FI120625B

FI120625B - Tärkkelyspohjainen kuituratojen täyteaine- ja päällystyspigmenttikoostumus ja menetelmä sen valmistamiseksi

Info

Publication number: FI120625B
Application number: FI20050833A
Authority: FI
Inventors: Mauno Miettinen; Hannu Mikkonen; Pia Qvintus-Leino; Soili Peltonen; Kirsi Kataja; Saija Luukkanen
Original assignee: Valtion Teknillinen
Priority date: 2005-08-17
Filing date: 2005-08-17
Publication date: 2009-12-31
Also published as: JP2009504867A; EP1915416A4; JP5134538B2; CN101305032A; US20090255441A1; WO2007020327A1; FI20050833A; CN101305032B; FI20050833A0; US8597432B2; EP1915416A1

Description

Tärkkelyspohjainen kuituratojen täyteaine- ja päällystyspigmentti-koostumus ja menetelmä sen valmistamiseksi

Esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää 5 tärkkelyspohjaisen täyteaine- ja päällystyspigmenttikoostumuksen valmistamiseksi.

Tällaisen menetelmän mukaan tärkkelyspohjainen lähtöaine tai vastaava orgaaninen polymeeri jauhetaan kuivafaasissa haluttuun partikkelikokoon sopivalla jauhatus-tekniikalla.

10

Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 10 mukaista täyteaine-ja päällystyspigmentti-koostumusta.

Paperin valmistuksessa on perinteisesti käytetty erilaisia pigmenttejä parantamaan paperin 15 vaaleutta ja läpinäkymättömyyttä eli opasiteettia. Yleensä nämä pigmentit ovat olleet epäorgaanisia ja tiheydeltään noin 2,1 - 5,6 kg/dm3. Orgaanisia pigmenttejä, kuten urea-formaliinihartsi-pigmenttiä ja polystyreenipigmenttiä, joiden tiheydet ovat 1,1 ja vastaavasti 1,05, on kuitenkin myös käytetty jo pitkään. Näihin orgaanisiin pigmentteihin liittyy kuitenkin tiettyjä epäkohtia. Niinpä polystyreenipigmentit eivät kestä sulamatta 20 paperikoneen kuivatusosan lämpöä ja UF-pigmentti hajoaa helposti vapauttaen formaliinia.

Milloin pigmenttejä käytetään paperin täytteenä, on aina haasteena pigmentin pitäytyminen kutuverkostossa silloin kun paperista poistetaan vettä, eli pigmentin retentio. Suuri tiheysero heikentää retentiota ja johtaa lukuisten apuaineiden käyttöön. Tästä syystä 25 pigmentti, jonka tiheys on lähellä paperin kuidun tai veden tiheyttä, eli noin -1000 kg/m3, on aina edullinen paperin valmistuksen kannalta.

Jo kauan on pyritty saamaan aikaan sellaisia pigmenttejä, joilla on suuri valonsironta-kerroin ja suuri vaaleus. Edelleen pigmentille on tullut aivan uusi funktio mustesuihku-30 tulostimien käytön myötä. Näissä laitteissa kuva tai teksti muodostuu muutaman pikolitran pisaroista ja on erittäin edullista, jotta pigmentti tai kuitu adsorboisi väriaineen liuottimen niin, että pisaran väriaine ei pääse diffuusion mukana leviämään. Tämä koskee erityisesti paperia, jossa on pigmenttipäällystys.

2

Aikaisemmassa hakemuksessamme (FI-patenttihakemus 20040741) on kuvattu menetelmä huokoisten partikkelien valmistamiseksi tärkkelyspohjaisista lähtöaineista. Kyseisessä menetelmässä partikkelit valmistetaan kaksivaiheisella menetelmällä, jossa ensin liuotetaan tärkkelyspohjainen materiaali orgaaniseen liuottimeen tai orgaanisen liuottimen ja ei-5 liuottimen, esim. veden, muodostamaan seokseen, josta tärkkelyskomponentti sitten saostetaan laimentamalla liuosta ei-liuottimella.

Menetelmällä saadaan olennaisesti pyöreitä, huokoisia partikkeleita. Näitä voidaan sopivasti käyttää esim. paperin täyteaineina ja pigmentteinä. Johdannaiset ovat termoplastisia 10 (Tg on tyypillisesti noin 150 - 160 °C), mistä on mm. se etu, että kalanteroinnissa partikkeli muovautuu ja tuo paperille kiiltoa. Esteröinti (esim. asetylointi) parantaa tuotteen termistä stabiilisuutta natiivitärkkelyksiin verrattuna. Tästä on etua erityisesti, kun tuotetta käytetään pigmenttinä korotetussa lämpötilassa.

15 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan vaihtoehtoinen ratkaisu huokoisten tärkkelysjohdannaispartikkelien valmistamiseksi.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että kiinteä, tärkkelyspohjainen lähtöaine jäähdytetään ja jauhetaan suihkujauhimessa haluttuun hienouteen. Tällöin saadaan aikaan kapean 20 partikkelikokojakauman omaavia partikkeleita, joiden pintarakenne on huokoinen ja joilla on varsin hyvät optiset ominaisuudet. Näitä voidaan käyttää paperin päällystämiseen ja täyttämiseen. Haluttaessa orgaaninen partikkeli voidaan jauhaa yhdessä epäorgaanisten partikkelien kanssa.

25 Keksinnössä saadaan siten aikaan paperista tai kartongista koostuvan kuituradan päällystämiseen ja täyttämiseen käytettävä pigmentti, joka käsittää tärkkelysjohdannaisen, jonka pintarakenne on huokoistettuja joka huokoistus on saatu aikaan suihkujauhamalla tuotetta alennetussa lämpötilassa, etenkin -50...-195 °C:n lämpöisenä syötteenä.

30 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle tuotteelle on puolestaan tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 10 tunnusmerkkiosassa.

3

Keksinnöllä saavutetaan huomattavia etuja. Keksinnön mukainen ratkaisu soveltuu käytettäväksi myös niille materiaaleille, jotka eivät liukene helposti haihtuviin orgaanisiin liuottimiin. Niinpä lähtöaineena voidaan käyttää hinnaltaan korkean substituutioasteen 5 omaavia johdannaisia huomattavasti edullisempaa tärkkelyspolymeeriä (esim. asetyyli, DS=1), joka lähes täydellisen veteen ja orgaanisiin liuottimiin liukenemattomuutensa vuoksi ei tunnetussa tekniikassa (liuotus/saostus-tekniikka) sovellu pigmenttien raaka-aineeksi.

10 Keksinnön toisen edullisen sovellutusmuodon mukaan valmistetaan tärkkelysasetaattia, jonka substituutioaste on välillä 1-3, ja joka jauhetaan suihkujauhatuksella partikkeli-kokoon noin 1 - noin 100 pm. Vaikka sanottu tuote on alunperin valmistettu saostamalla on keksintömme mukaan havaittu yllättäviä edullisia muutoksia, kun suihkujauhatus suoritetaan erittäin kylmälle materiaalille.

15

Jauhatus voidaan tehdä tärkkelysjohdannaisen, esim. tärkkelysasetaatin, valmistuksen jatkoprosessina.

Keksinnön yhdessä sovelluksessa lähtötilanteessa on mahdollista valita haluttu 20 tärkkelysasetaatti/mineraalinen pigmentti -suhde, esim. kalsiumkarbonaatti/tärkkelys-asetaatti -suhde, valmistettavalle pastan koostumukselle. Menetelmän soveltuvuuden laajuutta kuvaa hyvin se, että epäorgaaninen komponentti tärkkelysraaka-aineen jauhamisessa voi aivan hyvin olla vesiliukoinen suola kuten natriumasetaatti.

25 Todettakoon, että sekä tärkkelystä jalostavissa yrityksissä että paperia valmistavassa teollisuudessa on merkittävää kiinnostusta orgaanisiin, etenkin tärkkelyspohjaisiin pigmentteihin, niiden poltettavuuden, keveyden ja hyvien teknisten ominaisuuksien johdosta.

30 Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisten kuvien ja yksityiskohtaisen selityksen avulla.

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukaisen menetelmän soveltamiseen käytettävän laitteiston periaatteellinen rakenne edestä katsottuna, 4 kuviossa 2 on esitetty SEM-kuva tärkkelysasetaatista nestetyppijäähdytteisellä suihkumyllyllä jauhettuna ja kuviossa 3 on esitetty SEM-kuva suihkumyllyllä jauhetusta tärkkelysasetaatista, jossa ei käytetty jäähdytystä.

5

Keksinnön mukaan kiinteä, tärkkelyspohjainen lähtöaine, mahdollisen esijauhatuksen jälkeen, jauhetaan suihkujauhatuksella haluttuun partikkelikokoon. Tällöin lähtöaine tyypillisesti kiihdytetään paineilman avulla suuren nopeuteen ja törmäytetään kiinteään seinämään, vastakkaiseen suuntaan pyörivään seinämään tai vastakkaiseen suuntaan 10 kohdistettuun samanlaiseen pigmenttisuihkuun. Suihkujauhatusmenetelmällä saadaan tällöin noin 1 - noin 100 pm:n keskimääräisiä partikkelikokoja aikaan.

Esitetyn kaltaisen jauhatuksen edellytyksenä on, että materiaali on kiinteää, eli lämpötila on ainakin alle lasisiirtymälämpötilan (Tg). Keksinnön mukaan on todettu, että mitä 15 alhaisempi jauhatuslämpötila on, sitä hauraammiksi keksinnössä käsiteltävät orgaaniset polymeeriset materiaalit tulevat. Jauhatuksesta saadaan aivan uudenlainen pigmentti, joka sopii paperin (ja kartongin ja sen tapaisten kuituratojen) valmistuksen yhteydessä käytettäväksi. Tyypillisesti pigmentin tiheys on —1,5 ja keskimääräinen partikkelikoko 14 -40 pm. Partikkeleilla on kapea partikkelikokojakauma, mikä tarkoittaa sitä, että 75 %:lla 20 kaikista partikkeleista on halkaisija, joka on korkeintaan noin kaksi kertaa kaikkien partikkelien keskimääräinen halkaisija.

Syöte on vedetöntä tai oleellisesti vedetöntä (vesi/kosteuspitoisuus on sopivimmin alle 2 paino-%, etenkin alle 1 paino-%).

25

Keksinnön mukaan syöte jäähdytetään alennettuun lämpötilaan, eli huoneenlämpötilaa alempaan lämpötilaan. Sopivimmin käsiteltävän materiaalin lämpötila pidetään matalana koko jauhatuksen aikana. Syöte jäähdytetään esim. ainakin -50 °C:een, sopivimmin ainakin - 100 °C:een, etenkin ainakin -120 °C:een ja edullisesti ainakin -150 °C:een, 30 minkä jälkeen se jauhetaan suihkujauhimessa. Yhden sovelluksen mukaan syöte jäähdytetään oleellisesti nestetypen lämpötilaan (noin -190. . .-195 °C:een).

Sopivimmin suihkujauhatukseen käytettävä jauhatuskaasu (esim. ilma tai typpikaasu) on vielä erikseen jäähdytetty, sopivimmin kaasu on jäähdytetty syötteen lämpötilaa tai jäähdytysaineen lämpötilaa vastaavaan lämpötilaan.

5 5 Keksintömme esimerkeissä jäähdytysaineena käytettiin nestetyppeä (lämpötila noin - 190 °C) materiaalin ja suihkun paineilman jäähdytykseen. Toki jäähdyttämiseen voidaan käyttää myös muita jäähdytysaineita, kuten hiilihappojäätä. Paineilman paine on yleensä noin 1,5 - 10 bar.

10 Syöttönopeus vaihtelee materiaalin ja laitteiston mukaan, mutta yleensä se voi olla noin 10 - 10.000 g/min, etenkin noin 50 - 1000 g/min.

Alhaisen lämpötilan vaikutuksesta suihkumyllyllä suoritettavassa jauhatuksessa savutetaan alhaisempi partikkelikoko kuin, jos jauhaminen suoritettaisiin huoneenlämpötilassa. SEM 15 kuvaus osoitti tärkkelyspartikkeleissa olevan valonsironnan kannalta edullista hienorakenteita (kuoppia, huokosia tai pieniä partikkeleita), joiden koko on selvästi < 1000 nm, mikä osaltaan selittää huomattavan korkean paperinpäällysteen ISO-vaaleuden. Lähtötilanteessa materiaalin nappivaaleus oli 85 ja jauhatuksen jälkeen 87,8.

20 Alhaisessa lämpötilassa jauhettuna tärkkelysasetaatin hienorakenne/huokoisuus säilyy ja näyttää SEM-kuvien perusteella jopa lisääntyvän toisin kuin jauhettaessa tuotetta jäähdyttämättä.

Vaikka tässä keksinnössä kuvataankin tärkkelysasetaatin soveltumista alhaisen lämpötilan 25 suihkumyllyjauhatukseen, voidaan prosessia käyttää periaatteessa minkä tahansa muun (orgaanisen) polymeerin jauhamiseen, jonka fysikaaliset ominaisuudet täyttävät pigmenttiraaka-aineelta vaadittavat kriteerit. Etenkin jauhetaan polysakkaridipohjaisia polymeerejä, kuten tärkkelykseen perustuvia polymeerejä. Näistä esimerkkeinä mainittakoon tärkkelyksen johdannaiset, jotka ovat erityisen edullisia.Niinpä keksinnössä 30 lähtöaineena käytettävä tärkkelyspohjainen komponentti voi esimerkiksi olla ’’funktionaalinen” tärkkelysjohdannainen. Tällä tarkoitetaan tärkkelyksestä kemiallisella reaktiolla saatavaa tuotetta, jonka anhydroglukoosiyksiköistä ainakin osassa on hydroksyylifunktioita modifioivia ryhmiä. Tyypillisesti tärkkelysjohdannainen on 6 natiivista tärkkelyksestä, hydrolysoidusta tärkkelyksestä, hapetetusta tärkkelyksestä, silloitetusta tärkkelyksestä tai gelatinoidusta tärkkelyksestä valmistettu tärkkelysesteri.

Tärkkelys puolestaan voi pohjautua mihin tahansa luonnon tärkkelykseen, jonka amyloosi-5 pitoisuus on 0 - 100 % ja amylopektiinipitoisuus 100 - 0 %. Niinpä tärkkelys voi olla peräisin ohrasta, perunasta, vehnästä, kaurasta, herneestä, maissista, tapiokasta, sagosta, riisistä tai sentapaisesta mukula- tai viljakasvista.

Sopivaksi on todettu käyttää tärkkelyspohjaista komponenttia, joka on peräisin tärkke-10 lyksen ja yhden tai useamman alifaattisen C2-24-karboksyylihapon muodostamasta esteristä. Tällaisen esterin karboksyylihappokomponentti voi tällöin olla johdettu alemmasta alkaanihaposta, kuten etikkahaposta, propionihaposta tai voihaposta tai näiden seoksesta. Yhden edullisen sovellutusmuodon mukaan tärkkelyskomponentti on esteröity tärkkelys, edullisimmin tärkkelysasetaatti, jonka substituutioaste on 0,5 - 3, edullisesti 1,5 - 3 ja 15 sopivimmin 2-3. Tärkkelysesterin substituutioaste valitaan siten, että tuote on olennaisesti liukenematon menetelmässä käytettävään saostusaineeseen.

Edellyttäen, että tärkkelysesterin lasisiirtymäpiste on riittävän korkea halutun käyttökohteen kannalta, karboksyylihappokomponentti voi periaatteessa kuitenkin myös olla 20 peräisin luonnossa esiintyvästä tyydytetystä tai tyydyttämättömästä rasvahaposta. Näistä voidaan esimerkkeinä mainita palmitiinihappo, steariinihappo, öljyhappo, linolihappo ja näiden seokset. Esteri voi myös koostua sekä pitkä- että lyhytketjuisista karboksyyli-happokomponenteista. Esimerkkinä mainittakoon asetaatin ja stearaatin sekaesteri. Esterin muodostamiseen voidaan tunnetullatavalla happojen ohella myös käyttää vastaavia 25 happoanhydridejä sekä happoklorideja ja muita vastaavia reaktiivisia happojohdannaisia.

Tärkkelyksen rasvahappoesterien valmistus tapahtuu esim. kuten on esitetty alan julkaisuissa Wolff, I. A., Olds, D.W. ja Hilbert, G.E., The acylation of Com Starch, Amylose and Amylopectin, J. Amer. Chem. Soc. 73 (1952) 346-349 tai Gros, A.T. ja Feuge, R.O., 30 Properties of Fatty Acid Esters of Amylose, J. Amer. Oil Chemists' Soc 39 (1962) 19 - 24.

Alemmat esterijohdannaiset, kuten tärkkelysasetaatti, voidaan valmistaa saattamalla tärkkelys reagoimaan esteriryhmää vastaavan happoanhydridin, esim. asetanhydridin, kanssa katalyytin läsnä ollessa. Katalyyttinä käytetään esim. 50 % natriumhydroksidia.

7

Muutkin tunnetut, alan kirjallisuudessa esitetyt asetaattien valmistusmenetelmät soveltuvat tärkkelysasetaatin valmistamiseen. Vaihtelemalla etikkahappoanhydridin määrää, katalyyttinä käytetyn emäksen määrääjä reaktioaikaa, voidaan valmistaa eri substituutioasteen omaavia tärkkelysasetaatteja. Tärkkelysasetaatti voidaan valmistaa esimerkiksi FI-patentin 5 107386 tai US-patentin 5.667.803 mukaisilla menetelmillä tai muilla tärkkelyksen asetyloinnissa yleisesti käytetyillä menetelmillä.

Tärkkelysesterin ominaisuuksia voidaan edullisesti modifioida muodostamalla niistä transglykosylaatiotuotteita.

10

Toisen edullisen sovellutusmuodon mukaan tärkkelyskömponentti on hydroksialkyloidun tärkkelyksen esteri. Tällöin erityisen edullisia ovat hydroksipropyylitärkkelysesterit, joiden molaarinen substituutioaste on enintään 2, edullisesti enintään 1 ja erityisen edullisesti 0,1 -0,8, ja substituutioaste on vähintään 1, sopivimmin ainakin 2, edullisesti 2,5-3.

15

Keksinnössä valitaan mieluummin sellainen orgaaninen polymeeri, kuten tärkkelys-johdannainen, jonka lasisiirtymälämpötila on vähintään + 60 °C, sopivimmin ainakin 80 °C, edullisesti ainakin 100 °C ja etenkin noin 150 - 165 °C tai korkeampi. Yksi lasipisteen valinnan lähtökriteeri on se, ettei tuotteen lasisiirtymälämpötilaa ylitetä - kuin korkeintaan 20 hetkellisesti - pigmentin tai täyteaineen valmistus- ja käyttölämpötilassa ja lopputuotteen valmistusprosessin aikana, etteivät pigmentti tai täyteaine menetä edullisia, valoa sirottavia optisia ominaisuuksiaan.

Polymeeriketju sisältää vähintään 10 glukoosiyksikköä ja vähintään l:n asetyyliryhmän per 25 glukoosiyksikkö. Erään edullisen toteutusmuodon mukaisesti polymeeriketjussa on 100 -150 glukoosiyksikköä ja 2-3 asetyyliryhmää per glukoosiyksikkö. Yhden sovelluksen mukaan tärkkelyksen perusrunkoa on hajotettu siten, että sen erottuminen liuoksesta pallomaisiksi partikkeleiksi tapahtuu spontaanisti. Tärkkelyspolymeerin molekyyli-painojakauma voi olla laaja. Erään edullisen sovellutusmuodon mukaisesti tärkkelys-30 polymeerien polydispersiteetti-indeksi on 1,5 - 2,0.

Alhaisten substituutioasteiden (DS <_1) omaavien johdannaisten valmistamiseen voidaan käyttää myös ns. lietemenetelmää, jossa tärkkelysjyväsen luontainen partikkelikoko säilyy, koska tärkkelys ei gelatinoidu valmistuksen yhteydessä. Jauhatus voidaan suorittaa 8 valmistuksen jatkoprosessina. Tärkkelysasetaatti voi olla myös modifioitu (hydroksi-alkyloitu, transglykosyloitu, hydrolysoitu, poikkisidostettu).

Edullisen sovellutusmuodon mukaan keksinnön mukaisella tekniikalla voidaan 5 tärkkelysasetaatti, jonka substituutioaste on edullisesti välillä 1<DS<3, jauhaa nestetyppijäähdytteisellä suihkumyllyllä parhaimmillaan partikkelikokoon < 5 pm (90 % tuotteesta), jolloin materiaali soveltuu sellaisenaan paperin vaaleutta ja opasiteettia parantavaksi täyteaineeksi ja pigmentiksi.

10 Tärkkelysasetaatti on substituutioastevälillä 1<DS<3 termoplastinen, veteen liukenematon, biohajoava polymeeri, jonka lasisiirtymälämpötila on välillä 155 - 165 °C aina molekyyli-painon ja tärkkelyslaadun mukaan. Tärkkelysasetaatti on korkeilla substituutioasteella SEM-kuvien mukaan lievästi huokoinen materiaali, jonka ominaispinta-ala on 4,8 - 10,5 m2/g tuotteen kuivaustekniikan mukaan.

15

Paperin päällystämisessä tai täyttämisessä tarvittavat mineraaliset partikkelit ja tärkkelysjohdannais-komponentit (tai sentapaiset orgaaniset komponentit) voidaan samanaikaisesti jauhaa haluttuun partikkelikokoon. Tässä sovelluksessa vedettömät tärkkelysasetaattipartikkelit (lähtötilanteessa kesimäärin 90 mikrometriä) törmäävät 20 ominaiskovuudeltaan ja tiheydeltään suurempiin mineraalipartikkeleihin tai suolakiteisiin, jolloin partikkelien keskinäiset törmäykset johtavat niiden koon pienenemiseen. Tärkkelyspolymeerin fysikaaliskemiallisten ominaisuuksien (lasisiirtymäpiste +160 °C ja taitekerroin 1,47) perusteella voidaan perustellusti olettaa materiaalin parantavan päällystetyn tai täytetyn paperin optisia ominaisuuksia kalanterointiprosessissa.

25 Tärkkelysjohdannaisen partikkelien ja mineraalisten partikkelien suhde voi vaihdella vapaasti. Tyypillisesti tärkkelysjohdannaisen partikkelien määrä on ainakin 5 paino-% partikkelien kokonaismäärästä, ja sopivimmin noin 10-95 paino-%. Esimerkeissä on käytetty 0-80 paino-% mineraalista pigmenttiä tärkkelysjohdannaisen seassa.

Mineraalisista partikkeleista mainittakoon esimerkkeinä kalsiumkarbonaatti, kipsi, alumiinisilikaatti, kaoliini, alumiinihydroksidi, magnesiumsilikaatti, talkki, titaanidioksidi, bariumsulfaatti, sinkkioksidi sekä näiden seokset.

30 9

Menetelmällä valmistettuja tuotteita ja vastaavasti huokoisen rakenteen omaavia pigmenttejä voidaan käyttää esim. offset-ja mustesuihkupaperin pigmentteinä ja täyteaineina.

5 Seuraavat ei-rajoittavat esimerkit havainnollistavat keksintöä:

Esimerkki 1 Tärkkelysasetaatin (DS 2,8) jauhatuskokeet eri tekniikoin 10 Tärkkelysasetaatin jauhatuskokeet suoritettiin helmimyllyllä, suihkumyllyllä ja nestetyppi-suihkumyllyllä. Nestesuihkujauhatus suoritettiin kuvion 1 mukaisella laitteistolla, jolloin materiaalin (syötteen) jäähdytysaika ennen jauhatusta oli 15 min ja syötteen määrä kokeissa oli 200-500 g. Syöttönopeus riippui materiaalista, mutta oli keskimäärin noin 50 g/min.

15

Taulukossa 1 on esitetty jauhatuksessa saavutetut partikkelikoot

Taulukko 1. Jauhettujen tärkkelysasetaattien partikkelikoot (Laite: Coulter LS-130) 20 _____ Läpäisy Syöte Helmimylly Suihkumylly Nestetyppi- suihkumylly

Partikkelikoko Partikkelikoko Partikkelikoko Partikkelikoko %__pm__pm__pm__pm_ JO__J3__M_JJ__J5_ _25__8J__2,2__J6__2J_ JO__57J__J8__JO__JO_ _75_ 292__J9__9J_J,2_ 90 1451 1 12,1 11,5 [5,5

Taulukon 1 tuloksista nähdään, että nestetyppisuihkumyllyllä, jonka rakenne on esitetty kuviossa 1, saatiin tuotteelle selvästi pienempi keskimääräinen partikkelikokoja 25 maksimipartikkelikoko kuin muilla menetelmillä. SEM-kuvien (kuviot 2 ja 3) perusteella tärkkelyspartikkelin sisällä ja pinnalla on selvää mikrohuokosrakennetta, joka näyttää lisääntyneen nestetyppijäähdytteisen suihkumyllyjauhatuksen aikana, verrattuna lähtötilanteeseen. Jauhatus huoneenlämpötilassa aikaansai suljetumman mikrorakenteen (SEM).

10

Nestetyppij äähdytteisellä suihkumyllyllä jauhetusta tärkkelysasetaatista mitattiin ISO-vaaleus nappivaaleutena, joka oli 87.8 ja käytetyn lähtöaineen vastaavasti 85.

5 Tuotteella päällystettiin myös paperia. Päällystetystä paperista mitattu vaaleus oli 14 g/m2 päällystemäärällä 82 ja opasiteetti 98. Vastaavat arvot käsittelemättömälle paperille olivat 62 ja 95. Verrattuna liuotus-saostustekniikalla patenttihakemuksessa FI20035173 valmistettuihin 200 - 400 nm:n pallomaisiin tärkkelysasetaattipigmentteihin tai huokoisiin pigmentteihin saavutettiin paperia päällystettäessä samaa tasoa olevat vaaleus- ja 10 opasiteettitasot vastaavilla päällystemäärillä.

Esimerkki 2 Tärkkelysasetaatin jauhatus kalsiitin läsnä ollessa 15 Taulukossa 2 on partikkelikokojakauma tuotteelle, joka saatiin jauhamalla yhdessä tärkkelysasetaattia (80 %) ja karkeaa kalsiittia (SIF-rikaste, 20 %) vastaavissa olosuhteissa kuin esimerkissä 1. Partikkelikokojakauman perusteella kalsiitti jää hieman karkeammaksi kuin tärkkelys. Tulos on silti lupaava huomioiden, ettei kalsiitti sovellu erityisen hyvin jauhettavaksi suihkumyllyllä.

20

Taulukko 2. Tärkkelysasetaatin (DS 2,8) ja karkean kalsiitin (250-500 pm) yhteisjauhatus nestetyppij äähdytteisellä suihkumyllyllä, partikkelikokojakauma määritetty Coulter LS-130:lla.

25 __ Läpäisy Jauhettu tuote

Partikkelikoko (%)__(ml_ _10__1J)_ _25__3^0_ _50__5^2_ _75__9^2_ 90 20,3

Tuotetta voidaan käyttää sellaisenaan paperisovelluksessa pigmenttinä, kun vain osa mineraalisesta pigmentistä halutaan korvata orgaanisella tärkkelyspohjaisella tuotteella.

30 Tärkkelysasetaatin termoplastisoituminen kalenteroinnissa parantaa mm. päällystetyn paperin kiiltoa.

11

Esimerkki 3

Alhaisen substituutioasteen tärkkelysasetaatin jauhatus 5 Taulukossa 3 on esitetty alemman substituutioasteen (DS 1) tärkkelysasetaatin jauhatus-tulos nestetyppijäähdytteisellä suihkumyllyjauhatuksella ilmaistuna partikkelikoon perusteella. Tuloksista nähdään, että keskimääräinen partikkelikoko oli alentunut tasolta 90 pm tasolle 19 pm, mikä osoittaa jauhatustekniikan soveltuvan myös alemmille substituutioasteille.

10

Taulukko 3. Tärkkelysasetaatin (DS 1) jauhatus nestetyppijäähdytteisellä suihkumyllyllä, partikkelikokojakauma (Coulter LS-130) Läpäisy Syöte TAI33 Nestetvppi- suihkumvllv

Partikkelikoko Partikkelikoko (%)__(hm)__(μηι)_ 10__26j2___ 25__56,9__9j6_ 50__8^9__1^9_ 75__133__40,9 90 186 108 15 Näissä jauhatuksissa tärkkelysasetaatti käyttäytyi mineraaliseen pigmenttiin nähden poikkeavasti; ylitteeseen meni karkeampi jae.

Claims

1. Menetelmä kuituradan täyteaineeksi tai päällystyspigmentiksi sopivan materiaalin valmistamiseksi, jonka menetelmän mukaan tärkkelysjohdannaista käsittävä syöte 5 jauhetaan haluttuun hiukkaskokoon, tunnettu siitä, että syöte jäähdytetään ja jauhatus suoritetaan suihkujauhimessa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syöte jäähdytetään ainakin -50 °C:een, sopivimmin ainakin - 100 °C:een, etenkin ainakin -120 °C:een ja 10 edullisesti ainakin -150 °C:een, minkä jälkeen se jauhetaan suihkujauhimessa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suihkujauha-tuksen jauhatuskaasu jäähdytetään erikseen.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhatuskaasu jäähdytetään syötteen lämpötilaa vastaavaan lämpötilaan.

5. Jonkin edellisen sovelluksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syöte käsittää tärkkelysjohdannaisen, jonka lasisiirtymälämpötila on vähintään +60 °C, 20 sopivimmin ainakin +80 °C, edullisesti ainakin +100 °C ja etenkin noin +150.. .+165 °C tai korkeampi.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään tärkkelysjohdannaista, jonka lasisiirtymälämpötilaa ei ylitetä jauhatuksen 25 yhteydessä.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tärkkelysjohdannainen jauhetaan yhdessä mineraalisen materiaalin kanssa.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tärkkelysjohdannainen on tärkkelysesteri, tärkkelyseetteri, tärkkelysesteri/eetteri tai näiden seos.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valmistetaan tuote, joka koostuu tärkkelysasetaatista, jonka substituutioaste on välillä 1 -3, ja joka tuote sisältää muuta kuituradan valmistuksessa tarvittavaa pigmenttiä 0-80 paino-%, joka on jauhettu yhdessä tärkkelysasetaatin kanssa. 5

10. Paperista tai kartongista koostuvan kuituradan päällystämiseen ja täyttämiseen käytettävä pigmentti, tunnettu siitä, että se käsittää tärkkelysjohdannaisen, jonka pintarakenne on huokoistettu ja joka huokoistus on saatu aikaan suihkujauhamalla tuotetta -50.. .-195 °C lämpöisenä syötteenä. 10

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen tuote, tunnettu siitä, että sillä on kapea hiukkaskokojakauma.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukaan valmistetun tuotteen tai vastaavasti 15 patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukaisen pigmentin käyttö offset- tai mustesuihkupaperin pigmentteinä tai täyteaineina.