Elemente herstellen, gehören zu den verbreitetsten Typen von Elementen Förderelemente, Verdichtungselemente, Rückwärts-Transportelemente, Homogenisierungselemente, wie beispielsweise Scherscheiben und Zahnelemente, sowie Knetscheiben und -blöcke. Förderelemente weisen im Allgemeinen Stege auf, die spiralförmig an den Elementen entlang verlaufen, wobei große Zwischenräume zwischen den Stegen vorhanden sind. Diese Elemente werden an Beschickungseinlasszonen eingesetzt, um Material schnell in den Hauptteil des Extruders hinein zu bewegen. Verdichtungselemente weisen Stege mit einem Abstand auf, der enger wird, wenn sich das Material an den Stegen entlang bewegt. Dies führt zu Verdichtung und zu hohem Druck in der Vorwärtsrichtung, der erforderlich ist, um das Material stromab und durch die anderen Elemente hindurch zu drücken. Rückwärts-Transportelemente weisen Stege auf, die entgegengesetzt zu denen der Förderelemente geneigt sind. Die Stege drehen sich in einer Richtung, durch die Material stromauf gedrückt würde. Diese Elemente erzeugen einen starken Gegendruck und verlangsamen die Bewegung des Materials durch den Extruder hindurch. Natürlich bahnt sich das extrudierte Material dennoch seinen Weg entgegengesetzt zu den Stegen und bewegt sich stromab durch die Rückwärts-Elemente. Eine Rückwärts-Spiralanordnung von Knetblöcken kann ein ähnliches Ergebnis bewirken.
Scherscheiben üben, wie ihr Name besagt, starke Scherkräfte auf das Material in dem Extruder aus, wodurch stark dispergierendes Mischen verursacht wird. In einem Doppelschneckenextruder weisen die einander gegenüberliegenden Scherscheiben an zwei verschiedenen Schnecken eng anliegende Scheiben-/Stützelemente auf, wie dies in 2 dargestellt ist. Zahnelemente, wie sie in 3 dargestellt sind, weisen zahnradartige Zähne auf, die einer zylindrischen Abstandshalterwelle an der anderen Schnecken gegenüber liegen. Zahnelemente bewirken stark verteilendes Mischen. Häufig bestehen die Zahnelemente aus zueinander passenden Gruppen mit einem zylindrischen Wellenabschnitt und einem Zahnabschnitt als eine Einheit. Knetscheiben, wie sie in 4 dargestellt sind, haben eine elliptische Form und erzeugen eine Knetwirkung in dem Material, das durch den Extruder hindurchtritt. Häufig wird eine Vielzahl von Kentscheiben in einer spiralförmigen Anordnung nebeneinander positioniert, wie dies in 5 dargestellt ist, und als Knetblöcke bezeichnet.
Stark verteilendes Mischen kann auch unter Einsatz von Rückwärts-Förderelementen erreicht werden, bei denen Teile der Stege fehlen, um Strom entgegengesetzt zur Richtung der Verdichtung zu ermöglichen. Diese fehlenden Teile können als eine Nut durch die Stege hindurch ausgeführt sein, die parallel zur Länge des Elementes geschnitten ist. Des Weiteren können auch Knetblöcke, auf die Rückwärts-Förderelemente folgen, um einen hohen Gegendruck zu erzeugen, stark verteilendes Mischen bewirken.
Misch-Drossel-Elemente bewirken einen hohen Gegendruck und ein gewisses Vermischen, ohne dass der Durchsatz zu stark eingeschränkt wird. Aus diesem Grund eignen sich Düsen oder Blenden nicht als Misch-Drossel-Elemente. Rückwärts-Förderelemente können, wie oben angemerkt, Gegendruck erzeugen und bilden somit Misch-Drossel-Elemente. Scherscheiben wie die in 2 dargestellten erzeugen ebenfalls einen starken Gegendruck und sind damit ein weiteres Beispiel für ein Misch-Drossel-Element.
Der starke Gegendruck ist wichtig, damit andere Elemente, wie die, die stark verteilendes oder stark dispergierendes Mischen bewirken, ordnungsgemäß funktionieren können. So werden in der bevorzugten Ausführung der Erfindung Misch-Drossel-Elemente nach jeder Mischzone eingesetzt. Es ist am besten, ein Misch-Drossel-Element unmittelbar vor dem Austreten der Gummibase aus dem Extruder einzusetzen.
Diese verschiedenen Typen von Elementen und andere Elemente, die sich für den Einsatz in Doppelschneckenextrudern eignen, sind in der Technik bekannt und auf dem Markt verfügbar. Die Elemente werden häufig speziell für die verschiedenen Typen von allgemein verfügbaren Doppelschneckenextrudern ausgelegt, zu denen gleichlaufende, gegenläufige, kämmende und Tangential-Doppelschneckenextruder gehören. Elemente, die für ähnliche Funktionen bestimmt sind, unterscheiden sich je nach dem Typ des Extruders, für den sie bestimmt sind, hinsichtlich ihrer Konstruktion.
Ein spezieller Typ Element für eine bestimmte Extrudermarke ist ein nichtkämmendes Polygonelement, das von Farrel Corporation (25 Main Street, Ansonia, Conn. 06401) für den gleichlaufenden Doppelschneckenextruder von Farrel-Rockstedt vertrieben wird. Es wird davon ausgegangen, dass die nichtkämmenden Polygone dispergierendes Mischen bewirken.
In bevorzugten Ausführungen der Erfindung enthakt das dispergierende Mischen die Elastomere mit einem minimalen Grad an Zerlegung der Polymerketten. So ist es, obwohl das dispergierende Mischen zwangsläufig zur Verringerung des Molekulargewichtes des Polymers führt, vorzuziehen, den Vorgang des dispergierenden Mischens so zu steuern, dass diese Verringerung des Molekulargewichtes auf ein Minimum beschränkt wird. Vorzugsweise wird das durchschnittliche Molekulargewicht nicht unter das durchschnittliche Molekulargewicht der gleichen Polymere verringert, die der Gummibase mit herkömmlichen Prozessen beigemischt werden.
Bei einem ausreichenden dispergierenden Mischen entsteht eine glatte gummiartige Flüssigkeit ohne erkennbare Gummiklumpen. Wenn lediglich wenige Gummiklumpen vorhanden sind, können sie ausgesiebt oder während folgender Mischschritte dispergiert werden. Wenn jedoch zu große oder zu zahlreiche Klumpen vorhanden sind oder die verarbeiteten Elastomere und Füllmittel in Form eines Agglomerats oder einer körnigen Masse vorliegen, reicht das eingesetzte dispergierende Mischen nicht aus.
I Das verteilende Mischen sollte ausreichen, um eine homogene Gummibase statt eines Materials herzustellen, das zu "schwitzen" scheint, oder das eine marmorierte oder lochkäseartige Textur aufweist. In der bevorzugten Ausführung der Erfindung reicht das stark verteilende Mischen aus, um Weichmacher, insbesondere Fette, Öle und Wachse in dem gleichen Maße zu integrieren, in dem diese Weichmacher bei den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Gummibase integriert werden.
Um eine Ausführung der Erfindung umzusetzen, ist, wie in 1 dargestellt, ein Doppelschneckenextruder 10 mit einer ersten Beschickungseinlassposition 12 an eine erste Verarbeitungszone 21 angrenzend ausgeführt, die mit Förderelementen 31, Förden-und-Verdichtungs-Elementen 32 sowie Verdichtungselementen 35 versehen ist. Die zweite Verarbeitungszone 23 ist mit einer Kombination aus Zahnelementen 33, wie sie in 3 dargestellt sind, und mehreren Gruppen von Scherscheiben 34, wie sie in 2 dargestellt sind, ausgestattet. Am Ende der zweiten Verarbeitungszone 23 ist der Extruder 10 mit einem Anschluss 16 versehen, der mit einer Vakuumquelle (nicht dargestellt) verbunden ist. Die dritte Verarbeitungszone 24 enthält zusätzliche Förderelemente 31, Förder-und-Verdichtungs-Elemente 32 sowie Verdichtungselemente 35. Ein zweiter Zufuhreinlass 13 ist in dem Extruder an diese zweite Gruppe von Förderelementen 31 angrenzend vorhanden, um der dritten Verarbeitungszone 24 zusätzliche Gummibase-Inhaltsstoffe zuzuführen. Zufuhreinlass 13 ermöglicht das Zusetzen von pulverförmigen Inhaltsstoffen sowie flüssigen Inhaltsstoffen von Pumpe 41. Die vierte Verarbeitungszone 25 ist mit Knetscheiben 36 versehen. Am Anfang der fünften Verarbeitungszone 26 weist der Doppelschneckenextruder 10 einen weiteren Einlasse 15 auf, der mit einer Pumpe 43 verbunden ist, und einen Zufuhreinlass 14 in Form eines Anschlusses, der mit einer seitlichen Zufuhrvorrichtung 42 versehen ist, bei der es sich um einen Ein- oder Doppelschneckenextruder oder auch eine Zahnradpumpe handeln kann, die in der Lage ist, hohen Druck zu erzeugen. Die fünfte Verarbeitungszone 26 ist mit Förderelementen 31, Förden-und-Verdichtungs-Elementen 32 sowie Verdichtungselementen 35 versehen, die die Gummibasen-Inhaltsstoffe in die sechste und abschließende Verarbeitungszone 28 drücken. Zone 28 enthält zwei Gruppen von Zahnelementen 33, auf die Rückwärts-Elemente 39 und Scherscheiben 34 folgen. Nach dem Hindurchtreten durch die Scherscheiben 34 treten die Gummibasen-Inhaltsstoffe aus dem Extruder 10 aus.
Es kann vorteilhaft sein, einen Teil der Inhaltsstoffe zu erhitzen, um sie entweder zum Schmelzen zu bringen oder die Viskosität zu verringern. Der Extruder 10 kann, wie in 1 dargestellt, zu diesem Zweck mit beheizten Behältern 44 und 45 ausgeführt sein, die mit Pumpen 41 bzw. 43 verbunden sind. Andere verbreitet eingesetzte Einrichtungen, wie beispielsweise Einrichtungen zum Überwachen der Temperatur und zum Erhitzen oder Kühlen des Extruders, sind in 1 nicht dargestellt. Zu den Einrichtungen gehören auch herkömmliche Wäge- und Zuführvorrichtungen zum kontinuierlichen Zusetzen von granulierten oder pulverförmigen Inhaltsstoffen. Alle Inhaltsstoffe werden dem Extruder vorzugsweise mit Einrichtungen zugeführt, die so gesteuert werden, dass sie in einem stabilen Zustand arbeiten, obwohl es während des Anlaufens vorteilhaft sein kann, mit der Zufuhr einiger Inhaltsstoffe vor anderen zu beginnen und die Inhaltsstoffe in anderen Mengen zuzuführen, als sie für den Betrieb im stabilen Zustand wünschenswert sind.
Es versteht sich, dass 1 als schematische Darstellung die verschiedenen Komponenten in ihrer entsprechenden Reihenfolge vom Standpunkt des Stroms durch den Extruder 10 her zeigt. Normalerweise sind die Schnecken horizontal nebeneinander angebracht, und Zufuhreinlässe, insbesondere die zur Atmosphäre hin offenen, wie die Einlässe 12 und 13, sind vertikal über den Schnecken angeordnet.
Obwohl die Anordnung in 1 für bestimmte Gummibasen bevorzugt wird, können für andere Gummibasen andere Anordnungen bevorzugt werden. 1 zeigt einen Extruder mit drei allgemeinen Bereichen zum Zusetzen von Inhaltsstoffen und sechs Verarbeitungszonen. Für einige Gummibasen können zwei, vier oder mehr Inhaltsstoffe-Zufuhrzonen bei anderer Anzahl von Verarbeitungszonen eingesetzt werden. 1 stellt darüber hinaus den Einsatz jeweils einer Gruppe langer Förderelemente 31, Förder-und-Verdichtungs-Elemente 32 und Verdichtungselemente 35 in der ersten Verarbeitungszone 21, einer kurzen Gruppe von Förder-und-Verdichtungs-Elementen 32 in den Zonen 24 und 26 sowie einer kurzen Gruppe von Förderelementen 31 und Verdichtungselementen 35 in Zone 26 dar. Tatsächlich ist es möglich, dass ein, zwei oder mehr Elemente unterschiedlicher Typen und Längen in diesen Zonen eingesetzt werden. 1 zeigt auch eine Gruppe von Zahnelementen 33 sowie drei Gruppen von Scherscheiben 34 in Zone 23, jedoch ist es möglich, diese Elemente in anderer Anzahl oder überhaupt andere Elemente einzusetzen. Desgleichen können in den Zonen 25 und 28 andere Typen von Elementen, die verteilendes Mischen bewirken, eingesetzt werden, wobei dies von den Gummi-Inhaltsstoffen, die in diesen Zonen gemischt werden, sowie dem eingesetzten Typ von Extruder abhängt.
6a–e stellen den Zustand verschiedener Gummibasen-Inhaltsstoffe während ihrer Mischung zu Kaugummibase dar. Zum Beginn liegen, wie in 6a dargestellt, das (harte) Elastomer 51 mit hohem Molekulargewicht und das Elastomer 52 mit mittlerem Molekulargewicht beide in Form von Körnern oder Teilchen vor, in denen die Elastomermoleküle fest miteinander verbunden sind. Das Füllmittel 53 liegt in Teilchenform vor, ist jedoch möglicherweise nicht homogen mit den Elastomeren 51 und 52 vermischt. Das Elastomer-Lösungsmittel 54 kann in Form von Tröpfchen vorliegen. Wenn das Mischen beginnt, wird, wie in 6b dargestellt, das Elastomer-Lösungsmittel 54 mit den Elastomeren 51 und 52 verbunden. Durch das Vorhandensein des Füllmittels 53, des Elastomer-Lösungsmittels 54 und von Wärme beginnen sich die Körnchen in einzelne Elastomermoleküle aufzulösen. Des Weiteren wird das Füllmittel 53 gleichmäßiger verteilt und seine Teilchengröße kann sich verringern. Wenn der Prozess fortschreitet, werden die Elastomere 51 und 52, wie in 6c dargestellt, enthakt. Dieses Enthaken ist darauf zurückzuführen, dass die Elastomere 51 und 52 stark dispergierendem Mischen unterzogen werden.
Nach diesem Schritt können die Inhaltsstoffe mit geringerer Viskosität, wie beispielsweise Polyvinylacetat 55, zugesetzt werden, wie dies in 6d dargestellt ist. Anfänglich liegt auch dieses Material in einzelnen Teilchen oder, wenn es schmilzt, Tröpfchen, vor. Es wird weiter gemischt, und weitere zugesetzte Inhaltsstoffe, wie beispielsweise Wachse 56 und Emulgatoren 57, werden verteilendem Mischen unterzogen, wie dies in 6e dargestellt ist. Fortgesetztes stark verteilendes Mischen bringt eine homogene Kaugummibase hervor, in der einzelne Teilchen oder Tröpfchen durch sensorische Wahrnehmung nicht mehr erfasst werden können.
Das Elastomer kann an dem ersten Zufuhreinlass 12 zusammen mit Elastomer-Lösungsmitteln, wie beispielsweise Harzen, und dem Füllmittel zugesetzt werden. Jedoch können insbesondere Elastomere mit niedrigerem Gewicht wenigstens teilweise an dem zweiten Zufuhreinlass 13 zugesetzt werden. Teile des Füllmittels können ebenfalls an dem zweiten Zufuhreinlass 13 zugesetzt werden. Polyvinylacetat kann über eine Pulver- Zufuhrvorrichtung oder den Einschneckenextruder 42 oder einen Doppelschneckenextruder oder eine Zahnradpumpe an dem Zufuhreinlassanschluss 14 zugesetzt werden, während geschmolzene Fette und Wachse sowie Öle an dem letzten Zufuhreinlass 15 zugesetzt werden. Dies führt dazu, dass das Füllmittel, das Elastomer und einige Schmiermittel dem stark dispergierenden Mischen ausgesetzt werden, bevor Inhaltsstoffe mit niedrigerer Viskosität zugesetzt werden. Die Zahnelemente 18, die Rückwärts-Elemente 39 sowie die Scherscheibe 40 nach dem Zufuhreinlass 15 bewirken stark verteilendes Mischen aller Gummibase-Inhaltsstoffe mit niedriger Viskosität mit den anderen Gummibasen-Inhaltsstoffen.
Ein bevorzugter Kleinextruder ist der gegenläufige kämmende Tangential-Doppelschneckenextruder LSM30.34 von Leistritz (Nürnberg, Deutschland). Zu anderen einsetzbaren Doppelschneckenextrudern gehören der kämmende gleich- und gegenläufige Doppelschneckenextruder TEX30HSS32.5PW-2V von Japan Steel Works, der auch als das Modell Davis Standard D-Tex bekannt ist, das von Crompton & Knowles Corporation (#1 Extrusion Dr., Pawcatuck, CT 06379) vertrieben wird, und die gleichläufigen oder gegenläufigen kämmenden Doppelschneckenextruder von Werner & Pfleiderer Corporation (663E. Crescent Ave., Ramsey, N. J. 07446). Vorzugsweise ist die Trommel lang. Ein gleichläufiger Doppelschneckenextruder von Werner & Pfleiderer kann ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser (L/D) von bis zu 48 haben. Der Extruder TEX30HSS32.5PW-2V von Japan Steel Works, kann so ausgestattet sein, dass er ein Verhältnis L/D von 58 hat.
B. Paddelmischer
Ein anderer Typ kontinuierlicher Mischer, der eingesetzt werden kann, um die vorliegende Erfindung umzusetzen, ist ein Paddelmischer. Ein Mischpaddel 85 mit einer flachen (nicht spiralartigen) Form ist in 7–9 dargestellt. Der Begriff "Mischpaddel" ist hier als vierseitiges Mischelement mit zwei planen Flächen 86 und 87 sowie zwei konkaven Flächen 88 und 89 definiert. Die planen Flächen sind parallel zueinander und schneiden lediglich die konkaven Flächen. Die konkaven Flächen liegen einander gegenüber und schneiden einander an zwei Linien 90 und 91. Eine nichtkreisförmige (vorzugsweise quadratische) Öffnung 89 verläuft durch die Mitte jedes Mischpaddels 85 in einer Richtung senkrecht zu den planen Flächen 86 und 87 hindurch und schneidet beide plane Flächen. Die Öffnungen 94 dienen zum Anbringen einer Vielzahl von Paddeln an Drehwellen in einer vorgegebenen Reihenfolge (13).
Die Mischpaddel 85 können, wie in 9a–d dargestellt, auf einer Welle in den gleichen oder verschiedenen Drehwinkeln zueinander angeordnet werden. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung ist die "Position Nr. 1" 9a entsprechend definiert, wo eine gerade Linie, die auf der planen Fläche 87 gezogen wird und die Linien 90 und 92 schneidet, mit einer Bezugslinie (beispielsweise einer vertikalen Linie) zusammenfällt. Die "Position Nr. 2" ist 9b entsprechend definiert, wo eine gerade Linie, die auf der planen Fläche 87 gezogen wird und die Linien 90 und 92 schneidet, gegenüber der Bezugslinie um 45° entgegen dem Uhrzeigersinn versetzt ist. Die "Position Nr. 3" ist 9c entsprechend definiert, wo eine gerade Linie, die auf der planen Fläche 87 gezogen wird und die Linien 90 und 92 schneidet, gegenüber der Bezugslinie um 90° entgegen dem Uhrzeigersinn versetzt ist. Die "Position Nr. 4" ist 9d entsprechend definiert, wo eine gerade Linie, die auf der planen Fläche 87 gezogen wird und die Linien 90 und 92 schneidet, gegenüber der Bezugslinie um 135° entgegen dem Uhrzeigersinn versetzt ist.
Da die Paddel 85 in 9a–d symmetrisch sind, besteht keine Notwendigkeit, die relativen Drehpositionen der Paddel für Winkel von 180°, 225°, 270° und 315° gegenüber der Bezugslinie zu definieren. So fällt beispielsweise ein Paddel mit einer Drehposition von 180° genau mit einem Paddel mit einem Drehwinkel von 0° (9a) zusammen. Desgleichen fällt ein Paddel mit einem Drehwinkel von 225° genau mit einem Paddel mit einem Drehwinkel von 45° (9b) zusammen. Ein Paddel mit einem Drehwinkel von 270° fällt genau mit einem Paddel mit einem Drehwinkel von 90° (9c) zusammen, und ein Paddel mit einem Drehwinkel von 315° fällt genau mit einem Paddel mit einem Drehwinkel von 135° (9d) zusammen.
Es versteht sich auch, dass jedes Mischpaddel 85 während des Betriebes des Paddelmischers aufgrund der Drehung der Wellen, die die Paddel tragen (13) in ständiger Drehung ist. Zum Zweck der Beschreibung der Mischpaddel hinsichtlich der relativen Drehpositionen (d. h. relativ zueinander), wie sie oben erläutert sind, sollte die Bezugslinie als sich mit den Paddeln drehend verstanden werden. Wenn beispielsweise die in 9a–d dargestellten Mischpaddel nacheinander auf einer einzelnen Welle angeordnet werden und die Welle um 90° gedreht wird, würde sich die gewählte Bezugslinie, die anfangs vertikal ist, an eine horizontale Position drehen. Das heißt, die relativen Drehpositionen der Mischpaddel in 9a–d, die jeweils als 1, 2, 3, 4 definiert sind, ändern sich während des Betriebes des Paddelmischers nicht.
Das Verfahren der Erfindung sieht, wie in 10a und 10b dargestellt, auch den Einsatz eines kleinen Teils von Nicht-Paddelelementen vor, die als Vorwärts-Förden oder Zufuhrelemente 50 bekannt sind. Jedes Zufuhrelement 50 weist eine plane Vorderseite 48, eine plane Rückseite 49 parallel zu der Vorderseite sowie eine nichtkreisförmige (vorzugsweise quadratische) Öffnung 46 auf, die senkrecht zu der Vorder- und der Rückseite ist und diese schneidet. Die Zufuhrelemente haben jedoch im Unterschied zu den oben beschriebenen Mischpaddeln keine zwei konkaven Flächen, die einander an zwei Linien schneiden. Statt dessen enthält jedes Zufuhrelement 50 Abschnitte mit zwei alternierenden Spiralnuten 47 und 49. Die Spiralnuten sind in 13 deutlicher sichtbar, wo eine Vielzahl von Zufuhrelementen nacheinander auf den Drehwellen 110 zusammengefasst sind, um Zufuhrzonen in dem Mischer auszubilden. Der Hauptzweck der Zufuhrelemente 50 besteht darin, Kaugummibasen-Inhaltsstoffe zu den Bereichen des Mischers zu transportieren, in denen das Paddelmischen stattfindet.
Wie unter Bezugnahme auf 11a und 11b zu sehen ist, kann bei dem Verfahren der Erfindung auch ein Typ Mischpaddel eingesetzt werden, das als Vorwärts-Spiralpaddel 95 bekannt ist. Das Vorwärts-Spiralpaddel 95 übt, wenn es eingesetzt wird, eine leichte Vorwärtstransportwirkung aus, während es die Gummibasen-Inhaltsstoffe mischt. Wie die planen Mischpaddel 85 weist jedes Vorwärts-Spiralpaddel 95 zwei plane Flächen sowie zwei konkave Flächen 88 und 89 auf. Die planen Flächen sind parallel zueinander und schneiden nur die konkaven Flächen. Die konkaven Flächen liegen einander gegenüber und schneiden einander an zwei Linien 90 und 92. Wiederum tritt eine nichtkreisförmige (vorzugsweise quadratische) Öffnung 94 durch die Mitte jedes Mischpaddels 95 hindurch und schneidet beide plane Flächen.
Der Unterschied zwischen dem Vorwärts-Spiralpaddel 95 und dem planen Mischpaddel 85 besteht darin, dass bei dem flachen Mischpaddel 85 die Linien 90 und 92 (die die Schnittlinien der konkaven Flächen 88 und 89 bilden) parallel zueinander sind, wie dies in 8 dargestellt ist. Bei dem Vorwärts-Spiralpaddel ist die Linie 90 in Bezug auf die Linie 92 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht worden, so dass die Linien nicht mehr parallel sind, wie dies in 11 b dargestellt ist. Desgleichen ist die Linie 92 in Bezug auf die Linie 90 im Uhrzeigersinn gedreht worden. Der Effekt dieser Drehung besteht darin, dass die konkaven Flächen 88 und 89 so gebogen werden, dass diese Flächen eine leichte Spiralform erhalten.
Wie unter Bezugnahme auf 12a und 12b zu sehen ist, kann bei dem Verfahren der Erfindung auch ein Typ Mischpaddel eingesetzt werden, das als ein Rückwärts-Spiralpaddel 96 bekannt ist. Wenn es eingesetzt wird, setzt das Rückwärts-Spiralpaddel 96 der Vorwärtsförderung der Gummibasen-Inhaltsstoffe einen leichten Widerstand entgegen, während die Inhaltsstoffe gemischt werden. Dies bewirkt einen örtlich begrenzten höheren Grad der Füllung des Mischers sowie einen geringfügigen Druckanstieg in der Nähe des Rückwärts-Spiralpaddels 96.
Das Rückwärts-Spiralpaddel ist genau so aufgebaut wie das oben erläuterte Vorwärts-Spiralpaddel 95, wobei jedoch die Linien 90 und 92 (die die Schnittlinien der konkaven Flächen 88 und 89 bilden) in den entgegengesetzten Richtungen gedreht sind. Die Linie 90 ist, wie in 12a zu sehen ist, in Bezug auf die Linie 92 im Uhrzeigersinn gedreht worden, und die Linie 92 ist in Bezug auf die Linie 90 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht worden. Diese Drehung bewirkt, dass die konkaven Flächen 88 und 89 gebogen werden, so dass diese Flächen eine leichte Umkehr-Spiralform haben.
Der Grad der Drehung der Linien 90 und 92 für das Vorwärts- und das Rückwärts-Spiralpaddel 95 und 96 lässt sich unter Bezugnahme auf 11c und 12c erläutern. In 11c und 12c sind die Spiralpaddel von oben zu sehen, und nur die Linien 90 und 92 der Paddel sind übereinandergelegt dargestellt. Eine Bezugslinie 92 ist ebenfalls dargestellt und deutet die Position der Linien 90 und 92 für den Fall an, dass keine Drehung stattgefunden hätte, wie bei dem flachen Paddel 85.
Der Winkel "a" ist, wie in 11c zu sehen ist, der Grad der Drehung der Linie 90 entgegen dem Uhrzeigersinn, der bei einem Vorwärts-Spiralpaddel 95 vorhanden ist. Der Winkel "a" sollte zwischen 5 und 30°, vorzugsweise zwischen 10 und 18° und am besten ungefähr 13°, 53 Minuten, 50 Sekunden betragen. Der Winkel "b" ist der Grad der Drehung der Linie 92 im Uhrzeigersinn, der bei einem Vorwärts-Spiralpaddel 95 vorhanden ist. Der Winkel "b" sollte zwischen 5 und 30°, vorzugsweise zwischen 10 und 18, am besten vorzugsweise ungefähr 13°, 53 Minuten, 50 Sekunden betragen.
In 12c ist der Winkel "a" der Grad der Drehung von Linie 90 im Uhrzeigersinn, der bei einem Rück-Spiralpaddel 96 vorhanden ist. Der Winkel "a" sollte zwischen 5 und 30°, vorzugsweise zwischen 10 und 18° und am besten ungefähr 13°, 53 Minuten, 50 Sekunden betragen. Der Winkel "b" ist der Grad der Drehung von Linie 92 entgegen dem Uhrzeigersinn, der bei einem Rückwärts-Spiralpaddel 96 vorhanden ist. Der Winkel "b" sollte zwischen 5 und 30°, vorzugsweise zwischen 10 und 18° und am besten ungefähr 13°, 53 Minuten, 50 Sekunden betragen.
Die Mischpaddel und Zufuhrelemente werden, wie in 13 dargestellt, in einer vorgegebenen Anordnung auf zwei parallelen Wellen 110 montiert. Bei der dargestellten Ausführung weist jede der Wellen 110 für einen Paddelmischer mit einer Abmessung von 12,7 cm (5 Inch) eine aktive Länge von 91 cm (36 Inch) und eine quadratische Querschnittsfläche von 3,493 cm × 3,493 cm (1,375 Inch × 1,375 Inch), d. h. 12,201 cm² (1,891 Quadratinch), auf. Die parallelen Wellen sind um eine Strecke von 8,89 cm (3,5 Inch) (Mitte zu Mitte) beabstandet. Die Wellen 110 befinden sich gleichlaufend (Drehung in der gleichen Richtung) in einer Mischtrommel. Jede der Wellen 110 trägt eine identische Anordnung von Mischpaddeln und Zufuhrelementen. Die Mischpaddel und die Zufuhrelemente auf den benachbarten Wellen können, wie in 13 dargestellt, kämmen, jedoch einander nicht berühren, wenn sich die Wellen drehen.
Jede der Wellen 110 ist so lang, dass sie 91,4 cm (36 Inch) Elemente aufnimmt, die jeweils eine Länge von 2,5 cm (1 Inch), einen maximalen Durchmesser von 12,38 cm (4,874 Inch) und einen minimalen Durchmesser von 5 cm (2 Inch) haben. Zwei oder mehr Segmente mit einer Abmessung von 2,5 cm (1 Inch) können kombiniert werden, um längere Elemente herzustellen, ohne die Funktion zu beeinflussen. So haben die Zufuhrelemente 50 häufig eine Länge von 5 cm (2 Inch). Für die Zwecke der Erfindung sollte ein großer Teil jeder Welle von Mischpaddeln eingenommen werden. Im Allgemeinen sollten wenigstens 40 Prozent jeder Welle von Mischpaddeln eingenommen werden. Vorzugsweise werden wenigstens 50 Prozent jeder Welle von Mischpaddeln eingenommen, am besten wenigstens 60 Prozent. Ein Großteil der Mischpaddel sollten im Unterschied zu Vorwärts-Spiral- oder Rückwärts-Spiralpaddeln flache Mischpaddel sein.
Bei der in 13 dargestellten Ausführung werden 67 Prozent der Wellenlänge von Mischpaddeln eingenommen (24 Elemente mit einer Abmessung von 2,5 cm (1 Inch)), und 33 Prozent der Wellenlänge werden von Zufuhrelementen eingenommen (6 Elemente mit einer Abmessung von 5 cm (2 Inch)).

Der Mischeraufbau 102 in 13 enthält zwei Zufuhrzonen 125 und 135 sowie zwei Paddel-Mischzonen 130 und 150. Der spezielle Aufbau des Mischers ist in Tabelle 1 unten dargestellt. In Tabelle 1 und den anderen Tabellen werden die folgenden Abkürzungen verwendet:

FC	Zufuhr-Förderelement (das jeweils zwei 2,5-cm (1-Inch)-Positionen einnimmt)
FP	flaches Mischpaddel (das jeweils eine 2,5-cm (1-Inch)-Position einnimmt)
FH	Vorwärts-Spiralmischpaddel (das jeweils eine 2,5-cm (1-Inch)-Position einnimmt)
RH	Rückwärts-Spiralmischpaddel (das jeweils eine 2,5-cm (1-Inch)-Position einnimmt).

Tabell 1: Mischeraufbau (pro Welle) – Fig. 13
Der Einsatz von zwei oder mehr Zufuhrzonen und zwei oder mehr Mischzonen in dem Mischeraufbau 102 ermöglicht das aufeinanderfolgende Zusetzen und Mischen unterschiedlicher Gummibasen-Inhaltsstoffe. So kann beispielsweise ein Teil mit hoher Viskosität, der Elastomer, Füllmittel und ein Harz oder Polyvinylacetat enthält, kontinuierlich der ersten Zufuhrzone 125 in 13 zugeführt werden. Diese Inhaltsstoffe können dann in der ersten Paddel-Mischzone gründlich gemischt werden, bevor weitere Inhaltsstoffe zugesetzt werden. Ein Teil mit geringerer Viskosität, der Wachse (wenn diese zum Einsatz kommen), Fette, Öle, Farbstoffe und zusätzliches Harz oder Polyvinylacetat enthält, kann der zweiten Zufuhrzone 135 kontinuierlich zugesetzt werden. Alle Gummibasen-Inhaltsstoffe können dann in der zweiten Paddel-Mischzone 150 gründlich gemischt werden.
Der Mischeraufbau 102, der in 13 dargestellt ist, wird in der Praxis von einem oder mehreren Trommelsegmenten umschlossen, die sich über die Länge des Mischeraufbaus 102 erstrecken. 14 zeigt schematisch eine typische Trommel 105, die den Mischeraufbau 102 umschließt. Ein Motor 101 treibt die Wellen 110 an, die die Mischerelemente tragen. Die Gummibasen-Inhaltsstoffe werden über Zufuhranschlüsse 103 und 123 in der Trommel 105 zugeführt. Die Gummibase bleibt über eine Zeit in dem Mischer, die ausreicht, um Homogenität zu gewährleisten, so beispielsweise eine Zeit in der Größenordnung von 20–30 Minuten, und tritt über eine Austrittsdüse 155 aus. Die Trommel 105 kann beheizt oder gekühlt werden. Das Beheizen kann mit heißem Wasser oder Dampfmantel durchgeführt werden, der die Trommel umgibt (nicht dargestellt). Das Kühlen kann durchgeführt werden, indem einem Mantel, der die Trommel 105 umgibt, Kühlwasser zugeführt wird. Alternative Verfahren zum Heizen und Kühlen können ebenfalls eingesetzt werden. Im Allgemeinen wird beim Anlaufen beheizt, Kühlung jedoch wird in den späteren Stufen eingesetzt, um Überhitzung und Zersetzung der Base zu verhindern.
Das Beheizen und Kühlen der Trommel sollte, je nach Erfordernis, so durchgeführt werden, dass die Erzeugnis-Austrittstemperaturen beim Mischen der Gummibase-Inhaltsstoffe auf 90°C–150°C, vorzugsweise auf 100–135°C, gehalten wird.
15 ist eine Schnittansicht der Trommel 105, die zeigt, wie der Paddelmischer mit längeren Verweilzeiten als bei einem herkömmlichen Doppelschneckenextruder arbeiten kann. Die Trommelwand 116 hat in 15 die Form zweier einander schneidender Zylinder, wobei jeder Zylinder einen Durchmesser hat, der größer ist als der größte Durchmesser des Mischpaddels 85, das darin enthalten ist. Diese Trommelform ähnelt der eines normalen Doppelschneckenextruders. Im Unterschied zu den Schnecken eines Doppelschneckenextruders jedoch füllen die Paddel 85 den durch die Trommelwand 116 gebildeten Raum nicht zum großen Teil aus.
Die Mischpaddel 85 weisen normalerweise eine enge Toleranz zu der Trommelwand 116 und zueinander in der Nähe der Linien 90 und 92 auf, an denen sich die konkaven Flächen schneiden. Für Paddel 85 mit einem großen Durchmesser von 12,38 cm (4,874 Inch) kann die engste Toleranz zwischen jedem Paddel und der Trommelwand 116 in der Größenordnung von 0,121 cm (0,048 Inch) bis 0,198 cm (0,078 Inch) liegen, und die engste Toleranz zwischen den zwei Paddeln kann in der Größenordnung von 0,152 bis 0,229 cm (0,060 Inch bis 0,090 Inch) liegen. Entfernt von den Linien 90 und 92 jedoch ist der Abstand zwischen jedem Paddel 85 und der Trommelwand 116 erheblich größer. Aufgrund der einzigartigen Konstruktion der Paddel 85 ist der Anteil des Trommelraums, der von den Paddeln 85 eingenommen wird, erheblich kleiner als bei einem herkömmlichen Doppelschneckenextruder. Auch der Druck in dem Paddelmischer sollte unter 0,35 MPa Überdruck (50 psig), vorzugsweise unter 0,14 MPa Überdruck (20 psig) bleiben, wenn, gegenüber anderen Elementen, ein großer Anteil an Paddeln vorhanden ist. Jedes Paddel 85 weist, wie in 15 von vorn gesehen, eine Breite auf, die geringer ist als die Höhe. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis von Höhe zu Breite jedes Mischpaddels mehr als 1,5 : 1. Am besten beträgt das Verhältnis von Höhe zu Breite für jedes Mischpaddel mehr als 2 : 1.
Das große Maß an verfügbarem Trommelraum ermöglicht es auch, das Verfahren der Erfindung mit langen Verweilzeiten in Paddelmischern umzusetzen. Der hohe Anteil an Mischpaddeln, insbesondere flachen Paddeln, trägt ebenfalls zu den längeren Verweilzeiten und dem niedrigeren Druck bei. Die durchschnittliche Verweilzeit in dem Paddelmischer sollte wenigstens 10 Minuten, vorzugsweise mehr als 15 Minuten, und am besten mehr als 20 Minuten betragen.
Die übrigen Betriebsparameter, d. h. Drehzahl des Mischers, Zufuhrmengen, Produktionsmengen usw., variieren je nach der Größe des Mischers und der speziellen Gummibasen-Zusammensetzung. Ein handelsüblicher Paddelmischer, der zum Umsetzen der Erfindung geeignet ist, ist ein Teledyne Readco Conitinuous Processor, der von Teledyne Readco (York, Pennsylvania) bezogen werden kann. Diese Paddelmischer sind in einem breiten Größenspektrum erhältlich. Paddeldurchmesser für die unterschiedlich großen Mischer reichen von 5 bis 61 cm (2 bis 24 Inch), und das Verhältnis von Mischerlänge zu Durchmesser (L/D) reicht von 4 : 1 bis 14 : 1. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung liegt der maximale Paddeldurchmesser vorzugsweise zwischen 5 und 13 cm (2 Inch und 5 Inch) und das Verhältnis L/D beträgt vorzugsweise ungefähr 7 : 1. Der Paddelmischeraufbau und die Prozessbedingungen sollten so gewählt werden, dass ein homogenes Gummibasenerzeugnis entsteht.
In einer besonders nützlichen Ausführung können zwei oder mehr Paddelmischer in Reihe auf die in 16 dargestellte Weise eingesetzt werden. Der Einsatz von zwei Mischern in Reihe ermöglicht größere Flexibilität beim Zuführen von unterschiedlichen Gummibasen-Inhaltsstoffen an verschiedenen Positionen. Eine Kombination aus Elastomer, Füllmittel und Harz kann der Zufuhrtrommel 105 des ersten Mischers über Zufuhranschluss 103 kontinuierlich zugeführt werden. Diese Materialien werden in dem ersten Mischer gemischt, und anschließend kann dem ersten Mischer über Zufuhranschluss 123 zusätzliches Harz zugesetzt werden. Die zusammengeführten Inhaltsstoffe werden in dem ersten Mischer vermischt und treten an dem Austritt 155 aus dem ersten Mischer aus, woraufhin sie sofort in die Trommel 205 des zweiten Mischers (von Motor 201 angetrieben) über den Zufuhranschluss 203 eingeleitet werden. Polyvinylacetat kann der Trommel 205 ebenfalls aus Vorratsbehälter 207 über Zufuhr-Förderer 209 und Zufuhranschluss 203 kontinuierlich zugeführt werden.
Weitere Inhaltsstoffe, wie beispielsweise Wachse oder Öle, können aus Zufuhrbehältern 211 und 231 über Pumpen 213 und 233 in den zweiten Mischer eingespritzt werden. Wahlweise kann ein Teil der Inhaltsstoffe in einen stromab gelegenen Zufuhranschluss 204 eingeleitet werden. Nachdem alle Komponenten vermischt sind, tritt die Gummibase über Austritt 255 aus dem zweiten Mischer aus. Ein breites Spektrum verschiedener Zufuhr- und Mischanordnungen, bei dem zwei oder mehr Paddelmischer in Reihe verwendet werden, kann ebenfalls eingesetzt werden, um gute Dispersion von Inhaltsstoffen und ein breites Spektrum an Gummibasenerzeugnissen zu erreichen.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Paddeln kann ein breites Spektrum an Mischpaddeln, die von verschiedenen Extruder-Herstellern bezogen werden können, eingesetzt werden. Paddel, die häufig als Knetelemente bezeichnet werden, müssen Mischen in einem Extruder bewirken. Paddel können zweiseitig, dreiseitig oder mehrseitig sein.
Der Paddelmischer, der als ein Compounder bezeichnet werden kann, weist andere Eigenschaften auf als ein typischer Extruder, auch wenn dieselben Einrichtungen eingesetzt werden können. Der Unterschied zwischen einem Extruder und einem Compounder besteht im Verhältnis von Paddeln bzw. Knetelementen zu den Förderelementen. Förderelemente und Verdichtungselemente bewirken, dass in einem Extruder Druck aufgebaut wird. Paddel oder Knetelemente erzeugen nicht so viel Druck in dem Extru der, so dass stärkeres Mischen bei niedrigerem Druck stattfindet. Wenn der Extruder wenigstens 40% Knetelemente enthält, kann der Druck ungefähr ein Fünftel bis ein Zehntel des eines typischen Extruders betragen, bei dem mehr Förder- und Verdichtungselemente eingesetzt werden.
Nahezu alle Extruder können als Compounder eingesetzt werden. Compounder, die ein geringes Verhältnis L/D von 3 : 1 bis 20 : 1 haben, können jedoch im Allgemeinen nicht als Hochdruckextruder eingesetzt werden. Des Weiteren haben Compounder mit einem derartig niedrigen Verhältnis L/D eine geringere effektive Wellenlänge und machen möglicherweise mehr Paddel oder Knetelemente als Förderelemente erforderlich. Für diesen Typ Compounder sollten Mischpaddel wenigstens 50% und vorzugsweise wenigstens 60% der Welle einnehmen. Umgekehrt müssen bei einem Extruder mit einem Verhältnis L/D von 20/1 bis 40/1 lediglich 40% der Welle von Mischpaddeln oder Knetelementen eingenommen werden. Bei Extrudern mit hohen L/D-Verhältnissen von mehr als 40/1 müssen möglicherweise lediglich ungefähr 30% der Welle von Mischpaddeln oder Knetelementen eingenommen werden.
Einer der Hauptvorteile der bevorzugten Ausführung des oben offenbarten Paddelmischers besteht darin, dass die Verweilzeit erheblich länger ist als in typischen Extrudern. Viele Extruder ermöglichen eine Verweilzeit von weniger als 2 Minuten oder sogar weniger als 1 Minute. Mit dem bevorzugten Paddelmischer, wie er oben beschrieben ist, kann jedoch eine Verweilzeit von wenigstens 10 Minuten und vorzugsweise wenigstens 15–20 Minuten gewährleistet werden.
C. Flügel- Stift-Mischer
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafterweise auch unter Einsatz eines kontinuierlichen Mischers eingesetzt werden, dessen Mischschnecke hauptsächlich aus hochgenau angeordneten Mischelementen und lediglich einem geringen Anteil einfacher Förderelemente besteht. Ein gegenwärtig bevorzugter Mischer ist ein Flügel-Stift-Mischer, wie er beispielhaft in 17 dargestellt ist. Dieser Mischer kann zur Herstellung nicht nur von Gummibase, sondern einer vollständigen Kaugummizusammensetzung eingesetzt werden. Bei einem Flügel-Stift-Mischer wird eine Kombination aus selektiv geformten, sich drehenden Mischerflügeln und stationären Trommelstiften ein gesetzt, um wirkungsvolles Mischen über eine relativ kurze Strecke zu gewährleisten. Ein auf dem Markt erhältlicher Flügel-Stift-Mischer ist der Buss-Kneter, der von Bus AG (Schweiz) hergestellt wird und von Buss America (Bloomingdale, Illinois) bezogen werden kann.
Ein gegenwärtig bevorzugter Flügel-Stift-Mischer 100 enthält, wie in 17 zu sehen ist, eine einzelne Mischschnecke 120, die sich im Inneren einer Trommel 140 dreht, die in Funktion im Allgemeinen geschlossen ist und die Mischschnecke 120 vollständig umgibt. Die Mischschnecke 120 enthält eine im Allgemeinen zylindrische Welle 122 sowie drei Reihen Mischflügel, die an gleichmäßig beabstandeten Positionen um die Schraubenwellen 122 herum angeordnet sind (wobei in 17 lediglich zwei der Reihen sichtbar sind). Die Mischflügel 124 stehen von der Welle 122 radial nach außen vor, wobei jeder von ihnen der Schneide einer Axt ähnelt.
Die Mischtrommel 140 enthält ein inneres Trommelgehäuse 142, das im Allgemeinen zylindrisch ist, wenn die Trommel 140 im Betrieb des Mischers 100 um die Schnecke 120 geschlossen ist. Drei Reihen stationärer Stifte 144 sind an gleichmäßig beabstandeten Positionen um die Schneckenwelle 142 herum angeordnet und stehen von dem Trommelgehäuse 142 radial nach innen vor. Die Stifte 144 sind allgemein zylindrisch geformt und können abgerundete oder abgeschrägte Enden 146 haben.
Die Mischschnecke 120 mit den Flügeln 124 dreht sich im Inneren der Trommel 140 und wird von einem Motor mit veränderlicher Drehzahl (nicht dargestellt) angetrieben. Während der Drehung bewegt sich die Mischschnecke 120 auch in einer axialen Richtung hin und her, so dass eine Kombination aus drehendem und axialem Mischen erzeugt wird, die sehr wirkungsvoll ist. Beim Mischen treten die Mischflügel 124 kontinuierlich zwischen den stationären Stiften 144 hindurch, jedoch berühren die Flügel und die Stifte einander nie. Des Weiteren berühren die radialen Kanten 126 der Flügel 127 nie die Trommel-Innenfläche 142, und die Enden 146 der Stifte 144 berühren nie die Mischschnecken-Welle 122.
18-22 zeigen verschiedene Schneckenelemente, die eingesetzt werden können, um die Mischschnecke 120 für optimale Funktion auszulegen. 18a und 18b zeigen auf der Schnecke befindliche Elemente 60 und 61, die im Zusammenhang mit einer Dros selringanordnung eingesetzt werden. Die auf der Schnecke befindlichen Elemente 60 und 61 enthalten jeweils eine zylindrische Außenfläche 62, eine Vielzahl von Flügeln 64, die von der Fläche 62 nach außen vorstehen, und eine innere Öffnung 66 mit einer Keilnut 68, die eine Mischschnecken-Welle (nicht dargestellt) aufnimmt und mit ihr in Eingriff kommt. Das zweite auf der Schnecke befindliche Element 160 ist ungefähr doppelt so lang wie das erste auf der Schnecke befindliche Element 60.
18c stellt eine Drosselringanordnung 70 dar, die eingesetzt wird, um Gegendruck an ausgewählten Positionen entlang der Mischschnecke 120 zu erzeugen. Die Drosselringanordnung 70 enthält zwei Hälften 77 und 79, die an dem Trommelgehäuse 142 angebracht sind, wobei die Hälften in Funktion miteinander in Eingriff sind und einen geschlossenen Ring bilden. Die Drosselringanordnung 70 enthält eine kreisförmige äußere Fassung 72, einen inneren Ring 74, der, wie dargestellt, angewinkelt ist, sowie eine Öffnung in dem inneren Ring, die die auf der Schnecke befindlichen Elemente 60 und 61 aufnimmt, die an der Schneckenwelle angebracht sind, sie jedoch nicht berührt. Anbringungsöffnungen 75 in der Fläche 72 beider Hälften des Drosselrings 70 dienen dazu, die Hälften an dem Trommelgehäuse 142 anzubringen.
19 stellt die Beziehung zwischen der Drosselringbaugruppe 70 und den auf der Schnecke befindlichen Elementen 60 und 61 in Funktion dar. Wenn sich die Mischschnecke 120 im Inneren der Trommel 140 dreht und sich axial hin und her bewegt, bilden die Zwischenräume zwischen den auf der Schnecke befindlichen Elementen 60 und 61 und dem inneren Ring 70 die Haupteinrichtung zum Hindurchtreten von Material von einer Seite der Drosselringanordnung 70 zur anderen. Das auf der Schnecke befindliche Element 60 an der stromaufliegenden Seite der Drosselringanordnung enthält einen modifizierten Flügel 77, der Abstand zu dem inneren Ring 74 ermöglicht. Das andere auf der Schnecke befindliche Element 61 ist im Allgemeinen stromab von der Drosselringbaugruppe 70 angeordnet und weist einen Endflügel (nicht sichtbar) auf, der sich nahe an der gegenüberliegenden Fläche des anderen Rings 74 bewegt und sie überstreicht.
Die Zwischenräume zwischen den äußeren Flächen 62 der auf der Schnecke befindlichen Elemente 60 und 61 und dem inneren Ring 74 der Drosselringbaugruppe 70, die variieren können und vorzugsweise in der Größenordnung von 1–5 mm liegen, bestimmen in großem Maße, zu welchem Druckanstieg es in dem stromaufliegenden Bereich der Drosselringbaugruppe 70 während der Funktion des Mischers 100 kommt. Es ist anzumerken, dass das stromaufgelegene auf der Schnecke befindliche Element 60 ein Verhältnis L/D von ungefähr 1/3 hat und das stromabliegende auf der Schnecke befindliche Element 61 ein Verhältnis L/D von ungefähr 2/3 hat, wodurch sich ein Gesamtverhältnis L/D von ungefähr 1,0 für die auf der Schnecke befindlichen Elemente ergibt. Die Drosselringbaugruppe 70 weist ein kleineres Verhältnis L/D von ungefähr 0,45 auf, das mit dem Verhältnis L/D der auf der Schnecke befindlichen Elemente 60 und 61 zusammenfällt, die miteinander in Eingriff sind, die Drosselringanordnung jedoch nicht berühren.
20 und 21 stellen die Misch- bzw. "Knet"-Elemente dar, die den Großteil der Mischarbeit verrichten. Der Hauptunterschied zwischen dem Mischelement 80 in 20 mit schwacher Scherung und dem Mischelement 78 in 21 mit stärkerer Scherung besteht in der Größe der Mischflügel, die an den Mischelementen nach außen vorstehen. In 21 sind die Mischflügel 83 mit stärkerer Scherung, die von der Fläche 81 nach außen vorstehen, größer und dicker als die Mischflügel 84 mit schwächerer Scherung, die von der Fläche 82 in 20 nach außen vorstehen. Für jedes der Mischelemente 80 und 78 sind die Mischflügel in drei in Umfangsrichtung beabstandeten Reihen angeordnet, wie dies oben unter Bezugnahme auf 17 erläutert wurde. Der Einsatz dickerer Mischflügel 83 in 21 bedeutet, dass geringerer axialer Abstand zwischen den Flügeln und auch geringerer Zwischenraum zwischen den Flügeln 83 und den stationären Stiften 144 vorhanden ist, wenn sich die Schnecke 120 dreht und sich axial hin und her bewegt (17). Diese Verringerung des Zwischenraumes bewirkt zwangsläufig stärkere Scherung in der Nähe der Mischelemente 78. 22 zeigt einen einzelnen stationären Stift 144 von der Trommel 140 gelöst. Der Stift 144 enthält einen mit Gewinde versehenen Fuß 145, der Anbringung an ausgewählten Positionen entlang der Welle 142 der inneren Trommel ermöglicht. Es ist auch möglich, einige der Stifte 144 als Flüssigkeitseinspritz-Anschlüsse auszuführen, indem sie mit hohlen Mittelöffnungen versehen werden.
23 ist eine schematische Ansicht, die den gegenwärtig bevorzugten Trommelaufbau einschließlich der gegenwärtig bevorzugten Anordnung von Trommelstiften 144 zeigt. 24 ist eine entsprechende schematische Ansicht, die den gegenwärtig bevorzugten Mischschneckenaufbau zeigt. Der Mischer 200, dessen bevorzugter Aufbau in 23 und 24 dargestellt ist, weist ein aktives Gesamt-Misch-Verhältnis L/D von ungefähr 19 auf.
Der Mischer 200 enthält eine Anfangs-Zufuhrzone 210 und fünf Mischzonen 220, 230, 240, 250 und 260. Die Zonen 210, 230, 240, 250 und 260 enthalten fünf mögliche große Zufuhranschlüsse 212, 232, 242, 252 bzw. 262, die genutzt werden können, um dem Mischer 200 Hauptinhaltsstoffe (beispielsweise Feststoffe) zuzusetzen. Die Zonen 240 und 260 sind des Weiteren mit fünf kleineren Flüssigkeitseinspritz-Anschlüssen 241, 243, 261, 263 und 264 versehen, die genutzt werden, um flüssige Inhaltsstoffe zuzusetzen. Die Flüssigkeitseinspritz-Anschlüsse 241, 243, 261, 263 und 264 enthalten spezielle Trommelstifte 144, die, wie oben erläutert, mit hohlen Mitten versehen sind.
Trommelstifte 144 sind, wie in 23 zu sehen ist, vorzugsweise an den meisten oder allen der verfügbaren Positionen in allen drei Reihen vorhanden, wie dies dargestellt ist.
In 24 ist der gegenwärtig bevorzugte Aufbau der Mischschnecke 120 für die meisten Kaugummierzeugnisse schematisch wie im Folgenden beschrieben dargestellt. Zone 210, die die Anfangs-Zufuhrzone ist, ist mit Elementen mit schwacher Scherung mit einem Verhältnis L/D von ungefähr 1-1/3, wie beispielsweise dem in 4 dargestellten Element 40, versehen. Das Verhältnis L/D der Anfangs-Zufuhrzone 210 zählt, wie oben erwähnt, nicht als Teil des aktiven Gesamt-Misch-Verhältnisses L/D von 19, dessen Zweck lediglich darin besteht, Inhaltsstoffe in die Mischzone zu befördern.
Die erste Mischzone 220 ist von links nach rechts (24) mit zwei Mischelementen 80 (20) mit schwacher Scherung ausgeführt, auf die zwei Scherelemente 78 (21) mit starker Scherung folgen. Die zwei Mischelemente mit schwacher Scherung tragen mit einem Verhältnis L/D von 1-1/3 zum Mischen bei, und die zwei Scherelemente mit starker Scherung tragen mit einem Verhältnis L/D von 1-1/3 zum Mischen bei. Die Zone 220 weist einschließlich des Endteils, der von einer Drosselringbaugruppe 70 mit einer Abmessung von 57 mm mit damit zusammenwirkenden, auf der Schnecken befindlichen Elementen 60 und 61 (in 24 nicht separat gekennzeichnet) eingenommen wird, ein Gesamt-Misch-Verhältnis L/D von ungefähr 3,0 auf.
Die Drosselringbaugruppe 70 mit den damit zusammenwirkenden, auf der Schnecke befindlichen Elementen 60 und 61, die das Ende der ersten Mischzone 220 und den Beginn der zweiten Mischzone 230 überbrückt, weist ein kombiniertes Verhältnis L/D von ungefähr 1,0 auf, wobei sich ein Teil davon in der zweiten Mischzone 230 befindet. Zone 230 ist von links nach rechts mit drei Mischelementen 80 mit schwacher Scherung sowie 1,5 Mischelementen 78 mit starker Scherung ausgeführt. Die drei Mischelemente mit schwacher Scherung tragen mit einem Verhältnis L/D von 2,0 zum Mischen bei, und die 1,5 Mischelemente mit starker Scherung tragen mit einem Verhältnis L/D von ungefähr 1,0 zum Mischen bei. Die Zone 230 hat ein Gesamt-Misch-Verhältnis L/D von ungefähr 4,0.
Das Ende der zweiten Mischzone 230 und der Anfang der dritten Mischzone 240 werden von einer Drosselringanordnung 70 mit einer Abmessung von 60 mm mit damit zusammenwirkenden, auf der Schnecke befindlichen Elementen 60 und 61, die ein Verhältnis L/D von ungefähr 1,0 haben, überbrückt. Zone 240 ist von links nach rechts mit 4,5 Mischelementen 78 mit starker Scherung ausgeführt, die ein Gesamt-Misch-Verhältnis L/D von ungefähr 3,0 beisteuern. Zone 240 hat ebenfalls ein Gesamt-Misch-Verhältnis L/D von ungefähr 4,0.
Das Ende der dritten Mischzone 240 und der Anfang der vierten Mischzone 350 werden von einer weiteren Drosselringanordnung 70 mit einer Abmessung von 60 mm mit damit zusammenwirkenden, auf der Schnecke befindlichen Elementen mit einem Verhältnis L/D von ungefähr 1,0 überbrückt. Der Rest der vierten Mischzone 250 und die fünfte Mischzone 260 sind mit elf Mischelementen 80 mit schwacher Scherung ausgeführt, die ein Misch-Verhältnis L/D von ungefähr 7 1/3 beisteuern. Zone 250 hat ein Gesamt-Misch-Verhältnis L/D von ungefähr 4,0, und Zone 260 hat ein Gesamt-Misch-Verhältnis L/D von ungefähr 4,0.
Beispiele 1–5
Für die Beispiele 1–5 wurde ein Zwei-Mischer-Anordnung eingesetzt. Bei einigen der Beispiele wird dem ersten kontinuierlichen Mischer Polyvinylacetat zugesetzt, und flüchtige Substanzen wurden abgelassen, wenn die Masse aus dem ersten Mischer dem zweiten kontinuierlichen Mischer zugesetzt wird. Dies ermöglicht es jeglichen Essigsäu redämpfen, die in dem ersten Mischer erzeugt werden, auszutreten. Bei anderen Beispielen wird Polyvinylacetat dem ersten Zufuhranschluss des zweiten kontinuierlichen Mischers zugesetzt. Ein offener Zufuhranschluss stromab wirkt als eine Entlüftungsöffnung in dem zweiten Mischer zum Ablassen von flüchtigem Polyvinylacetat-Bestandteilen.
Beispiel 1

Dieses Beispiel wurde unter Verwendung einer Zwei-Mischer-Anordnung durchgeführt. Ein kontinuierlicher Mischer von Teledyne Readco mit einer Abmessung von 2 Inch war wie in Tabelle 2 beschrieben ausgeführt. Ein kontinuierlicher Mischer von Teledyne Readco mit einer Abmessung von 13 cm (5 Inch) war wie in Tabelle 1 beschrieben ausgeführt, wobei jedoch an Position 19 ein Rückwärts-Spiralpaddel angeordnet wurde. Die Zufuhranschlüsse wurden wie folgt angeordnet.

Zufuhranschluss Nr. 1	über Längspositionen 1–4 an Mischer mit Abmessung von 5 cm (2 Inch)
Zufuhranschluss Nr. 2	über Längspositionen 1–4 an Mischer mit Abmessung von 13 cm (5 Inch)
Zufuhranschluss Nr. 3	über Längspositionen 20–23 an Mischer mit Abmessung von 13 cm (5 Inch).

Tabelle 2: Mischeraufbau (pro Welle) für Teledyne Readco-Mischer mit Abmessung von 5 cm (2 Inch)
Unter Verwendung der vorstehenden Mischeranordnung wurde eine Kaugummibase wie folgt hergestellt.
Ein Gemisch aus gemahlenem Isobutylen-Isopren-Copolymer (Teilchengröße 2–7 mm), Calciumcarbonat (Teilchengröße < 12 μm (Mikrometer)) und Terpenharz in einem Verhältnis von 8 : 21 : 17 wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,174 kg/min (0,383 Pfund/min) an dem ersten Zufuhreinlass zugeführt. In dem zweiten Zufuhreinlass wurde eine Pulvermischung aus Polyvinylacetat, Glycerinmonostearat und gehärtetem Sojabohnen- und Pflanzenöl mit einem Verhältnis von 24 : 5 : 13 mit einer Geschwindigkeit von 0,16 kg/min (0,35 Pfund/min) zugeführt. In dem dritten Zufuhranschluss wurden 6 Teile Polyisobutylen mit 130°C mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 0,02 kg/min (0,05 Pfund/min) und 6 Teile eines 50/50-Gemisches aus hydriertem Baumwollsamen öl/Lecithin mit 70°C mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 0,02 kg/min (0,05 Pfund/min) zugegeben.
Insgesamt betrug die Herstellungsgeschwindigkeit für die Gummibase 23 kg pro Stunde (50 Pfund pro Stunde). Die Gummibase wurde unter Verwendung der folgenden Verfahrensbedingungen hergestellt:
Ungefähr 18 kg (40 Pfund) Gummibasenprodukt wurde unter diesen Bedingungen hergestellt. Die Gummibase wies eine normale Farbe, eine glatte Textur und eine homogene Konsistenz auf, mit Ausnahme eines gelegentlichen isolierten nicht dispergierten Teilchens.
Beispiel 2
Dieses Beispiel wurde unter Verwendung einer Zwei-Mischer-Anordnung mit zwei Compoundern vom Typ Teledyne Readco Continuous Mixer mit einer Abmessung von 13 cm (5 Inch) durchgeführt. Der erste Compounder war wie in Tabelle 3 ausgeführt. Der zweite Compounder war wie in der weiter oben zu findenden Tabelle 1 ausgeführt. Diese Ausführung ist auch in 13 dargestellt.

Die Zufuhranschlüsse waren wie folgt angeordnet:

Zufuhranschluss Nr. 1	über Längspositionen 1–4 an erstem Mischer mit Abmessung von 13 cm (5 Inch)
Zufuhranschluss Nr. 2	über Längspositionen 1–4 an zweitem Mischer mit Abmessung von 13 cm (5 Inch)
Zufuhranschluss Nr. 3	über Längspositionen 20–23 an zweitem Mischer mit Abmessung von 13 cm (5 Inch).

Tabelle 3: Mischeraufbau (pro Welle) für Teledyne Readco-Mischer mit Abmessung von 5 Inch
Unter Verwendung der vorstehenden Mischeranordnung wurde eine Kaugummibase wie folgt hergestellt:
Ein Gemisch aus gemahlenem Isobutylen-Isopropen-Copolymer (Teilchengröße 2–7 mm), Calciumcarbonat (Teilchengröße < 12 μm (Mikrometer)), Terpenharz und pulverförmigem Farbstoff in einem Verhältnis von 11 : 18 : 17 : 1 wurde mit einer Geschwindig keit von 0,651 kg/min (1,435 Pfund/min) in den ersten Zufuhreinlass zugeführt. In den zweiten Zufuhreinlass wurde eine Pulvermischung aus Polyvinylacetat, Glycerinmonostearat und hydriertem Sojabohnen- und Pflanzenöl in einem Verhältnis von 24 : 5 : 12 mit einer Geschwindigkeit von 0,573 kg/min (1,264 Pfund/min) zugeführt. In den dritten Zufuhranschluss wurden 6 Teile Polyisobutylen mit 95°C mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 0,082 kg/min (0,181 Pfund/min) und 6 Teile eines 50/50-Gemisches aus hydriertem Baumwollsamenöl/Lecithin mit 80°C mit einer Zufuhrgeschwindigkeit von 0,092 kg/min (0,203 Pfund/min) zugegeben.
Insgesamt betrug die Herstellungsgeschwindigkeit für die Gummibase ungefähr 84 kg pro Stunde (185 Pfund pro Stunde). Die Gummibase wurde unter Einsatz der folgenden Verfahrensbedingungen hergestellt:
Es wurden ungefähr 91 kg (200 Pfund) Gummibasenprodukt hergestellt. Die Gummibase wies eine normale Farbe, keine Klumpen, kein nicht eingearbeitetes Öl auf, wies aber einen verbrannten Geschmack und Geruch auf.
Beispiel 3
Dieses Beispiel wurde unter Verwendung einer Zwei-Mischer-Anordnung mit zwei Compoundern vom Typ Teledyne Readco Continuous Mixer mit einer Abmessung von 13 cm (5 Inch) durchgeführt. Beide Compounder waren mit dem gleichen Paddelaufbau wie der in Tabelle 1 dargestellten ausgeführt.

Vier Zufuhranschlüsse waren wie folgt angeordnet:

Zufuhranschluss Nr. 1	über Längspositionen 1–4 an erstem Mischer mit Abmessung von 13 cm (5 Inch)
Zufuhranschluss Nr. 2	über Längspositionen 20–23 an erstem Mischer mit Abmessung von 13 cm (5 Inch)
Zufuhranschluss Nr. 3	über Längspositionen 1–4 an zweitem Mischer mit Abmessung von 13 cm (5 Inch)
Zufuhranschluss Nr. 4	über Längspositionen 20–23 an zweitem Mischer mit Abmessung von 13 cm (5 Inch).

Unter Verwendung der vorstehenden Mischeranordnung wurde eine Kaugummibase wie folgt hergestellt:
Ein Gemisch aus gemahlenem Isobutylen-Isopren-Copolymer (Teilchengröße 2–7 mm), Calciumcarbonat (Teilchengröße < 12 μm (Mikrometer)) und Polyvinylacetat in einem Verhältnis von 13 : 10 : 7 wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,34 kg/min (0,75 Pfund/min) in den ersten Zufuhreinlass zugeführt. In den zweiten Zufuhreinlass wurden 15 Teile Polyvinylacetat mit 0,170 kg/min (0,375 Pfund/min) zugegeben. In den dritten Zufuhranschluss wurden hydriertes Pflanzenöl, hydriertes Sojabohnenöl und Glycerinmonostearat in einem Verhältnis von 13 : 13 : 3 mit einer Geschwindigkeit von 0,329 kg/min (0,725 Pfund/min) zugegeben. In den vierten Zufuhranschluss wurden 10 Teile teilweise hydriertes Pflanzenöl mit 0,11 kg/min (0,25 Pfund/min) und 16 Teile Polyisobutylen mit 130°C mit einer Geschwindigkeit von 0,18 kg/min (0,40 Pfund/min) zugegeben.
Insgesamt betrug die Herstellungsgeschwindigkeit für die Gummibase 68 kg pro Stunde (150 Pfund pro Stunde). Die Gummibase wurde unter Einsatz der folgenden Verfahrensbedingungen hergestellt:
Es wurden ungefähr 181,4 kg (400 Pfund) Gummibasenprodukt hergestellt. Die Gummibase wies eine normale Farbe, keine Klumpen, kein nicht eingearbeitetes Öl und einen reinen Geschmack und Geruch auf.
Beispiel 4
Dieses Beispiel wurde unter Verwendung der gleichen Anlagen, Mischeranordnung, Zufuhranschlüsse und des gleichen Schneckenaufbaus wie in Beispiel 3 hergestellt, mit der Ausnahme, dass Zufuhranschluss Nr. 2 gesperrt war. Die Gummibase wurde wie folgt hergestellt: Ein Gemisch aus gemahlenem Isobutylen-Isopren-Copolymer (Teilchengröße 2–7 mm), Calciumcarbonat (Teilchengröße < 12 μm (Mikrometer)), Terpenharz und Polyvinylacetat in einem Verhältnis von 11 : 18 : 17 : 6 wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,59 kg/h (1,30 Pfund/min) in den Zufuhreinlass zugeführt. In den dritten Zufuhreinlass wurde eine Pulvermischung aus Polyvinylacetat, Glycerinmonostearat, hydriertem Sojabohnenöl und Pflanzenöl und pulverförmigem Farbstoff in einem Verhältnis von 18 : 5 : 12 : 1 mit einer Geschwindigkeit von 0,41 kg/h (0,90 Pfund/min) zugeführt. In den vierten Zufuhreinlass wurden 6 Teile Polyisobutylen mit 130°C mit einer Geschwindigkeit von 0,07 kg/min (0,15 Pfund/min) zugegeben und 6 Teile einer 50/50-Mischung aus Lecithin und hydriertem Baumwollsamenöl mit 90°C wurden mit einer Geschwindigkeit von 0,07 kg/min (0,15 Pfund/min) zugegeben.
Insgesamt betrug die Herstellungsgeschwindigkeit für die Gummibase 68 kg pro Stunde (150 Pfund pro Stunde). Die Gummibase wurde unter Einsatz der folgenden Verfahrensbedingungen hergestellt.
Es wurden ungefähr 181 kg (400 Pfund) Gummibasenprodukt hergestellt. Die Gummibase wies eine normale Farbe, keine Klumpen, kein nicht eingearbeitetes Öl und einen reinen Geschmack und Geruch auf.
Beispiel 5
Dieses Beispiel wurde unter Verwendung einer Zwei-Mischer-Anordnung mit zwei Compoundern vom Typ Teledyne Readco Continuous Mixer mit einer Abmessung von 13 cm (5 Inch) ausgeführt. Beide Compounder waren entsprechend der folgenden Tabelle 4 aufgebaut. Die Zufuhranschlüsse waren die gleichen wie bei Beispiel 4, wobei jedoch Zufuhranschluss Nr. 2 gesperrt war.
Tabelle 4: Mischeraufbau (pro Welle)
Unter Verwendung der vorstehenden Mischeranordnung wurde eine Kaugummibase wie folgt hergestellt.
Ein Gemisch aus gemahlenem Isobutylen-Isopren-Copolymer (Teilchengröße 2–7 mm) und Calciumcarbonat, Terpenharzen und Polyvinylacetat in einem Verhältnis von 11 : 18 : 17 : 1 wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,533 kg/min (1,175 Pfund/min) zu Zufuhreinlass Nr. 1 zugegeben. Zu Zufuhreinlass Nr. 3 wurde eine Pulvermischung aus Polyvinylacetat, Glycerinmonostearat, hydrierten Sojabohnen- und Pflanzenölen und pulverförmigem Farbstoff in einem Verhältnis von 23 : 5 : 12 : 1 mit einer Geschwindigkeit von 0,465 kg/min (1,025 Pfund/min) zugeführt. Zu Zufuhreinlass Nr. 4 wurden 6 Teile Polyisobutylen mit 130°C mit einer Geschwindigkeit von 0,07 kg/min (0,15 Pfund/min) und 6 Teile einer 50/50-Mischung aus Lecithin und hydriertem Baumwollsamenöl mit 90°C mit einer Geschwindigkeit von 0,07 kg/min (0,15 Pfund/min) zugegeben.
Insgesamt betrug die Herstellungsgeschwindigkeit für die Gummibase 68 kg pro Stunde (150 Pfund pro Stunde). Die Gummibase wurde unter Verwendung der folgenden Verfahrensbedingungen hergestellt:
Es wurden ungefähr 159 kg (350 Pfund) Gummibase hergestellt. Die Gummibase wies eine normale Farbe, keine Klumpen, kein nicht eingearbeitetes Öl und einen reinen Geschmack und Geruch auf.
Beispiele 6–12 – Kontinuierliche Kaugummiherstellung
In den Beispielen 6–12 wird die Kaugummibase in einem Flügel-Stift-Mischer hergestellt, welcher dann auch dazu verwendet wird, die Herstellung der Kaugummizusammensetzung zu vervollständigen. Um die gesamte Kaugummiherstellung unter Verwendung des bevorzugten Flügel-Stift-Mischers 200 (17) auszuführen, ist es von Vorteil, die U/min der Mischschnecke 120 bei weniger als 150, vorzugsweise weniger als 100 zu halten. Außerdem wird die Mischertemperatur vorzugsweise so optimiert, dass die Gummibase 54°C (130°F) oder weniger aufweist, wenn sie anfänglich auf die anderen Kaugummi-Inhaltsstoffe trifft, und das Kaugummiprodukt 54°C (130°F) oder weniger, vorzugsweise 52°C (125°F) oder weniger aufweist, wenn es den Mischer verlässt. Diese Temperaturoptimierung kann zum Teil durch selektives Heizen und/oder Wasserkühlen der Trommelabschnitte erreicht werden, welche die Mischzonen 220, 230, 240, 250 und 260 (23) umgeben.
Um die Gummibase herzustellen, kann die folgende bevorzugte Arbeitsweise befolgt werden. Das Elastomer, das Füllmittel und mindestens ein Teil des Elastomerlösungsmittels werden zu dem ersten großen Zufuhranschluss 212 in der Zufuhrzone 210 des Mischers 200 zugegeben und einem stark dispergierenden Mischen in der ersten Mischzone 220 ausgesetzt, während sie in Richtung des Pfeils 122 transportiert werden. Das verbleibende Elastomerlösungsmittel (sofern vorhanden) und Polyvinylacetat werden zu dem zweiten großen Zufuhranschluss 232 in der zweiten Mischzone 230 zugegeben und die Inhaltsstoffe werden einem stärker verteilenden Mischen in dem Rest der Mischzone 230 ausgesetzt.
Fette, Öle und Wachse (sofern diese verwendet werden), Emulgatoren und gegebenenfalls Farbstoffe und Antioxidationsmittel werden zu den Flüssigkeitseinspritz-Anschlüssen 241 und 243 in der dritten Mischzone 240 zugegeben und die Inhaltsstoffe werden einem verteilenden Mischen in der Mischzone 240 unterzogen, während sie in Richtung des Pfeils 122 transportiert werden. An diesem Punkt sollte die Gummibasenherstellung vollständig sein und die Gummibase sollte die dritte Mischzone 240 als eine im Wesentlichen homogene, klumpenfreie Verbindung mit einer einheitlichen Farbe verlassen.
Die vierte Mischzone 250 wird hauptsächlich dazu verwendet, die Gummibase zu kühlen, wenngleich eine geringfügige Zugabe von Inhaltsstoffen erfolgen kann. Anschließend können zum Herstellen des fertigen Kaugummiproduktes Glycerin, Maisstärkesirup, andere zuckerhaltige Füllstoff-Süßungsmittel, Süßungsmittel mit hoher Süßkraft und Aromastoffe zu der fünften Mischzone 260 zugegeben werden und die Inhaltsstoffe werden einem verteilenden Mischen unterzogen. Wenn das Gummiprodukt zuckerfrei sein soll, kann hydriertes Stärkehydrolysat oder Sorbitollösung den Maisstärkesirup ersetzen und pulverförmige Alditole können die Zucker ersetzen.
Vorzugsweise wird Glycerin zu dem ersten Flüssigkeitseinspritz-Anschluss 261 in der fünften Mischzone 260 zugegeben. Feste Inhaltsstoffe (Füllstoff-Süßungsmittel, eingekapselte Süßungsmittel mit hoher Süßkraft usw.) werden zu dem großen Zufuhranschluss 262 zugegeben. Sirupe (Maisstärkesirup, hydriertes Stärkehydrolysat, Sorbitollösung usw.) werden zu dem nächsten Flüssigkeitseinspritz-Anschluss 263 zugegeben und Aromastoffe werden zu dem letzten Flüssigkeitseinspritz-Anschluss 264 zugege ben. Aromastoffe können alternativ an den Anschlüssen 261 und 263 zugegeben werden, um dazu beizutragen, die Gummibase zu plastifizieren, wodurch die Temperatur und das Drehmoment an der Schnecke verringert werden. Dies kann den Betrieb des Mischers bei höheren U/min und höherem Durchsatz ermöglichen.
Die Gummi-Inhaltsstoffe werden zu einer homogenen Masse vermischt, welche als kontinuierlicher Strom oder "Strang" aus dem Mischer ausgetragen wird. Der kontinuierliche Strom oder Strang kann auf einen sich bewegenden Förderer abgelegt werden und zu einer Formgebungsstation transportiert werden, wo der Gummi in die gewünschte Form gebracht wird, z. B. durch Verpressen zu Platten, Ritzen und Schneiden zu Stangen. Da das gesamte Gummiherstellungsverfahren in einen einzigen kontinuierlich arbeitenden Mischer integriert ist, gibt weniger Schwankungen in dem Produkt und das Produkt ist aufgrund seiner vereinfachten mechanischen und thermischen Vorgeschichte reiner und stabiler.
Die folgenden Beispiele 6–12 wurden unter Verwendung eines Buss-Kneters mit einem Durchmesser der Mischerschnecke von 100 mm durchgeführt, welcher in der vorstehend beschriebenen bevorzugten Weise angeordnet war (sofern nichts anderes angegeben ist), mit fünf Mischzonen, einem Gesamt-Misch-Verhältnis L/D von 19 und einem Anfangs-Förder-Verhältnis L/D von 1-1/3. Es wurde keine Düse am Ende des Mischers verwendet, sofern nichts anderes angegeben ist, und das Produktgemisch trat als kontinuierlicher Strang aus. Jedes Beispiel wurde mit solchen Zufuhrgeschwindigkeiten durchgeführt, dass ein Kaugummiprodukt mit einer Geschwindigkeit von 136 kg (300 Pfund) pro Stunde erhalten wurde.
Flüssige Inhaltsstoffe wurden unter Verwendung von volumetrischen Pumpen in die großen Zufuhranschlüsse und/oder kleineren Flüssigkeitseinspritz-Anschlüsse zugeführt, die allgemein wie vorstehend beschrieben angeordnet waren, sofern nichts anderes angegeben ist. Die Pumpen hatten eine zweckmäßige Größe und waren zweckmäßig so eingestellt, dass die gewünschten Zufuhrgeschwindigkeiten erzielt wurden.
Trockene Inhaltsstoffe wurden unter Verwendung von gravimetrischen Schneckenförderern in die großen Zugabeanschlüsse zugegeben, die wie vorstehend beschrieben angeordnet waren. Wiederum wiesen die Förderer zweckmäßige Größen auf und waren zweckmäßig so eingestellt, dass die gewünschten Zufuhrgeschwindigkeiten erzielt wurden.
In den Beispielen 6–12 wies die vierte Mischzone 250 einen großen Zufuhranschluss 252 auf, welcher offen gelassen wurde. Dies ermöglichte, dass flüchtige Bestandteile von Basenzersetzungsprodukten und der Zersetzung von Polyvinylacetat abgelassen werden konnten.
Die Temperaturregelung erfolgte über zirkulierende Flüssigkeiten durch Mäntel, die jede Mischtrommelzone umgaben, sowie im Inneren der Mischschnecke. Eine Wasserkühlung wurde eingesetzt, wenn die Temperaturen 93°C (200°C) nicht überschritten, und eine Ölkühlung wurde bei höheren Temperaturen eingesetzt. Wenn eine Wasserkühlung gewünscht wurde, wurde Leitungswasser (in der Regel mit ungefähr 14°C (57°F)) ohne weitere Abkühlung verwendet. Die Temperaturen wurden sowohl für die Flüssigkeit als auch für das Gemisch der Inhaltsstoffe aufgezeichnet. Die Flüssigkeitstemperaturen wurden für jede Trommelmischzone (entsprechend den Zonen 220, 230, 240, 250 und 260 in den 23 und 24) eingestellt und sind nachstehend als Z1, Z2, Z3, Z4 bzw. Z5 angegeben. Flüssigkeitstemperaturen wurden auch für die Mischschnecke 120 eingestellt und sind nachstehend als S1 angegeben.
Die tatsächlichen Gemischtemperaturen wurden in der Nähe des stromabwärts gelegenen Endes der Mischzonen 220, 230, 240 und 250; in der Nähe der Mitte der Mischzone 260; und in der Nähe des Endes der Mischzone 260 aufgezeichnet. Diese Gemischtemperaturen sind nachstehend als T1, T2, T3, T4, T5 bzw. T6 angegeben. Die tatsächlichen Gemischtemperaturen werden durch die Temperaturen der zirkulierenden Flüssigkeit, die Wärmeaustauscheigenschaften des Gemisches und der umgebenden Trommel und das mechanische Erwärmen durch den Mischvorgang beeinflusst und weichen häufig von den eingestellten Temperaturen aufgrund weiterer Faktoren ab.
Alle Inhaltsstoffe wurden bei Umgebungstemperatur (ungefähr 25°C (ungefähr 77°F)) zu dem kontinuierlich arbeitenden Mischer zugegeben, sofern nichts anderes angegeben ist.
Beispiel 6
Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines nicht-klebrigen zuckerhaltigen Kaugummis mit Spearmintaroma. Ein Gemisch aus 24,2% Terpenharz, 29,7% eingestäubtem gemahlenem Butylkautschuk (75% Kautschuk mit 25% fein gemahlenem Calciumcarbonat als Antiblockierhilfsmittel) und 46,1% fein gemahlenem Calciumcarbonat wurde mit 11 kg/h (25 Pfund/h) in den ersten großen Zufuhranschluss (Anschluss 212 in den 23 und 24) zugeführt. Polyisobutylen mit niedrigem Molekulargewicht (Molekulargewicht = 12000), das auf 100°C vorgewärmt war, wurde ebenfalls mit 2,9 kg/h (6,3 Pfund/h) in diesen Anschluss zugegeben.
Gemahlenes Polyvinylacetat mit niedrigem Molekulargewicht wurde mit 6 kg/h (13,3 Pfund/h) in den zweiten großen Zufuhranschluss (Anschluss 232 in den 23 und 24) zugegeben. Der Zufuhranschluss 252 wurde gegenüber der Atmosphäre offen gelassen, um das Ablassen bzw. Entlüften von flüchtigen Bestandteilen zu ermöglichen.
Ein auf 83°C vorgewärmtes Fettgemisch wurde in die Flüssigkeitseinspritz-Anschlüsse in der dritten Mischzone (Anschlüsse 241 und 243 in 23) mit einer Gesamtgeschwindigkeit von 8,3 kg/h (18,4 Pfund/h) eingespritzt, wobei 50% des Gemisches durch jeden Anschluss zugeführt wurden. Das Fettgemisch umfasste 30,4% hydriertes Sojabohnenöl, 35,4% hydriertes Baumwollsamenöl, 13,6% teilweise hydriertes Sojabohnenöl, 18,6% Glycerinmonostearat, 1,7% Kakaopulver und 0,2% BHT.
Glycerin wurde in den ersten Flüssigkeitseinspritz-Anschluss in der fünften Mischzone (Anschluss 261 in 23) mit 1,8 kg/h (3,9 Pfund/h) eingespritzt. Ein Gemisch aus 1,1% Sorbitol und 98,9% Zucker wurde in den großen Zufuhranschluss in der fünften Mischzone (Anschluss 262 in 23) mit 84,2 kg/h (185,7 Pfund/h) zugegeben. Maisstärkesirup, der auf 44°C vorgewärmt war, wurde in den zweiten Flüssigkeitseinspritz-Anschluss in der fünften Mischzone (Anschluss 263 in 23) mit 20,1 kg /h (44,4 Pfund/h) zugegeben. Spearmintaroma wurde in den dritten Flüssigkeitseinspritz-Anschluss in der fünften Mischzone (Anschluss 264 in 23) mit 1,4 kg/h (3,0 Pfund/h) zugegeben.
Die Zonentemperaturen Z1–Z5 wurden auf 177 (350), 177 (350), 66 (150), 14 (57) bzw. 14 (57) (in °C) ((in °F)) eingestellt. Die Mischschneckentemperatur S1 wurde auf 49°C (120°F) eingestellt. Die Gemischtemperaturen T1–T6 wurden im stationären Zustand gemessen und betrugen (in °C) ((in °F)) 113 (235), 98 (209), 81 (177), 38 (101) und 38 (100) und schwankten leicht während des Versuchs. Die Schneckenrotation betrug 80 U/min.
Das Kaugummiprodukt verließ den Mischer mit 49°C (120°F). Das Produkt war vergleichbar mit dem durch eine herkömmliche Chargenverarbeitung in halbtechnischem Maßstab hergestellten Produkt. Beim Kauen war es etwas kautschukartig, aber es waren keine Basenklumpen sichtbar.
Beispiel 7
Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines nicht-klebrigen zuckerhaltigen Kaugummis mit Pfefferminzaroma. Ein trockenes Gemisch aus 57% eingestäubtem gemahlenem Butylkautschuk (75% Kautschuk, 25% Calciumcarbonat) und 43% fein gemahlenem Calciumcarbonat wurde an dem ersten großen Zufuhranschluss 212 ( 23) mit 6,3 kg/h (13,9 Pfund/h) zugegeben. Geschmolzenes Polyisobutylen (vorgewärmt auf 100°C) wurde ebenfalls zu Anschluss 212 mit 4,3 kg/h (9,5 Pfund/h) zugegeben.
Gemahlenes Polyvinylacetat mit niedrigem Molekulargewicht wurde zu Anschluss 232 mit 5,9 kg/h (13,0 Pfund/h) zugegeben. Der Zufuhranschluss 252 wurde offen gelassen, um flüchtige Bestandteile abzulassen und zu entfernen.
Ein Fettgemisch (vorgewärmt auf 82°C) wurde 50/50 in die Anschlüsse 241 und 243 mit einer Gesamtgeschwindigkeit von 10,7 kg/h (23,6 Pfund/h) gepumpt. Das Fettgemisch enthielt 33,6% hydriertes Baumwollsamenöl, 33,6% hydriertes Sojabohnenöl, 24,9% teilweise hydriertes Sojabohnenöl, 6,6% Glycerinmonostearat, 1,3% Kakaopulver und 0,1% BHT.
Glycerin wurde zu Anschluss 261 mit 0,95 kg/h (2,1 Pfund/h) zugegeben. Ein Gemisch aus 98,6% Zucker und 1,4% Sorbitol wurde zu Anschluss 262 mit 89 kg/h (196 Pfund/h) zugegeben. Maisstärkesirup (vorgewärmt auf 40°C) wurde zu Anschluss 263 mit 18,1 kg/h (39,9 Pfund/h) zugegeben. Pfefferminzaroma wurde zu Anschluss 264 mit 0,95 kg/h (2,1 Pfund/h) zugegeben.
Die Zonentemperaturen (Z1–Z5 (°C)((°F))) wurden auf 177 (350), 177 (350), 149 (300), 16 (60) bzw. 16 (60) eingestellt. Die Schneckentemperatur (S1) wurde auf 93°C (200°F) eingestellt. Die Gemischtemperaturen (T1–T6, °C (°F)) wurden gemessen und betrugen 147 (297), 109 (228), 126 (258), 50 (122) bzw. 41 (106). Die Schneckenumdrehung betrug 85 U/min.
Das Kaugummiprodukt verließ den Mischer mit 48°C (119°F). Das fertige Produkt war frei von Klumpen, aber es war trocken und ihm fehlte die Zugfestigkeit. Diese Mängel wurden eher auf die Rezeptur als auf die Verarbeitung zurückgeführt.
Beispiel 8
Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines Gummis mit Spearmintaroma für eine Pelletbeschichtung. Eine Mischung aus 27,4% Terpenharz mit hohem Molekulargewicht, 26,9% Terpenharz mit niedrigem Molekulargewicht, 28,6% eingestäubtem gemahlenem Butylkautschuk (75% Kautschuk, 25% Calciumcarbonat) und 17,1% fein gemahlenem Calciumcarbonat wurde in den ersten großen Anschluss 212 (23) mit 15,2 kg/h (33,5 Pfund/h) zugeführt. Geschmolzenes Polyisobutyl (100°C) wurde in den gleichen Anschluss mit 0,59 kg/h (1,3 Pfund/h) gepumpt.
Polyvinylacetat mit niedrigem Molekulargewicht wurde mit 8,98 kg/h (19,8 Pfund/h) in den Anschluss 232 zugeführt. Der Zufuhranschluss 252 wurde offen gelassen, um das Ablassen von flüchtigen Bestandteilen zu ermöglichen.
Ein Fettgemisch (82°C) wurde 50/50 in die Anschlüsse 241 und 243 mit einer Gesamtgeschwindigkeit von 7,9 kg/h (17,4 Pfund/h) zugegeben. Das Fettgemisch enthielt 22,6% hydriertes Baumwollsamenöl, 21,0% teilweise hydriertes Sojabohnenöl, 21,0 hydriertes Sojabohnenöl, 19,9% Glycerinmonostearat, 15,4% Lecithin und 0,2% BHT.
Zucker wurde in den Anschluss 262 mit 71,6 kg/h (157,8 Pfund/h) zugeführt. Maisstärkesirup (40°C) wurde zu Anschluss 263 mit 31 kg/h (68,4 Pfund/h) zugegeben. Spearmintaroma wurde zu Anschluss 264 mit 0,8 kg/h (1,8 Pfund/h) zugegeben.
Die Zonentemperaturen (Z1-Z5, °C (°F)) wurden auf 71 (160), 71 (160); 43 (110), 16 (60) bzw. 16 (60) eingestellt. Die Schneckentemperatur (S1) wurde auf 20°C (68°F) eingestellt. Die Gemischtemperaturen (T1–T6, °C (°F)) wurden gemessen und betrugen 110 (230), 102 (215), 74 (166), 41 (41), 43 (109) bzw. 44 (111). Die Schneckenumdrehung betrug 80 U/min.
Das Kaugummiprodukt verließ den Mischer mit 49°C (121 °F). Das Produkt war fest und kohäsiv, wenn es gekaut wurde (normal für ein Pelletzentrum). Es waren keine Basenklumpen sichtbar.
Beispiel 9
Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines zuckerhaltigen Kaugummis mit Pfefferminzaroma. Eine Mischung aus 24,4% eingestäubtem gemahlenem Butylkautschuk (75% Kautschuk, 25% Calciumcarbonat), 18,0% Terpenharz mit niedrigem Molekulargewicht, 18,3% Terpenharz mit hohem Molekulargewicht und 39,4% fein gemahlenem Calciumcarbonat wurde zu dem ersten großen Anschluss 212 (23) mit 12,5 kg/h (27,6 Pfund/h) zugegeben.
Eine Mischung aus 11,1% Polyvinylacetat mit hohem Molekulargewicht und 88,9% Polyvinylacetat mit niedrigem Molekulargewicht wurde in den zweiten großen Zufuhranschluss 232 mit 6,5 kg/h (14,4 Pfund/h) zugegeben. Polyisobutylen (vorgewärmt auf 100°C) wurde ebenfalls zu diesem Anschluss mit 1,6 kg/h (3,5 Pfund/h) zugegeben. Der Zufuhranschluss 252 wurde offen gelassen, um flüchtige Bestandteile abzulassen.
Ein Fettgemisch (83°C) wurde 50/50 in die Anschlüsse 241 und 243 mit einer Gesamtgeschwindigkeit von 6,6 kg/h (14,5 Pfund/h) zugegeben. Dieses Fettgemisch enthielt 31,9% hydriertes Baumwollsamenöl, 18,7% hydriertes Sojabohnenöl, 13,2% teilweise hydriertes Baumwollsamenöl, 19,8% Glycerinmonostearat, 13,7% Sojalecithin, 2,5% Kakaopulver und 0,2% BHT.
Glycerin wurde in den Anschluss 261 mit 1,8 kg/h (3,9 Pfund/h) eingespritzt. Ein Gemisch aus 84,6% Sucrose und 15,4% Dextrosemonohydrat wurde zu Anschluss 262 mit 92,1 kg/h (203,1 Pfund/h) zugegeben. Maisstärkesirup (40°C) wurde in Anschluss 263 mit 13,6 kg/h (30,0 Pfund/h) eingespritzt. Ein Gemisch aus 90% Pfefferminzaroma und 10% Sojalecithin wurde in Anschluss 264 mit 1,4 kg/h (3,0 Pfund/h) eingespritzt.
Die Zonentemperaturen (Z1–Z5, °C (°F)) wurden auf 177 (350), 177 (350), 38 (100), 16 (60) bzw. 16 (60) eingestellt und die Schneckentemperatur (S1) wurde auf 38°C (100°F) eingestellt. Die Gemischtemperaturen (T1–T6, °C (°F)) wurden gemessen und betrugen 153 (308), 127 (261), 68 (154), 35 (95), 34 (94) bzw. 41 (105). Die Schneckenrotation wurde auf 55 U/min eingestellt.
Das Produkt verließ den Mischer mit 53 (127°F). Das fertige Produkt wies gute Kaueigenschaften auf und es gab keine Anzeichen für Kautschukklumpen.
Beispiel 10
Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines zuckerhaltigen Kaugummis mit Fruchtaroma. Ein Gemisch aus 39,3% eingestäubtem gemahlenem Butylkautschuk (75% Kautschuk, 25% Calciumcarbonat), 39,1% Terpenharz mit niedrigem Molekulargewicht und 21,6% fein gemahlenem Calciumcarbonat wurde zu dem ersten großen Zufuhranschluss 212 (23) mit 9,3 kg/h (20,6 Pfund/h) zugegeben.
Ein Gemisch aus 33,0% Terpenharz mit niedrigem Molekulargewicht und 67,0% Polyvinylacetat mit niedrigem Molekulargewicht wurde mit 11,1 kg/h (24,4 Pfund/h) in den zweiten großen Zufuhranschluss 232 zugegeben. Polyisobutylen (vorgewärmt auf 100°C) wurde ebenfalls mit 0,5 kg/h (1,0 Pfund/h) in den Anschluss 232 zugegeben. Der Zufuhranschluss 252 wurde offen gelassen, um das Ablassen von flüchtigen Bestandteilen zu ermöglichen.
Eine Fett/Wachs-Zusammensetzung (82°C) wurde 50/50 in die Flüssigkeitseinspritz-Anschlüsse 241 und 243 mit einer Gesamtgeschwindigkeit von 6,4 kg/h (14,0 Pfund/h) eingespritzt. Die Zusammensetzung enthielt 29,7% Paraffinwachs, 21,7% mikrokristal lines Wachs (Schmelzpunkt = 77°C (170°F)), 5,7% mikrokristallines Wachs (Schmelzpunkt = 81°C (180°F)), 20,5% Glycerinmonostearat, 8,6% hydriertes Baumwollsamenöl, 11,4% Sojalecithin, 2,1% Kakaopulver und 0,3% BHT.
Glycerin wurde in den Flüssigkeitseinspritz-Anschluss 261 mit 1,5 kg/h (3,3 Pfund/h) eingespritzt. Ein Gemisch aus 88,5% Sucrose und 11,5% Dextrosemonohydrat wurde mit 91,2 kg/h (201,0 Pfund/h) in den großen Anschluss 262 zugegeben. Maisstärkesirup (40°C) wurde mit 1,4 kg/h (3,0 Pfund/h) in den Flüssigkeitseinspritz-Anschluss 263 eingespritzt und ein Gemisch aus 88,9% Fruchtaroma und 11,1% Sojalecithin wurde mit 1,2 kg/h (2,7 Pfund/h) in den Flüssigkeitseinspritz-Anschluss 264 injiziert.
Die Zonentemperaturen (Z1-Z5, °C (°F)) wurden auf 218 (425), 218 (425), 93 (200), 16 (61) bzw. 16 (61) eingestellt. Die Schneckentemperatur (S1) wurde auf 19°C (66°F) eingestellt. Die Gemischtemperaturen (T1–T6, °C (°F)) wurden gemessen und betrugen 182 (359), 137 (278), 85 (185), 41 (105), 38 (100) bzw. 43 (109). Die Schneckenrotation wurde auf 70 U/min eingestellt.
Das Kaugummiprodukt verließ den Mischer mit 50°C (122°F). Das Produkt war sehr weich, solange es warm war, und fiel während des Kauens auseinander. Dies war jedoch für dieses Produkt nicht untypisch. Nach zwei Monate langem Altern wurde das Produkt erneut gekaut und es wurde festgestellt, dass es eine ausgezeichnete Textur und ein ausgezeichnetes Aroma aufwies. Es waren keine Kautschukklumpen sichtbar.
Beispiel 11
Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines zuckerfreien Gummis mit Spearmintaroma. Ein Gemisch aus 42,1% fein gemahlenem Calciumcarbonat, 18,9% Glycerinester von Wurzelharz, 16,7% Glycerinester von teilweise hydriertem Wurzelharz, 17,0% gemahlenem Kautschuk und 5,3% eingestäubtem gemahlenem (25 : 75) Styrol-Butadien-Kautschuk (75% Kautschuk, 25% Calciumcarbonat) wurde in den Anschluss 212 (23) mit 17,4 kg/h (38,4 Pfund/h) zugegeben.
Polyvinylacetat mit niedrigem Molekulargewicht mit 5,8 kg/h (12,7 Pfund/h) und Polyisobutylen (vorgewärmt auf 100°C) mit 3,4 kg/h (7,6 Pfund/h) wurden in den Anschluss 232 zugegeben.
Ein Fettgemisch (82°C) wurde 50/50 in die Anschlüsse 241 und 243 mit einer Gesamtgeschwindigkeit von 9,5 kg/h (20,9 Pfund/h) eingespritzt. Das Fettgemisch enthielt 35,7% hydriertes Baumwollsamenöl, 30,7% hydriertes Sojabohnenöl, 20,6% teilweise hydriertes Sojabohnenöl, 12,8% Glycerinmonostearat und 0,2% BHT. Der Zufuhranschluss 252 kann offen bleiben, um das Ablassen von flüchtigen Bestandteilen zu ermöglichen.
Anders als in den vorangegangenen Beispielen wurde Glycerin mit 11,6 kg/h (25,5 Pfund/h) in die vierte Mischzone 250 (23) durch einen Flüssigkeitseinspritz-Anschluss (nicht gezeigt) stromab von Anschluss 252 eingespritzt. Eine gemeinsam eingedampfte Mischung aus hydriertem Stärkehydrolysat und Glycerin (mit 40°C) wurde weiter stromab in die vierte Mischzone 250 durch einen weiteren Flüssigkeitseinspritz-Anschluss (nicht gezeigt) eingespritzt. Die gemeinsam eingedampfte Mischung enthielt 67,5% hydrierte Stärkehydrolysat-Trockensubstanzen, 25% Glycerin und 7,5% Wasser.
Ein Gemisch aus 84,4% Sorbitol, 14,8% Mannitol und 0,4% eingekapseltem Aspartam wurde in den Anschluss 262 in der fünften Mischzone 260 mit 73,6% kg/h (162,3 Pfund/h) gegeben. Ein Gemisch aus 94,1% Spearmintaroma und 5,9% Lecithin wurde mit 2,3 kg/h (5,1 Pfund/h) in den weiter stromab gelegenen Anschluss 264 eingespritzt.
Die Zonentemperaturen (Z1–Z5, °C (°F)) wurden auf 204 (400), 204 (400), 66 (150), 17 (62) bzw. 17 (62) eingestellt. Die Schneckentemperatur (S1) wurde auf 19 (66°F) eingestellt. Die Gemischtemperaturen (T1–T6, °C (°F)) wurden gemessen und betrugen 153 (307), 133 (271), 94 (202), 48 (118), 39 (103) und 47 (116). Die Mischschneckenrotation betrug 69 U/min.
Das Kaugummiprodukt verließ den Mischer mit 47°C (117°F). Der Gummi hatte ein gutes Aussehen ohne Sorbitolflecken oder Kautschukklumpen. Der Gummi war beim Berühren etwas feucht, klebrig und flaumig (niedrige Dichte), war aber akzeptabel. Während des Kauens wurde der Gummi anfänglich als weich angesehen, verfestigte sich jedoch mit fortgesetztem Kauen.
Beispiel 12
Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines zuckerhaltigen Kaugummis mit Pfefferminzaroma. Ein Gemisch aus 27,4% eingestäubtem gemahlenem Butylkautschuk (75% Butylkautschuk, der mit 25% Calciumcarbonat eingestäubt war), 14,1 niedriger erweichendem Terpenharz (Erweichungspunkt = 85°C), 14,4% höher erweichendem Terpenharz (Erweichungspunkt = 125°C) und 44,1% Calciumcarbonat wurde mit 11,2 kg/h (24,6 Pfund/h) in den ersten großen Zufuhranschluss (Anschluss 212 in den 23 und 24) zugeführt.
Ein Gemisch aus 73,5% Polyvinylacetat mit niedrigem Molekulargewicht, 9,2% Polyvinylacetat mit hohem Molekulargewicht, 8,6% niedriger erweichendem Terpenharz und 8,7% höher erweichendem Terpenharz wurde mit 7,9 kg/h (17,4 Pfund/h) in den zweiten großen Zufuhranschluss 232 zugeführt. Polyisobutylen wurde ebenfalls mit 1,6 kg/h (3,5 Pfund/h) in diesen Anschluss zugegeben.
Ein Fettgemisch, das auf 83°C vorgewärmt war, wurde in die Flüssigkeitseinspritz-Anschlüsse in der dritten Mischzone (Anschlüsse 241 und 243 in 23) mit einer Gesamtgeschwindigkeit von 6,6 kg/h (14,5 Pfund/h) eingespritzt, wobei 50% des Gemisches durch jeden Anschluss zugeführt wurden. Das Fettgemisch enthielt 0,2% BHT, 2,5% Kakaopulver, 31,9% hydriertes Baumwollsamenöl, 19,8% Glycerinmonostearat, 18,7% hydriertes Sojabohnenöl, 13,7% Lecithin und 13,2% teilweise hydriertes Baumwollsamenöl. Der Zufuhranschluss 252 wurde offen gelassen, um flüchtige Bestandteile abzulassen.
Ein Gemisch aus 84,6% Zucker und 15,4% Dextrosemonohydrat wurde mit 92,1 kg/h (203,1 Pfund/h) in den großen Zufuhranschluss 262 in der fünften Mischzone eingespritzt. Glycerin wurde mit 1,8 kg/h (3,9 Pfund/h) in den ersten Flüssigkeitseinspritz-Anschluss 261 in der fünften Mischzone zugegeben. Maisstärkesirup, der auf 44°C vorgewärmt war, wurde mit 13,6 kg/h (30,0 Pfund/h) in den zweiten Flüssigkeitseinspritz- Anschluss 263 in der fünften Mischzone zugegeben. Ein Gemisch aus 90,0% Pfefferminzaroma und 10,0% Lecithin wurde in den dritten Flüssigkeitseinspritz-Anschluss 264 in der fünften Mischzone mit 1,4 kg/h (3,0 Pfund/h) eingespritzt.
Die Zonentemperaturen Z1-Z5 wurden (in °C (°F)) auf 177 (350), 177 (350), 43 (110), –4 (25) bzw. –4 (25) eingestellt. Die Mischschneckentemperatur (S1) wurde auf 38°C (101°F) eingestellt. Die Gemischtemperaturen T1–T6 wurden im stationären Zustand gemessen und betrugen (in °C (°F)) 160 (320), 138 (280), 73 (164), 50 (122), 41 (105) bzw. 39 (103). Die Schneckenrotation betrug 63 U/min und das Produkt verließ den Mischer mit 52–53°C.
Das zuckerhaltige Pfefferminzgummiprodukt war wünschenswert weich und hatte eine akzeptable Qualität.

Claims

Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen einer Kaugummibase, umfassend die Schritte: a) kontinuierliches Zugeben von Kaugummibasen-Inhaltsstoffen, einschließlich eines harten Elastomers, Füllmittels und eines oder mehrerer Schmiermittel, umfassend Polyvinylacetat, in einen kontinuierlich arbeitenden Mischer, der einen oder mehrere Zufuhreinlässe und Entlüftungsöffnungen umfasst, wobei das Polyvinylacetat an einem oder mehreren PVAC-Zufuhreinlässen zugegeben wird; b) Entlüften von flüchtigen Polyvinylacetat-Bestandteilen aus dem Mischer an einer oder mehreren Entlüftungsöffnungen stromabwärts von dem einen oder den mehreren PVAC-Zufuhreinlässen, wobei die eine oder die mehreren Entlüftungsöffnungen nicht als Zufuhreinlass für irgendwelche Kaugummibasen-Inhaltsstoffe dienen, welche nennenswert Essigsäure absorbieren; c) Unterwerfen der Kaugummibasen-Inhaltsstoffe kontinuierlichen Mischvorgängen innerhalb des Mischers, wodurch eine Kaugummibase hergestellt wird; und d) kontinuierliches Austragen der Kaugummibase aus dem Mischer, während Kaugummibasen-Inhaltsstoffe weiterhin eingeführt und innerhalb des Mischers vermischt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die flüchtigen Polyvinylacetat-Bestandteile Essigsäure umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei einer oder mehrere der Zufuhreinlässe einen offenen Anschluss in den Mischer umfasst, wobei der offene Anschluss auch als Entlüftungsöffnung dient.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der kontinuierlich arbeitende Mischer eine Trommel mit einer Abmessung eines mittleren Innendurchmessers D aufweist und mindestens eine der Entlüftungsöffnungen, durch welche flüchtige Polyvinylacetat-Bestandteile entlüftet werden, innerhalb von 4D von dem einen oder den mehreren PVAC-Zufuhreinlässen liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der kontinuierlich arbeitende Mischer ein Anlagenteil umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mischer einen Flügel-Stift-Mischer umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das harte Elastomer vor einer wesentlichen Mastikation des harten Elastomers mit dem Füllmittel in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schmiermittel ein Elastomerlösungsmittel umfassen und das Elastomerlösungsmittel in den kontinuierlich arbeitenden Mischer an zwei oder mehreren der räumlich getrennten Zufuhreinlassorte eingeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gummibase als Teil einer Kaugummizusammensetzung aus dem Mischer ausgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das harte Elastomer vollständig an einem ersten Zufuhreinlass zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Polyvinylacetat mit einem Teil des Elastomerlösungsmittels vorvermischt und zusammen damit dem Mischer zugegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei des Vermischen von Polyvinylacetat mit anderen Gummibasen-Inhaltsstoffen bei einer Temperatur von mindestens 115°C (240°F) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der Entlüftungsöffnungen einen Anschluss umfasst, der mit einer Vakuumquelle verbunden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schmiermittel ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Elastomerlösungsmitteln, Weichmachern, weichen Elastomeren, Kunststoffpolymeren und Gemischen davon.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Kunststoffpolymere Polyvinylacetat umfassen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Elastomerlösungsmittel ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Terpenharzen, natürlichen Harzestern und Gemischen davon.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Weichmacher ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Fetten, Ölen, Wachsen, Emulgatoren und Gemischen davon.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die harten Elastomere ein Flory-Molekulargewicht über 200000 aufweisen und die weichen Elastomere ein Flory-Molekulargewicht unter 100000 aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die weichen Elastomere ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Polyisobutylen, Polybutadien und Gemischen davon.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das harte Elastomer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Isobutylen-Isopren-Copolymer, Styrol-Butadien-Kautschuk, natürlichen Kautschuken, Naturgummis und Gemischen davon.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polyvinylacetat ein Molekulargewicht im Bereich von 15000 bis 80000 aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Kaugummizusammensetzung, wobei eine Gummibase gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt wird und mit Aromastoffen und Füllstoffen vermischt wird, um die Kaugummizusammensetzung herzustellen.