FI70422C - Foerfarande foer framstaellning av modifierat vaextproteinlimbindemedel avsett att anvaendas i pappersbelaeggningsblandningar - Google Patents

Description

i 70422

Menetelmä modifioidun paperipinnoiteseoksissa käytettävän kasvi-proteiiniliimasideaineen valmistamiseksi - Förfarande för fram-ställning av modifierat växtproteinilimbindemedel avsett att användas pappersbeläggningsblandningar

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä modifioidun paperipinnoiteseoksissa käytettävän kasviproteiiniliimasideaineen valmistamiseksi.

Kasviproteiinimateriaalit ovat hyvinkin tunnettuja liima- tai sideaineita paperin päällystyksessä käytettyinä pigmenttipitoisina pinnoitteina. Pigmenttipitoiset pinnoitteet antavat paperille halutun pinnan, kiillon ja pehmeyden. Pigmentin tehtävänä pinnoitteessa on täyttää paperin pinnan epäsäännöllisyydet ja muodostaa tasainen ja yhtenäisesti absorboiva pinta painotyötä varten. Liima toimii myös pigmenttiosasten sitomiseksi toisiinsa samoin kuin pinnoitteen pintaan. Sopivan liiman valinta on tästä syystä tärkeä tekijä paperipinnoitteen laadussa.

Kasviproteiinimateriaaleja on käytetty laajalti paperipinnoit-teiden sideaineina ja näihin materiaaleihin ovat kuuluneet eristetyt kasviproteiinit, tyypillisesti eristetty soija. Eristetty soijaproteiini valmistetaan käsittelemällä öljyttömiä soijapapu-hiutaleita alkalisella liuoksella proteiinin liuottamiseksi, joka proteiini poistetaan liukenemattomista materiaaleista suodattamalla tai linkoamalla. Tämän jälkeen proteiini otetaan talteen liuoksesta lisäämällä happoa proteiinin saostamiseksi isoelek-triseen pisteeseensä. Tällöin seostettu proteiini on hydrolysoi-mattomassa tai yleensä mod if voimattomassa tilassa ja se voidaan kuivata ja sen jälkeen dispergoida alkaliseen väliaineeseen paperipinnoitepigmenttien 1iimasideaineen muodostamiseksi.

Eristetyt hydrolysoimattomat tai modifioimattomat soijapro-teiinit eivät ole kovin hyviä paperipinnoitteiden liimaside-aineita johtuen huonosta 1iukenevuudesta heikkoihin emäs-liuoksiin ja lämpöherkkyydestä, jolloin pyrkii muodostumaan geelejä yli 70°C lämpötiloissa. Johtuen näistä haitta- 2 70422 puolista modifioimaton tai hydrolysoimaton soijaproteiini tavallisesti modifioidaan jollakin tavalla soijaproteiini-pitois ten pinnoiteseosten viskositeetin alentamiseksi ja proteiinin liimauskyvyn parantamiseksi dispergoitäessä se heikkoihin aikalisiin liuoksiin. Proteiinin modifikaatio tai hydrolyysi vähentää myös sen herkkyyttä lämmölle. Proteiinin modifiointi käsittää tavallisesti vesidispersiossa olevan uutetun kvarkin bydrolyysin tai käsittelyn erilaisilla aikalisillä reagensseilla pH-olosuhteiden, lämpötilan ja ajan ollessa tarkasti säädeltyjä. Nämä olosuhteet erottavat alkuperäisen tai modifioimattoman proteiiniraken-teen pienemmiksi alayksiköiksi parantaen siten tämän materiaalin sopivuutta paperipinnoitteiden sideaineena. US-patentissa 3,356,516 on esitetty menetelmä, jossa suoritetaan soijaproteiinin hydrolyysi alkalisella reagens-silla suihkukeittimessä lämpötilojen ollessa yli 132°C.

Eräs toinen tapa modifioida proteiini on esitetty US-patentissa 2,274,983 ja tässä menetelmässä käsitellään modifioi-maton proteiini vetyperoksidilla lievästi alkalisessa väliaineessa viskositeetiltaan huomattavasti alhaisemman modifioidun tai hapetetun proteiinin muodostamiseksi. US-patentissa 2,246,466 on esitetty myös eristetyn soijapro-teiinin käsittely natriumperoksidilla kasviproteiiniliima-sideaineiden värin, liimautumisen, viskositeetin ja geeliyty-mishakuisuuden parantamiseksi. Näissä patenteissa esitetyissä menetelmissä ei kuvata proteiinin käsittelyä peroksidilla alkalisessa väliaineessa siten, että käsittelyä seuraisi modifioidun proteiinimateriaa1 in saostaminen proteiinin isoelektriseen pisteeseen.

US-patentissa 3,411,925 on esitetty proteiini- ja tärkkelys-seoksen käsittely alkalisessa pH-arvossa 8 - 10 hapetus-aineella, jota käsittelyä seuraa seoksen suihkukeitto lämpötilassa 104 - 177°C. On todettu, että tämä menetelmä johtaa tärkkelys- ja pro teiinimo1ekyy1 ie n haa ro ittumiseen seoksen viskositeettiominaisuuksien modifioimiseksi ja 3 70422 sen käyttökelpoisuuden parantamiseksi paperipinnoiteseosten liimasideaineena.

Eristettyjen kasviproteiinien, kuten yllä kuvatun eristetyn soijan modifiointi muuttaa näiden proteiinimateriaa 1 ien Teologisia ominaisuuksia siten, että ne muistuttavat jonkin verran mutta eivät täysin kaseiinia, jota on myös käytetty jo pitkään paperin pigmen11ip it o isten päällysteiden liimasideaineena. Huolimatta näistä erityisesti hapettamalla suoritetuista eristetyn soijaproteiin in modifiointiyrityk-sistä on edelleen tarvetta saada aikaan modifioituja proteiinipitoisia liima-aineita, joiden Teologiset ominaisuudet ovat yhtä hyviä tai parempia kuin kaseiinin ja jotka voidaan modifioida hapetusaineella tehokkaalla ja helposti suoritettavalla tavalla. Tyypillisiä ongelmia suoritettaessa proteiinin lievä hapettaminen alkalisessa väliaineessa ovat pH:n säätöongelmat hapetuksen aikana ja reaktioseoksen hallitsematon vaahtoaminen. On esimerkiksi välttämätöntä suorittaa pH -modifiointi aikalisissä olosuhteissa ja reaktioseoksen pH laskee jatkuvasti reagoivaa ainetta kulutettaessa, jolloin pH:ta pitää jatkuvasti säätää reaktioseoksen pitämiseksi alkalisella puolella.

Nämä tarkoitukset saavutettiin esillä olevalla keksinnöllä eikä ainoastaan poistettu yllä kuvattuja ongelmia proteiini-materiaalin modifioinnissa, vaan reaktion avulla saatiin aikaan modifioitu proteiinipitoinen liimasideaine, jonka Teologiset ja paperipinnoiteominaisuudet olivat yllätyksellisesti parantuneet.

Tästä syystä esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan modifoitu proteiinipitoinen liimasideaine, jolla on hyvät Teologiset ominaisuudet.

Edelleen keksinnön tarkoituksena on saada aikaan modifioitu kasviproteiiniliimasideaine, jonka Teologiset ominaisuudet ovat samanlaisia kuin kaseiinin.

70422 4

Keksinnön tarkoituksena on lisäksi saada aikaan modifioitu kasviproteiiniliimasideaine, jolla on hyvät pigmentinsitomis-ja paperinpinnoitusominaisuudet.

Edelleen tarkoituksena on modifioida kasviproteiiniliimasideaine menetelmällä, joka on sekä luotettava että helppo suorittaa .

Nämä ja muut keksinnön tarkoitukset saadaan aikaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jonka tunnusmerkit on esitetty oheisessa patenttivaatimuksessa 1. Menetelmässä keksinnön mukaisen modifioidun kasviproteiiniliimasideaineen valmistamiseksi muodostetaan ureaasipitoisen kasviproteiinimate-riaalin, erityisesti soijaproteiinin, vesiliete, jonka kiinteä proteiinipitoisuus on noin 10 - 30 painoprosenttia. Sen jälkeen lietteeseen lisätään vesiliukoista silikaattia reaktioseoksen vaahtoamisen minimoimiseksi proteiinin hapetuksen aikana ja lisäksi lietteeseen lisätään riittävä määrä ureaa, joka reagoi kasvisproteiinissa olevan ureaasin kanssa antaen siten vapaata ammoniakkia ja säätäen lietteen pH:n yli noin Θ. Tämä ureamäärä ei ainoastaan anna tarvit-

J

tavaa pH:ta hapetusreaktiolle, vaan ureaasin ja urean välinen jatkuva reaktio vapauttaa ammoniakkia tämän pH:n säilyttämiseksi koko reaktioajan mukaanluettuna lämmitys-vaihe, jolloin reaktioseoksen pH:ta ei tarvitse jatkuvasti säätää. Pro teiinipitöisen materiaalin ja lisätyn urean ja silikaatin muodostama liete saatetaan sitten reagoimaan hapetusaineen kanssa proteiinipitoisen materiaalin modifioi-miseksi ja sen Teologisten ominaisuuksien muuttamiseksi. Proteiinipitoisen lietteen modifioinnin jälkeen tämä liete käsitellään lämmittämällä se korotettuun lämpötilaan noin 104 - 160°C käsittelyäjän ollessa edullisesti noin 90 - 150 sekuntia, jonka jälkeen liete jäähdytetään ja kuivataan.

i il 5 70422

Yllä kuvatulla yleismenetelmä1lä valmistettu modifioitu protei in ip itoinen materiaali muodostuu kuivatuksi materiaaliksi, jonka pH on noin 7 ja jolla on erinomaiset Teologiset ominaisuudet vesipitoisissa väliaineissa, josta syystä se sopii erittäin hyvin paperipinnoiteseosten pigmenttisi-deaineeksi. Esillä olevan keksinnön mukaisella modifioidulla proteiinipitoisella liimalla valmistetuilla pinnoiteseoksilla on entistä paremmat Teologiset ominaisuudet paperiin levitettynä, josta syystä pinnoitteessa tai päällysteessä voidaan käyttää enemmän kiinteitä aineita muuttamatta epäedullisesti paperin ulkonäköä. Suurempi kiinteäainemäärä pinnoitteessa on myös edullinen pinnoitteen vesimäärän vähentämiseksi ja tästä syystä päällystetyn paperin kuivaus-ajan lyhentämiseksi.

Esillä olevan keksinnön kohteena on kasviproteiinimateria a 1i , erityisesti eristetty kasviproteiini ja edullisesti eristetty soija. Tästä syystä keksintöä selostetaan eristetyn soijan yhteydessä, koska juuri tällä alueella keksintö kehitettiin, mutta tästä huolimatta on selvää, että muitakin kasviproteii-ni- tai soijamateriaaleja voidaan käyttää. Eristetty soijaprotei ini valmistetaan käsittelemällä rasvattomiksi tehdyt soijapapuhiutaleet alkalisella liuoksella proteiinin saattamiseksi liukenevaksi. Sen jälkeen proteiini erotetaan aikalisistä liukenemattomista kiinteistä aineista suodattamalla tai linkoamalla. Tämän jälkeen protei in ip it öinen liuos seostetaan kvarkin muodossa säätämällä liuoksen pH proteiinin isoelektriseen pisteeseen tai soijaproteiin in kyseessä ollen tavallisesti välille noin 4 - 4,5. Kvarkki voidaan kuivata, jolloin saadaan puhtaudeltaan yli 95-pro-senttista rakeista kuivaa proteiinia. Esillä olevan keksinnön yhteydessä kvarkkia voidaan käyttää ilman lisäkäsittelyä tämän jälkeen kuvattavassa modifiointireaktiossa. Keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa vain kvarkkiin verrattaessa sitä kuivaan proteiinimateriaaliin. Yllä kuvatulla tekniikalla valmistettu eristetty soija, jota ei ole millään tavoin muuten lämmitetty tai modifioitu, sisältää tyypilli 6 70422 sesti huomattavan määrän ureaasia, joka on keittämättömän tai modifvoimattoman soijaproteiinin luonnollinen ainesosa. Kesintöä ei kuitenkaan ole tarkoitus rajoittaa vain modifioimat tomaan eristettyyn proteiiniin , koska on selvää, että ureaasia voidaan myös lisätä proteiinimateriaaliin sen saattamiseksi reagoimaan lisätyn urean kanssa, kuten jäljempänä selvitetään. Tämän jälkeen modifioimaton tai happosaostettu proteiini muodostetaan vesipitoiseksi lietteeksi, jonka kiinteäproteiinipitoisuus on noin 10 -30 painoprosenttia ja edullisesti noin 10 - 20 painoprosenttia. Tavallisesti happosaostetun proteiinin pH on välillä 4 - 4,5, vaikkakin suurempia tai pienempiä pH-arvoja voidaan myös käyttää. Eristetyn soijaproteiinin muodostamaan lietteeseen lisätään vesiliukoista silikaattia, joka minimoi reaktioseoksen vaahtoamisen hapetusreaktion aikana. Edullinen määrä silikaattia on 5 - 15 painoprosenttia kiinteästä proteiinipitoisuudesta. Vaikkakin useat vesiliukoiset silikaatit sopivat käytettäviksi esillä olevassa keksinnössä eikä keksintöä ole tarkoitus rajoittaa millään tietyllä käytettävällä tyypillä, on edullista käyttää jotakin emässilikaattia, kuten natriumsilikaattia, koska tämä materiaali on hyvin liukeneva ja helposti saatavissa.

Sen jälkeen lisätään tietty määrä ureaa vesiliukoisen silikaatin sisältävään proteiinipitoiseen lietteeseen, ja tästä muodostuu tärkeä lisäaine keksinnön mukaisen modifioidun pr oteiin ip itoisen liiman valmistuksessa.

Tässä mielessä yllä kuvatulla tavalla yleisesti valmistettu modifioimaton soijaproteiinimateriaali sisältää huomattavan määrän ureaasia, joka reagoi lisättyyn ureaan aiheuttaen ammoniakin vapautumisen ureasta ja nostaen lietteen pH-arvon ainakin yli 8 ja edullisesti välille noin 8 - 10. Keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa modifioimattomiin tai keittämät-tömiin prote iinimateriaaleihin , koska on selvää, että ureaasia voidaan myös lisätä tarvittaessa reaktioseokseen ammoniakin vapauttamiseksi ureasta jopa silloin, kun proteiinimateriaalissa ei luonnostaan ole läsnä huomattavaa 7 70422 määrää ureaasia. Ureaa lisätään normaalisti sellainen määrä, että se riittää muodostamaan lietteen pH;n esitetylle alueelle. Urea muodostaa tavan ohjata reaktioseoksen emäksisyyttä jatkuvasti hapetusreaktion aikana ilman jatkuvaa pH:n säätöä. Edullisesti käytetty ureamäärä on noin 1-5 painoprosenttia lietteen kiinteästä proteiinipitoisuudesta .

Tämän jälkeen liukenevan silikaatin ja urean sisältävään proteiinipitoiseen lietteeseen lisätään hapettava määrä hapetusainetta, joka reagoi proteiinipitoiseen materiaaliin ja modifioi sen muuttaen siten alkuperäisen modifioimattoman soijaproteiinin molekyyliominaisuuksia. Esillä olevassa keksinnössä edullisesti käytetty hapetusaine on peroksidi, edullisesti joku liukeneva peroksidi, kuten vetyperoksidi, natriumperoksidi, barium- tai magnesiumperoksidi. Muitakin hapetusaineita, kuten hypokloriitteja tai perboraatteja voidaan myös käyttää eikä tietty hapetusaine ole keksinnölle ratkaiseva. Tyypilliset hapetusainemäärät, joita tarvitaan proteiinipitoisen materiaalin modifioimiseksi, ovat noin 5-15 painoprosenttia kiinteästä proteiinipitoisuudesta ja edullisesti noin 8-12 painoprosenttia lietteen kiinteästä proteiinipitoisuudesta. Modifiointi- tai hapetusreak-tion annetaan jatkua riittävän ajan proteiinin Teologisten ominaisuuksien muuttamiseksi modifioimalla soijaproteiini-molekyyli. Tyypillisesti yllä kuvatun tyyppiset hapetus-reaktiot johtavat modifioituun proteiiniin, jolla on alhaisempi viskositeetti kuin alkuperäisellä tai modifioi-mattomalla proteiinilla. Näin on asianlaita esillä olevassa keksinnössäkin ja hapetusreaktion annetaan jatkua riittävän ajan proteiinin modifioimiseksi tai sen viskositeetin laskemiseksi muulla tavoin. Yllä kuvatun hapetusreaktion aikana urean läsnäolo reaktioseoksessa ja alkuperäisen soijaproteiin in ureaasissa ohjaa reaktioseoksen pH:n yli noin 8, jolloin peroksidin teho hapetusaineena paranee ja saadaan aikaan soijaproteiinimolekyyIin modifioituminen tavalla, joka on selvästi parempi ja tehokkaampi kuin 8 70422 tekniikan tasossa aikaansaadut. Edelleen vesiliukoisen silikaatin läsnäolo reaktioseoksessa estää vaahtoamisen, joka on tämän tyyppisten modifiointi- tai hapetusreaktioiden yleinen ongelma, josta syystä esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä sopii erittäin hyvin kaupallisessa mittakaavassa suoritettavaksi.

Hapetusreaktion jälkeen hapetettu tai modifioitu soijaproteii-nimateriaali saatetaan äkilliseen lämmitykseen tai korkeassa lämpötilassa tapahtuvaan lämpökäsittelyyn lyhyeksi ajaksi. Tästä syystä on edullista, että lämmitys suoritetaan suihkukeittimessä tai vastaavassa laitteessa, joka ruiskuttaa suoraan suurpaine- tai suurnopeushöyryä lietteeseen, koska tällä tavoin voidaan äkillinen lämmitys tai halutut lämpötilat saada aikaan mahdollisimman lyhyessä ajassa.

Tästä syystä modifioidun proteiinipitoisen lietteen lämmitys suoritetaan edullisesti käyttämällä suihkukeitintä tai vastaavaa laitetta, joka toimii ruiskuttamalla ilmanpainetta suuremmassa paineessa olevaa suurnopeushöyryä modifioidun proteiinipitoisen materiaalin virtaan. Tästä syystä on edullista keksinnön tarkoitusperien kannalta suorittaa tällainen lämmitys, tyypillisesti höyryn suoraruiskutuksella, lämpötilassa noin 104 - 160°C käsittelyajän ollessa edullisesti noin 90 - 150 sekuntia.

Kuten aikaisemmin todettiin, keksinnön mukaisella modifioidulla soijaproteiinimateriaalilla ei ole ainoastaan erittäin edullisia Teologisia ominaisuuksia, jolloin viskositeetti alkalisessa liuoksessa on 300 - 600 cps, vaan lisäksi se parantaa yllättävästi pigmenttipitoisten paperinpääl-lystysseosten pinnoitusominaisuuksia. Tämä parannus ei ole ainoastaan siinä helpossa tavassa, jolla mainittu seos voidaan muodostaa, vaan se liittyy myös esillä olevan keksinnön mukaisen sideaineen sisältävillä pigmenttiseoksilla päällystetyn paperin väriin. Esillä olevan keksinnön mukaisen modifioidun proteiinipitoisen 1iimasideaineen sisältävillä pinnoitusseoksilla on erinomainen liimautumis- 9 70422 kyky ja niiden väri on verrattavissa kaseiinipintoihin ja ne ovat kuitenkin parempia kuin tekniikan tasossa esitetyt soijaprotei in ipinnoitteet. Tämä mahdollistaa sellaisten pinnoitteiden käytön, jotka sisältävät huomattavasti enemmän kiinteitä aineksia kuin normaalisti olisi mahdollista.

Modifioidun proteiinipitoisen lietteen äkkilämmityksen tai suihkukeiton jälkeen liete jäähdytetään edullisesti lämpötilaan noin 49 - 94°C, jonka jälkeen siitä poistetaan vesi. Tässä vaiheessa on modifioidun proteiinipitoisen materiaalin pH tyypillisesti ainakin noin 7 ja tavallisesti välillä 6,5 - 7,5. Sen jälkeen modifioitua proteiinipitoista liimasideainetta voidaan käyttää emäksisissä pigmenttipitoi-sissa paperipinnoiteseoksissa liimasideaineena, jolloin saadaan aikaan pinnoiteseoksia, joilla on erittäin edulliset Teologiset ja pinnoitusominaisuudet. Esillä olevassa keksinnössä on myös tärkeätä huomata se, että keksinnön mukaista modifioitua proteiinis ideainetta ei hapetusreaktion ja lämmityksen jälkeen happosaosteta, kuten asianlaita on tekniikan tason mukaisissa muissa modifioiduissa proteiini-sideaineissa. Uskotaan, että happosaostusvaiheen poisjättö ja lietteen kuivaaminen pH-arvossa 7 tai sen yli aikaansaa sellaisen modifioidun proteiinisideaineen, joka sisältää kaikki modifioinnilla tai hapetusreaktiolla saadut molekyyli-sirpaleet eikä erota hukkaan niiden tiettyä fraktiota, kuten tapahtuisi, mikäli proteiini tämän jälkeen saatettaisiin liukenevaksi ja saostettaisiin isoelektriseen pisteeseen. Tästä syystä uskotaan, että proteiinin happosaos-tuksen poisjättäminen parantaa edelleen keksinnön mukaisen proteiiniliimasideaineen toimintakykyä paperin pinnoitusseok-sissa .

Seuraavat esimerkit kuvaavat esillä olevan keksinnön eräitä tiettyjä, mutta rajoittamattomia suoritusmuotoja ja niiden tarkoitus on lisäksi esittää keksinnön mukaisen modifioidun proteiiniliimasideaineen sisältävien paperin- 70422 ίο pinnoitusseosten erinomaiset ominaisuudet.

Esimerkki 1 111 kg happosaostettua ja eristettyä soijaproteiinia, jonka pH oli noin 4,5, muodostettiin vesilietteeksi lisäämällä 70 kg 32-asteista vettä, kunnes saavutettiin 15 % kiinteäproteiinipitoisuus. Lietteeseen lisättiin 5 % kiinteän aineen painosta natriumsilikaattia ja 4 S> kiinteän aineen painosta ureaa sekä 10 % kiinteän aineen painosta vetyperoksidia. Näitä kolmea materiaalia sisältävän lietteen annettiin seistä 15 minuuttia ja pH:n todettiin olevan 8,75.

Tämän jälkeen liete lämmitettiin lämpötilaan 160°C suihku-keittimessä, jota käytettiin vastapaineella 90 psi lämmitys-ajan ollessa 120 sekuntia. Lämmitetty tuote tyhjennettiin sitten tyhjökammioon, jota pidettiin arvossa 50 cm elohopeaa tuotteen jäähdyttämiseksi lämpötilaan 71°C. Sen jälkeen tuote syötettiin suihkukuivuriin ja kuivattiin poistoläm-pötilassa 220°C. Kuivatun tuotteen pH oli noin 7,8.

Sen jälkeen kuivattu tuote muodostettiin liuokseksi 25-astei-sella vedellä ja 15 ?i:lla kiinteätä ainetta, jonka pH säädettiin arvoon 9,5 ammoniumhydroksidilla ja jota keitettiin 30 minuuttia lämpötilassa 60°C. Keitetyn liuoksen viskositeetti mitattiin sen jälkeen kierrosnopeudella 60 rpm laitteen ollessa LVT Brookfiled Viscometer varustettuna 2 tuuman akselilla. Viskositeetiksi mitattiin 560 senttipoisea, mikä merkitsee erinomaisia Teologisia ominaisuuksia eristetylle soijaproteiinil le ja joka viskositeetti on verrattavissa kaseiiniin. Tästä syystä tuote toimii hyvin paperin pinnoitteen liimasideaineena.

Esimerkki 2 74 kg happosaostettua ja eristettyä soijaproteiinia, tl n 70422 jonka pH oli noin 4,5, muodostettiin kiinteältä proteiinipitoisuudeltaan 15 % vesilietteeksi lisäämällä 40 kg vettä, jonka lämpötila oli 27°C. Lietteeseen lisättiin natriumsilikaattia 5 painoprosenttia kiinteästä aineesta, ureaa 2 painoprosenttia kiinteästä aineesta ja vetyperoksidia 10 painoprosenttia kiinteästä aineesta. Nämä kolme materiaalia sisältävän lietteen annettiin seistä 15 minuuttia ja lietteen pH-arvoksi mitattiin 7,8.

Sen jälkeen liete kuumennettiin suihkukeittimessä lämpötilaan 160°C 90 psi vastapaineella toimivassa suihkukeittimessä 120 sekunnin aikana. Tämän jälkeen lämmitetty tuote tyhjennettiin tyhjökammioon, joka pidettiin 50 cmsssä elohopeaa tuotteen jäähdyttämiseksi lämpötilaan 71°C. Tämän jälkeen tuote syötettiin suihkukuivuriin ja kuivattiin poistolämpö-tilassa 104°C. Kuivatun tuotteen pH oli 6,8.

Keksinnön mukaisen modifioidun proteiiniliimasideaineen lieteominaisuuksien arvioimiseksi ja sen pigmenttip it öisten paperinpinnoitteiden liimasideaineominaisuuksien arvioimiseksi suoritettiin seuraavassa esitetyille tuotteille seuraavat kokeet.

Esillä olevan keksinnön mukaista tuotetta verrattiin moniin tekniikan tason tuotteisiin muodostamalla näiden tuotteiden liuoksia 15 % kiinteäpitois uudella. Liuoksen pH säädettiin arvoon 9,5 lisäämällä ammoniumhydroksidia ja keitettiin 30 minuuttia 6n°C:ssa. Näiden keitettyjen liuosten viskositeetti mitattiin sitten Brookfield-viskometrillä, malli n:o LVT, jossa on 2 tuuman akseli ja kierrosnopeus 60 rpm, ja liuosten väriä verrattiin käyttämällä Hunter Lab Colorimeter-laitetta ja vertailevia merkintöjä "L", "a" ja "b". "L"-sarake edustaa värin kirkkautta, "a"-sarake punavihreää ja "b" keltasinistä.

Näiden mittausten tulokset on esitetty seuraavassa taulukossa 1.

70422 12 TAULUKKO 1 Näyte Viskositeetti Väri (senttipoisea) L a b

Kaseiini 1380 40,6 -2,3 -1,3

Esimerkillä 3 valmistettu eristetty modifioitu soija 560 38,7 -0,7 +14,8

Eristetty hydrolysoitu soijaproteiini 34 19,5 -1}9 + 6,1 Tästä voidaan todeta, että keksinnön mukaisen modifioidun ja eristetyn proteiiniliuoksen viskositeetti on lähempänä kaseiinia kuin tavanomaisen eristetyn, modifioidun tai hydrolysoidun proteiinin, joka on hydrolysoitu lisäämällä emästä ja keittämällä emäksisessä pH:ssa. Liuoksen kirkkaus, jota esitti sarake "L", oli myös lähempänä kaseiinin kirkkautta kuin modifioimaton materiaali.

Esillä olevan keksinnön mukaisen modifioidun ja eristetyn proteiinin suorituskyky paperinpinnoitteiden liimasideaineena verrattuna yllä kuvattuihin tuotteisiin arvioitiin valmistamalla seuraava pinnoite.

Paperinpinnoite (50 % kokonaiskiintoaine) 100 osaa kuivaa savea toimitettiin lietteessä, joka sisälsi 70 painoprosenttia savea. Tämä yhdistettiin 15 osaan kuivaa eristettyä proteiinia, joka oli toimitettu proteiini-liuoksena kiinteän pitoisuuden ollessa uunikuivattuna 17 painoprosenttia. Pinnoite säädettiin pH-arvoon 9,0 lisäämällä ammoniumhydroksid ia ja sen viskositeetti todettiin RVT-mittari11a ja 6 tuuman akselilla varustetussa Brookfield Viscometer-1 a itteessa, kuten taulukossa 2 on esitetty ja tämän jälkeen pinnoite levitettiin paperiin vetokiskolla.

O

Noin 14 - 15 g/fn pinnoitetta levitettiin kullekin paperi-arkille. Tämän jälkeen pinnoitetun paperin kiilto arvioitiin menetelmällä T-480, peittokyky menetelmällä T-425 ja

II

!3 70422 kirkkaus menetelmällä T-452, jotka ovat Technical Association of Pulp and Paper Industries (TAPPI) järjestön käyttämiä vakio-mittausmenetelmiä. Nämä tulokset on esitetty myös taulukossa 2.

Taulukko 2

Pinnoitteen viskositeetti (CPS) % % %

Tuote_10 rpm 100 rpm Kirkkaus Kiilto Peittokyky

Kaseiini 32.000 9.200 76,3 59,1 96,3

Esimerkillä 3 valmistettu eristetty modifioitu soija 13.000 3.400 75,4 63,9 96,7

Eristetty hydrolysoitu soi japrotei ini 10.600 2.480_74,4_64,3__96,2__ Tästä voidaan todeta, että pinnoitteen viskositeetti oli alhaisempi esillä olevan keksinnön mukaisella eristetyllä ja modifioidulla tuotteella kuin kaseiinilla, kun taas paperipinnoitteiden kirkkaus, kiilto ja peittokyky olivat verrattavissa kaseiiniin. Tämä alhaisempi viskositeetti on huomattava parannus, koska se mahdollistaa paljon suuremman kiinteän aineen määrän käytön pinnoitteessa verrattuna kaseiiniin.

Esimerkki 3

Seuraava vertailu suoritettiin urean ja silikaatin käytön tärkeyden osoittamiseksi esillä olevan keksinnön mukaisen eristetyn proteiinin modifioinnissa ja siinä mielessä, että saadaan yllättävästi parannettua pinnotteiden pinnoitusomi-naisuuksia, kun pinnoitteet valmistetaan käyttämällä tätä materiaalia liimasideaineena.

Esimerkissä 2 esitetyllä menetelmällä valmistettua modifioi- ia 70422 tua ia eristettyä pro te iin ia v/errattiin eristettyyn proteiiniin, joka oli valmistettu seuraajassa esitetyllä menetelmällä.

Toimenpide A - pH-arvoltaan 4,5 oleva happosaostettu ja eristetty soija säädettiin kiintoainemäärään 10 paino-prosenttia. Lietteen pH säädettiin arvoon 8,0 lisäämällä natriumhydroksidia. Vetyperoksidia lisättiin 10 % lietteen kiinteän aineen painosta. Liete esilämmitettiin aluksi 30 minuutin aikana 71°C:een ja ohjattiin sen jälkeen lämpötilassa 160°C 2 minuutin aikana 90 psi vastapaineella toimivan suihkukeittimen läpi. Lämmitetty tuote tyhjennettiin sitten tyhjökammioon, jota pidettiin 50 cm:ssä elohopeaa tuotteen jäähdyttämiseksi lämpötilaan 71°C. Tuote syötettiin sitten su i.hkeku i vuri in ja kuivattiin poist olämpöt i lassa 104 °C.

Paperinpinnoitteet valmistetiin esimerkissä 2 esitetyn menettelyn mukaisesti sekä yllä esitetyllä menettelyllä A saadulla materiaalilla ja esimerkissä 2 yleisesti kuvatulla keksinnön mukaisella materiaalilla. Pinnoitteiden arvioinnit suoritettiin esimerkissä 2 esitetyllä tavalla ja tulokset on esitetty taulukossa 3. Liimauskykyä koskeva lisäarviointi suoritettiin myös TAPPI menettelyn T-499 mukaisesti.

i5 70422 Φ 4-> co 3 E ·

Λ® VO O

I— o \ VO

C3 *· E Ή »"H

t—» C G

§ es <r CB *· *·

O? u"\ lA

r*> Γ-* u

•H

i

O ίΛ CO

4J ·. *

έ° ±i V VO VO

ω il Ον ov CL -¥ o a-3 vo σν

•H

• H IA KV

i*T VO VO

0 -L> •h σν —t o o o o C OM ·.

ΓΑ 5 m ^ <t tA

•H tO \ , , Q. Q_ D> ^ ^

O

x oo r*

=J

_i σν cv

=D

< s;

I— CL lA O

oc o

Ή /—) KV

*> O · ω 4-> 5“

•H ϋ Q O

M cc o a 5 o 7 7

•H ^ <N tA

>

lA O

S: s; cm o 8 | 7 7 4-> o kv σν o o o § o o

•5 g O tA

O- cc · VO ΓΑ

O -H

ω 3 4-)

:C0 4J O

«-H 4-J 3 »-H G 4->

:C0 4J C

E Cl) O C

fH Ή CO)

O 0) E C C

4-1 4-> ·-* ·Η -H

O G CO CO CD

3 C > J* >— a) g 3 s: e :*: s u 70422

Modifiointi, joka suoritettiin silikaatin läsnäollessa, kehitti mahdollisimman vähän vaahtoa verrattuna menettelyssä A esitettyyn menetelmään. Taulukossa 3 esitetty IGT-arvo mittaa päällystetyn paperin pinta lujuutta mittaamalla se voima, jonka pinnoite kestää tietyn tyyppisillä musteilla kohopainetoiminnassa. On selvää, että urean ja silikaatin käyttö modifioitaessa proteiinia ratkaisee vaahtoamis-ja pH-säätöongelmat ja sen lisäksi saa aikaan yllättävän parannuksen sellaisten paperinpinn o itte iden 1iimauskyvyssä, jotka on valmistettu käyttämällä menettelyn A mukaista modifioitua proteiinia 1 i imas idea inee na .

Vaikka esillä oleva keksintö on kuvattu viittaamalla yllä esitettyihin tiettyihin suoritusmuotoihin, on selvää, että tarkoituksena on sisällyttää keksinnön puitteisiin kaikki kohtuulliset ja vastaavat muunnosmuodot.

Claims (9)

1. Menetelmä modifoidun paperipinnoiteseoksissa käytettävän kasviproteiini1iimasideaineen valmistamiseksi, tunnet-t u siitä, että a. muodostetaan ureaasipitoisen kasviproteiinimateriaalin liete, jonka kiinteä proteiinipitoisuus on 10 - 30 painoprosenttia ; b. lisätään mainittuun lietteeseen vesiliukoista silikaattia ja riittävästi ureaa sen saattamiseksi reagoimaan ureaasin kanssa lietteen pH-arvon saattamiseksi yli noin 8, ja c. saatetaan mainittu liete reagoimaan hapetusaineen kanssa, jota on 8 - 12 painoprosenttia mainitun lietteen kiinteästä pitoisuudesta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun lietteen kiinteä proteiinipitoisuus on 10 - 20 painoprosenttia.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen silikaatin lisäystä on mainitun lietteen pH välillä noin 4 - 4,5.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittua vesiliukoista silikaattia on läsnä noin 5 - 15 % mainitun lietteen kiiteän proteiinin painosta.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu vesiliukoinen silikaatti on joku alkaali-silikaatti.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu alkaalisilikaatti on natriums ilikaatti. 18 70422

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisätään riittävästi ureaa sen saattamiseksi reagoimaan ureaasin kanssa ja lietteen pH:n saattamiseksi arvoon noin 8-9,

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liete lämmitetään lämpötilaan 104 - 166°C.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämmitys suoritetaan ajassa noin 90 - 150 sekuntia.