FI67710C - Foerfarande foer modifiering av staerkelse - Google Patents

Description

6771 O

Menetelmä tärkkelyksen modifioimiseksi

Keksintö koskee menetelmää tärkkelyksen modifioimiseksi käyttämällä UHF-säteilyä (ultrataajuuden omaavaa sä-5 teilyä).

On tunnettua saattaa tärkkelys alttiiksi UHF-sätei-lylle kuumentamis- ja/tai kuivaamistarkoituksessa. Esillä oleva keksinnön mukaan tärkkelyksen ja reagenssin seos saatetaan alttiiksi UHF-säteilylle olosuhteissa, joissa 10 aikaansaadaan tärkkelyksen kemiallinen modifiointi.

GB-patenttijulkaisu 1 425 624 kuvaa menetelmää tärkkelyksen modifioimiseksi kemiallisesti. Menetelmän mukaan tärkkelyksen ja modifiointiaineen seos saatetaan alttiiksi mikroaaltoenergialle olosuhteissa, joissa vesipitoisuus 15 käsittelyn aikana on alle 10 % tai pienenee alle 10 %:iin tärkkelyksen painosta. Todetaan, että jos tärkkelys, jonka kosteuspitoisuus on yli 10 %, saatetaan alttiiksi mikroaaltoenergialle ilman veden haihduttamista, tapahtuu tuskin lainkaan modifiointia ja saadaan pysymättömiä ja voi-20 makkaasti värjäytyneitä tuotteita. Kuvatussa prosessissa käytetään leijukerrosolosuhteita yli 110°C:n lämpötilassa.

Suoritetut tutkimukset osoittavat, että tässä menetelmässä on useita epäkohtia. Yli 100°C:n lämpötiloissa mikroaaltoenergiaa kuluu veden haihduttamiseen, mikä ei 25 ole erityisen toivottavaa, halutun kemiallisen modifioinnin sijasta. Kun käsittelyn tavoitteena on tärkkelyksen kemiallinen modifiointi, reagoivien aineiden kuumentamiseen käytetystä energiasta ei ole varsinaista hyötyä, ja menetelmä, joka ei käsitä kuumentamista 110°C:n yläpuolel-30 le, olisi parempi. Tärkkelyksessä pyrkii tapahtumaan hajoamista, jos lämpötila pitkiä aikoja on yli 110°C. Korkeassa lämpötilassa ja alhaisessa kosteuspitoisuudessa oleva tärkkelys on tulenvaarallinen; se on altis hiiltymään; ja kun sitä jäähdytetään pussittamista varten, se 35 pyrkii absorboimaan ilmakehän kosteutta ja kovettumaan sen sijaan, että se pysyisi vapaasti juoksevana jauheena.

2 6771 0 Tämän keksinnön eräänä tehtävänä on pienentää näitä epäkohtia tai välttää ne. On havaittu, että päin vastoin kuin mitä em. GB-patenttijulkaisussa on esitetty, tärkkelyksen kemiallinen modifiointi voidaan suorittaa UHF-sätei-5 lyn avulla kosteuspitoisuuden ollessa yli 10 paino-%.

Keksintö koskee menetelmää tärkkelyksen modifioimi-seksi kemiallisesti, jolloin muodostetaan tärkkelysseos, jossa on ainakin yksi reagenssi, joka reagoi kemiallisesti tärkkelyksen kanssa, ja seos, jonka kosteuspitoisuus on 10 yli 10 paino-%, saatetaan alttiiksi UHF-säteilylle tärkkelyksen modifioimiseksi kemiallisesti. Menetelmälle on tunnusomaista, että tärkkelyksen kosteuspitoisuus myös käsittelyn jälkeen on yli 10 paino-% ja että UHF-säteilytyksen aikana käsiteltävän aineen lämpötila on alle 100°C.

15 Keksinnön mukaista menetelmää tarkastellaan seuraa- vassa lähemmin.

a) Puolikuivamenetelmä Tässä lähtöseoksen kosteuspitoisuus on 10-35 paino-%, tavallisesti 15-25 paino-%, erityisesti 17-19 paino-% mais-20 sitärkkelyksen ollessa kyseessä. Tärkkelys on olennaisesti rakeista, ts. ei-geeliytynyttä, käsittelyn alussa, ja käytetään UHF-säteilytysolosuhteita, jotka eivät aiheuteta geeliytymistä. Tätä tarkoitusta varten seoksen lämpötila pidetään 100°C:n alapuolella, edullisesti 25 80°C:n alapuolella. Kysymyksen ollessa tietystä käsittely- ajasta on sellaisia seoksia varten, joiden kosteuspitoisuus on korkea, käytettävä alempaa lämpötilaa geeliytymis-vaaran välttämiseksi.

Seoksen kosteuspitoisuus laskee käsittelyn aikana, 30 osaksi tuloksena haihtumisesta ja osaksi koska jonkin verran vettä osallistuu tärkkelyksen kemialliseen modifiointiin tai hajoamiseen, mutta edullisesti kosteuspitoisuus ei laske alle 12 paino-%. Seoksessa, jossa alkukosteuspi-toisuus on 17-19 %, kosteuspitoisuus käsittelyn jälkeen 35 on yleensä 13-16 %.

6771 O

3 b) Märkämenetelmä Tässä lähtöseoksen kosteuspitoisuus on yli 35 % ja seos on tavallisesti vesilietteen muodossa. Jos käytetään rakeista tärkkelystä, on toivottavaa, että tärkkelys ei 5 geeliydy, minkä vuoksi käsittelylämpötilan täytyy olla melko alhainen esim. alle 60°C ja edullisesti alle 50°C. Käytettäessä esigeeliytynyttä tärkkelystä, tällaisia lämpöti-larajoituksia ei tarvita, ja yleensä on edullista, että lietteen maksimilämpötila on 50-100°C, jotta kemiallinen 10 modifiointi tapahtuisi nopeasti ja tehokkaasti.

Käytettävän tärkkelyksen luonne ei ole kriittinen. Sopivia tärkkelyksiä ovat maissitärkkelys, perunatärkkelys, vehnätärkkelys, tapioka-tärkkelys, riisitärkkelys, hirssi-tärkkelys, vahamainen maissitärkkelys ja vahamainen hirssi-15 tärkkelys. Tärkkelys voi olla sekoitettuna toisiin aineisiin, esimerkiksi jauhon muodossa. Haluttaessa lähtöaineena käytettävä tärkkelys voi olla joko kemiallisesti tai fysikaalisesti modifioitu tai hajotettu.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettävät sopi-20 vat reagenssit tärkkelyksen modifioimiseksi ovat hyvin tunnettuja. Esimerkkejä eetteröinti-, esteröinti-, hydrolysoin-ti-, silloitus-, hapetus-, ja dekstrinointireagensseista on kuvattu julkaisussa Radley "Starch and its Derivates", 1968 Chapman and Hall Ltd., luvut 11 ja 12; ja julkaisussa 25 Whistdler/Pascall "Starch; Chemistry and Technolgy", Academic Press, Volume I (1965), luvut 18 ja 19, ja Volume II (1967), luvut 9, 10, 11, 13, 14, 15, 16, 17 ja 19. On myös mahdollista valmistaa tärkkelyskopolymeereja ja tärkkelys-oksaspolymeereja, esimerkiksi käyttämällä seuraavien luok-30 kien tuotteita; polyvinyylialkoholit, akryyliamidit ja öljystä saadut monomeerit ja polymeerit.

Käytetyn reagenssin määrä riippuu vaaditusta substi-tuutioasteesta, jolloin on pidettävä mielessä, että reaktio tuskin on 100 % tehokas ja voi olla teholtaan jopa niin al-35 hainen kuin 50 %. Puolikuivamenetelmää voidaan käyttää ha- 4 67710 lutun substituutioasteen saavuttamiseksi, joko korkean tai alhaisen, jolloin reagenssin ja säteilyolosuhteiden suhteen valinta suoritetaan tämän mukaisesti. Märkämenetelmä on sopiva alhaisten substituutioasteiden saavuttamiseksi 5 arvoon 0,05 moolia/mooli saakka ilman tärkkelyksen geeliy-tymisvaaraa. Kun tärkkelys on saatettu geeliytymään ennen säteilyttämistä, voidaan saavuttaa korkeampi substituutio-aste .

UHF-säteilyn taajuus on 300-300 000 MHz. Tällä alueel-10 la vain tietyt spesifiset kaistat ovat sallittuja teolliseen käyttöön monissa maissa ja näihin kuuluvat 915, 2450, 5800 ja 22155 MHz. On edullista käyttää taajuutta, suunnilleen 2450 MHz, joka aktivoi tärkkelyksen ketjun dipolia H-OH. Oletetaan, että tämä aktivointi johtaa dipolin orien-15 toitumiseen vaihtelevassa säteilykentässä, ja että seurauksena oleva oskillaatio murtaa labiilit sidokset, joiden läsnäolo tekee vaikuttamisen tärkkelyksen kiteisiin alueisiin vaikeiksi.

Tarvittava UHF-säteilyttämisaika, jotta saavutettai-20 siin haluttu kemiallinen modifiointiaste riippuu käytettävästä tehosta ja lämpötilasta, jossa seosta kuumennetaan. Tyypillisesti käsittely on suoritettu 5 minuutissa ja usein yhdessä minuutissa.

Säteilykäsittelyn suorittamiseksi käytettävän lait-25 teiston luonne ei ole kriiittinen. Sopivasti tällainen laitteisto käsittää tunnelin, jonka onkalo muodostaa aalto-putken UHF-säteilylle ja jonka mitat määräävät säteilyn taajuuden. (Tällaista laitteistoa tarjoaa IMI tavaramerkillä Gigatron). Seos voi kulkea jatkuvasti tunnelin läpi kul-30 jetinhihnalla putkea pitkin, jos seos on kiinteä, ja putkessa, jos se on lietteen muodossa. Käsitelty liete voidaan äkkikuivattaa tai käyttää nestemäisessä muodossaan. Käsitelty hiukkasmainen kiinteässä muodossa oleva aines voidaan annostella pusseihin jakelua varten: Vaihtoehtoi-35 sesti lähtömateriaalina käytettävä seos voidaan panna 5 67710 UHF-säteilyä läpäisevästä materiaalista valmistettuihin pusseihin, ja pussit ja niiden sisältö saatetaan alttiiksi UHF-säteilylle.

Keksintöä kuvataan seuraavassa viittaamalla oheisiin 5 piirustuksiin, joissa kuva 1 on kaavamainen kuva puolikuiva menetelmässä käytettävästä laitteistosta, kuva 2 on kaavamainen kuva märkämenetelmässä käytettävästä laitteistosta.

10 Samat viitenumerot tarkoittavat samoja osia.

Seuraavassa viitataan kuvaan 1 .

Laitteisto käsittää kuljetinhihnan 1, jolla käsiteltävää tuotetta kierrätetään ja joka on edullisesti valmistettu materiaalista, joka on taipuisa ja pysyvä korkeassa lämpö-15 tilassa, kuten polytetrafluorietyleenistä, ja joka kulkee toisaalta syöttöasemien ohi, joita on merkitty viitenumerolla 2 ja jotka voivat itse olla yhdistetyt sekoitinko-koojaan 3, ja toisaalta tunnelin 4 sisäosan kautta, joka muodostaa onkalon, jota käytetään aaltoputkena UHF-sätei-20 lylle.

Siinä tapauksessa että käsittely suoritetaan puoli-kuivalla tavalla, mekaanista tai pneumaattista tyyppiä olevaan sekoittimeen syötetään ko. reaktiokomponentteja, jotka ovat astioissa tai säiliöissä: alkuperäistä tärkke-25 lystä tuodaan putken 5 kautta suoraan sekoittimeen 3; ensimmäinen säiliö 6 sisältää reagenssia liuoksessa kuten natriummonoklooriasetaattia, epoksipropyylitrimetyyliammo-niumkloridia, etikka-anhydridia, suolahappoa, natriumhypokloriittia, propyleenioksidia tai trinatriumfosfaattia.

30 Säiliö 6 on edullisesti varustettu sekoittimella ja johtaa sekoittimeen 3 annostelupumpun 7 kautta. Muut säiliöt 8, 9, 10, jotka ovat edullisesti kourujen muodossa, joiden 6 67710 alapäät on varustettu kuljetinruuveilla 11, sisältävät esimerkiksi hienonnettua katalyyttiä kuten kalkkia 8, natriumkarbonaattia 9, natriumhydroksidia 10, tai natriumfosfaat-tia, jotka on valittu kyseistä kemiallista käsittelyä var-5 ten. Putken 5 kautta tuotu kuiva tärkkelys sisältää tietysti tietyn määrän luonnollista kosteutta, esimerkiksi 12 % maissitärkkelyksessä ja 20 % perunatärkkelyksessä. Haluttaessa vettä voidaan lisätä sekoittimeen, jotta saavutettaisiin sopiva kosteuspitoisuus, toisin sanoen 15-20 % 10 puolikuivaa tapaa varten. Voidaan myös lisätä kokkaroitu-mista estävää ainetta.

Kuljetushihna 1 on liitetty laitteistoon, esimerkiksi välppään, joka on sinänsä tunnettu ja jolla kuljetettava massa levitetään tasaisesti.

15 Alavirran puolella tunneliin 1 nähden edellä mainit tu laitteisto voi olla täydennetty neutralointiasemalla 12, käsitellyn tuotteen kuljetuslaitteella, joka on esimerkiksi pneumaattisen kuljettimen 13 muodossa, joka on haluttaessa liitetty jäähdytysasemaan 14, ja pussitusasemalla 15, jo-20 hon syötetään syöttökartion 16 kautta, joka voi olla esimerkiksi varastosiilo.

Edellä kuvattua laitteistoa voidaan muunnella monin tavoin riippuen käytännön seikoista: Esimerkiksi pussitus-asema voidaan sijoittaa välittömästi sekoittimen 3 ulos-25 menon kohdalle, säteilyn vaikuttaessa siis suoraan pusseihin, ilman että tämä järjestely vaikuttaa saatujen modifioitujen tärkkelysten laatuun.

Märkämenetelmällä suoritettavaa käsittelyä varten käytettävä laitteisto on esitetty kuvassa 2. Tunnelin 4 30 poikki kulkee putki 17 käsiteltävän tuotteen kierrätystä varten, joka putki kuljettaa tärkkelyksen vesisuspensiota. Putki 17 on yhdistetty tunnelin 4 sisällä kennoon 18, joka läpäisee säteilyä ja joka esimerkiksi on valmistettu lasista, ja jonka läpi suspensio kulkee tullakseen säteily-35 tetyksi. Suspension tunneliin 4 tuova laite muodostuu 6771 0 edullisesti vakiovirtapumpusta tai staattisesta sekoitti-mesta 19.

Ylävirran puolella tunnelista 4 sijaitsevat syöttölaitteet käsittävät joukon sopivia säiliöitä: tärkkelyssus-5 pension valmistamiseksi 20 ja mahdollisesti suspension varastoimiseksi 21, kationisten reagenssien (joita edellä on mainittu) syöttämiseksi 22, ja katalyytin, kuten nat-riumhydroksidin syöttämiseksi 23. Tunnelista 4 alavirtaan laitteisto voi olla täydennetty laitteella 24 pH:n säätä-10 miseksi, joka laite käsittää happoa sisältävän säiliön 25, neutralointisäiliön 26 ja pH:n mittauslaitteen 27.

Lopullinen suspensio, joka kulkee putken 28 kautta säiliöstä 26, saatetaan tämän jälkeen sentrifugiin 29, joka mahdollistaa modifioidun tärkkelyksen talteenoton ka-15 kun muodossa, jonka kosteuspitoisuus on 35-38 %, sentrifu-gi 29 on yhdistetty laitteeseen 30 kiinteän fraktion kuljettamiseksi sopivaan kuivaimeen, esimerkiksi äkkikuivai-meen, nestemäisen fraktion kulkiessa sentrifugista 29 putken 31 kautta, josta sitä voidaan syöttää väkevöimislait-20 teeseen 32. Väkevöimislaitteesta 32 saatava väkevöity fraktio kierrätetään uudelleen putken 33 kautta neutralointi-astiaan 26, samalla kun väkevöimätön fraktio, joka johdetaan johtoa 34 pitkin ja kolmitieventtiilin 35 kautta, kuljetetaan joko jätevesikäsittelyasemalle johtoa 36 pit-25 kin tai kierrätetään uudestaan syklissä, joka käsittää varastoastian 37, johdon 38 kautta tapahtuvan syöttämisen säiliöön 20 tärkkelyssuspension valmistamiseksi ja astian 23 katalyyttiliuosta varten.

Edellä kuvatussa laitteistossa kaikissa johdoissa 30 on sopivat kierrätyspumput 39.

Seuraavat esimerkit valaisevat keksintöä.

Esimerkki 1

Kationisen tärkkelyksen valmistus

Perusseos valmistetaan seuraavasti: 1000 kg kuivaa 35 maissitärkkelystä (sisältää 13 % kosteutta), 150 kg epoksi- 8 67710 propyylitrimetyylianunoniumkloridia (aktiivinen muoto) liuoksen muodossa, joka käsittää 70 % aktiivista yhdistettä, 3 kg kolloidista piidioksidia, 3 kg trikalsiumfosfaattia, 28,9 kg sammutettua kalkkia ja 33,12 kg natriumkarbonaattia.

5 Seos, jonka kosteuspitoisuus oli 18 %, pannaan sitten kul-jetinhihnalle, (leveys 40 cm), 2,5 m:n pitkän tunnelin sisälle, jonka onkalo muodostaa aaltoputken UHF-säteilylle, jonka teho on 30 kW ja taajuus 2450 MHz, 30 mm:n svyyyteen, kuljetinhihnan nopeuden ollessa 2 m minuutissa.

10 Täten UHF-säteilyllä käsitelty tärkkelys poistuu lait teesta 88°C:n lämpötilassa ja 12 paino-%:n kosteuspitoisuudessa. Kationinen substituutioaste on 0,15 moolia/mooli, jolloin substituutiosaanto on 90 %. Neutraloinnin jälkeen Scott-viskositeetti 6 g (12 % kosteuspitoisuudessa) on 45 15 sekuntia.

Esimerkki 2

Karboksimetyylitärkkelyksen valmistus

Perusseos valmistetaan seuraavasti: 1000 kg kuivaa maissitärkkelystä, jonka kosteuspitoisuus on 13 %, 375 kg 20 natriummonoklooriasetaattia, 217 kg sammutettua kalkkia, 250 kg natriumkarbonaattia, 5 kg kolloidista piidioksidia. Seoksen kosteuspitoisuus korotetaan 15 %:iin vesiruisku-tuksella. Täten valmistettuun seokseen kohdistetaan UHF-säteilyä edellä mainitun esimerkin olosuhteissa. Täten val-25 mistetun tärkkelyksen ulostulolämpötila on 85°C, kosteuspitoisuus on 12 paino-% ja substituutioaste on 0,43 moolia/mooli .

Esimerkki 3

Kationisen fosfaattitärkkelyksen valmistus 30 Perusseos valmistetaan seuraavasti: 1000 kg kuivaa maissitärkkelystä, jonka kosteuspitoisuus on 12 %, 41 kg trimetyyliglysidyyliammoniumkloridia (aktiivinen muoto) liuoksen muodossa, joka käsittää 70 % aktiivista ainetta, 20 kg natriumtripolyfosfaattia, 23 kg sammutettua kalkkia, 35 26,5 kg natriumkarbonaattia. Täten valmistettuun seokseen 9 67710 kohdistetaan UHF-säteily esimerkin 1 olosuhteissa. Käsittelyn aikana kosteuspitoisuus laskee 18 %:sta 13 %:iin. Täten modifioitu tärkkelys poistuu laitteesta 85-95°C:n lämpötilassa, kationinen substituutioaste on 0,034 moolia/mooli 5 ja sitoutuneen fosforin osuus on 0,2 %.

Esimerkki 4

Alhaisen substituutioasteen omaavan kationisen tärkkelyksen valmistus

Maissitärkkelyslietteeseen, 460 g/1, lisätään suh-10 teessä käytettyyn kuiva-ainemäärään epoksipropyylitrimetyy-liammoniumkloridia liuoksena, joka sisältää 70 % aktiivista ainetta, ja määränä 15 kg aktiivista ainetta 1 000 kg kuivaa maissitärkkelystä kohden, ja natriumhydroksidia 10 %: isena liuoksena ja määränä 12 kg natriumhydroksidia 1000 15 kg kuivaa maissitärkkelystä kohden. Täten valmistettuun seokseen kohdistetaan UHF-säteilyä 600 watin teholla syöt-tönopeudella 18 litraa/tunti, joka on 8,3 kg/tunti kuivaa tärkkelystä. Säteilytysaika on 20 sekuntia. Tärkkelyksen kationinen substituutioaste mitattuna neutraloinnin, pe-20 sun ja kuivaamisen jälkeen on 0,016 moolia/mooli, joka vastaa 90 %:sta saantoa. Tärkkelyssuspension lämpötila laitteiston ulostulokohdalla on 49°C, mikä sallii tärkkelyksen poistamisen rakeisessa muodossa suoraan vesisuspensiosta.

Claims (8)

6771 0

1. Menetelmä tärkkelyksen modifioimiseksi kemiallisesti, jolloin muodostetaan tärkkelysseos, jossa on aina- 5 kin yksi reagenssi, joka reagoi kemiallisesti tärkkelyksen kanssa, ja seos, jonka kosteuspitoisuus on yli 10 paino-%, saatetaan alttiiksi UHF-säteilylle tärkkelyksen modifioimi-seksi kemiallisesti, tunnettu siitä, että tärkkelyksen kosteuspitoisuus myös käsittelyn jälkeen on yli 10 10 paino-% ja että UHF-säteilytyksen aikana käsiteltävän aineen lämpötila on alle 100°C.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytettävä tärkkelys on rakeisessa muodossa, ja UHF-säteilytys suoritetaan olosuhteissa, jot- 15 ka eivät aiheuta geeliytymistä.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tärkkelyksen alkukosteuspitoisuus on enintään 35 paino-%.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, t u n - 20. e t t u siitä, että tärkkelyksen alkukosteuspitoisuus on yli 35 paino-%.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään esigeeliytynyttä tärkkelystä, jonka alkukosteuspitoisuus on yli 35 paino-%.

6. Jonkin patenttivaatimusten 1-5 mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että käytettävä tärkkelys on maissitärkkelystä.

7. Jonkin patenttivaatimusten 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reagenssi, joka reagoi 30 kemiallisesti tärkkelyksen kanssa, on eetteröinti-, este-röinti-, hydrolysointi-, silloitus-, hapetus- tai dekstri-nointireagenssi.

8. Jonkin patenttivaatimusten 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että UHF-säteilyn taajuus on 35 noin 2450 MHz.