FI89719B - Method for production of a starch-based polymer dispersion, and a dispersion produced by the method - Google Patents

Method for production of a starch-based polymer dispersion, and a dispersion produced by the method Download PDF

Info

Publication number
FI89719B
FI89719B FI906460A FI906460A FI89719B FI 89719 B FI89719 B FI 89719B FI 906460 A FI906460 A FI 906460A FI 906460 A FI906460 A FI 906460A FI 89719 B FI89719 B FI 89719B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
starch
grafting
cleavage
process according
dispersion
Prior art date
Application number
FI906460A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI906460A0 (en
FI89719C (en
FI906460A (en
Inventor
Antti Juhani Hamunen
Kari Tapani Nurmi
Lauri Vilho Kalevi Ranki
Original Assignee
Raisio Chem Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Raisio Chem Oy filed Critical Raisio Chem Oy
Priority to FI906460A priority Critical patent/FI89719C/en
Publication of FI906460A0 publication Critical patent/FI906460A0/en
Publication of FI906460A publication Critical patent/FI906460A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI89719B publication Critical patent/FI89719B/en
Publication of FI89719C publication Critical patent/FI89719C/en

Links

Landscapes

  • Graft Or Block Polymers (AREA)
  • Paper (AREA)

Description

8971 98971 9

Menetelmä tärkkelysperustaisen polymeeridispersion valmistamiseksi sekä menetelmällä valmistettu dispersio 5 Keksintö koskee menetelmää vesipitoisen polymeeridisper sion valmistamiseksi, joka sisältää tärkkelyksen ja tyy-dyttymättömän monomeerin oksaskopolymeeriä. Dispersion kiintoainepitoisuus on suuri, mutta viskositeettitaso säädettävissä teknisen sovelluksen - esim. käytön sideai-10 neena paperiteollisuudessa - vaatimalle tasolle. Keksintö koskee myös menetelmällä valmistettua polymeeridisper-siota.The invention relates to a process for preparing an aqueous polymer dispersion comprising a graft copolymer of starch and an unsaturated monomer. The solids content of the dispersion is high, but the viscosity level can be adjusted to the level required by the technical application - e.g. use as a binder in the paper industry. The invention also relates to a polymer dispersion prepared by the process.

Oksaskopolymeerien valmistaminen tärkkelyksestä ja tyy-15 dyttymättömistä monomeereista radikaalipolymeraatiolla on sinällään tunnettua. Katsaus tekniikan tähänastisesta tasosta on esitetty mm. kirjassa O.B. Wurtzburg: Modified starches: Properties and Uses (CRC press, 1986). Patenttikirjallisuudessa mm. patentit US 3061571, US 20 3061472 US 3138564 GB 869501 ja US 4301017 kuvaavat ok saskopolymeerien valmistusta tärkkelyksestä.The preparation of graft copolymers from starch and unsaturated monomers by radical polymerization is known per se. An overview of the current state of the art is presented e.g. in O.B. Wurtzburg: Modified starches: Properties and Uses (CRC press, 1986). In the patent literature, e.g. U.S. Pat. No. 3,061,571, U.S. Pat. No. 20,306,1472, U.S. Pat. No. 3,138,564, GB 869,501 and U.S. Pat.

Näihin tunnettuihin menetelmiin liittyy kuitenkin epäkohtia, jotka johtavat siihen, että tuotteena oleva oksasko-• 25 polymeeri on liuosmaisena stabiili vain alhaisissa kuiva-*"L ainepitoisuuksissa, tai sitten tuotteena olevalla disper siolla on heikkouksia tarkoitetuissa sovelluksissa. Esim. patentti US-4301017 kuvaa vesipitoisen tärkkelysoksas-kopolymeeridispersion käyttöä paperin päällysteen sideai-30 neena. Mainitun patentin oppien mukaan valmistetun dispersion sidoslujuus on ollut kuitenkin puutteellinen.However, these known methods have drawbacks which result in the product graft polymer being stable in solution only at low dry matter concentrations, or that the product dispersion has weaknesses in the intended applications, e.g., U.S. Pat. No. 4,301,177 describes an aqueous the use of a starch graft copolymer dispersion as a binder for a paper coating, however, the bond strength of the dispersion prepared according to the teachings of said patent has been deficient.

Hakemuksemme mukaisesti valmistetun polymeeridispersion on todettu olevan stabiilin pitkiäkin aikoja korkeissa, 35 vähintään 25 painoprosentin, mutta tyypillisesti 40-55 painoprosentin kuiva-ainepitoisuuksissa. Keksinnön mukaisen polymeeridispersion pääasialliseksi sovellusalueeksi on tarkoitettu sideainekäyttö paperiteollisuudessa, joi- 8971 9 2 loin sen on todettu antavan edullisten käsittelyominaisuuksiensa ohessa myös hyvän sidoslujuuden.The polymer dispersion prepared according to our application has been found to be stable for long periods of time at high dry matter contents of at least 25% by weight, but typically 40-55% by weight. The main field of application of the polymer dispersion according to the invention is intended to be the use of a binder in the paper industry, in which case it has been found to provide good bonding strength in addition to its advantageous handling properties.

Keksinnönmukaisessa menetelmässä oksastetaan jyväsmuodos-5 sa oleva tärkkelys tai tärkkelysjohdannainen sopivaa ra-dikaali-initiaattoria katalyyttinä käyttäen tyydyttymät-tömiä kaksoissidoksia sisältävällä monomeerilla. Menetelmän tunnusmerkilliset piirteet ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1.In the process of the invention, the starch or starch derivative in granule form 5 is grafted with a monomer containing unsaturated double bonds using a suitable radical initiator as a catalyst. The characteristic features of the method appear from the appended claim 1.

10 Käytetty tärkkelys voi olla mikä tahansa luonnon raaka-aineista eristetty tärkkelys (natiivi tärkkelys), esim. peruna-, ohra-, vehnä-, kaura-, maissi-, tapioka-, sago, riisi tms. mukula- tai viljaperäinen tärkkelys. Lähtö-15 aineena voidaan natiivien tärkkelysten lisäksi käyttää myös eri tavoin modifioituja tärkkelyksiä. Esimerkkeinä mainittakoon hapetetut, happopilkotut, kationoidut, ety-leeni- tai propyleenioksidilla eetteröidyt, eri tavoin esteröidyt (esim. asetyloidut ja fosfatoidut) sekä eri 20 tavoin ristisidotut tärkkelykset.The starch used may be any starch isolated from natural raw materials (native starch), e.g. potato, barley, wheat, oat, corn, tapioca, sago, rice, etc. tuber or cereal starch. In addition to native starches, variously modified starches can also be used as starting material. Examples are starches which have been oxidized, acid-cleaved, cationized, etherified with ethylene or propylene oxide, variously esterified (e.g. acetylated and phosphatized) and variously cross-linked starches.

Radikaali-initiaattorina voidaan käyttää mitä tahansa tunnettua oksastuksessa käyttökelpoista initiointi-menetelmää. Näitä ovat mm. vetyperoksidi joko sellaise-25 naan tai hapetus-pelkistysparina yhdessä sopivan rauta-, kupari-, mangaani-, tms. suolan, askorbiinihapon tai muun sopivan hapettuvan yhdisteen kanssa; ammonium-, kalium-ym. persulfaatit; ceriumsuolat (esim. ceriumammoniumnit-raatti) sekä elektroni- ja UV-säteilytys.Any known initiation method useful in grafting can be used as the radical initiator. These include e.g. hydrogen peroxide either as such or as an oxidation-reduction pair together with a suitable iron, copper, manganese, or the like salt, ascorbic acid or other suitable oxidizing compound; ammonium, potassium and the like. persulfates; cerium salts (e.g. cerium ammonium nitrate) and electron and UV irradiation.

3030

Oksastuksessa käyttökelpoisia, polymeeriketjuja muodostavia monomeereja on käytettävissä suuri määrä. Esimerkkeinä mainittakoon styreeni, butadieeni, akryylihapon esterit alkoholien kanssa, akryylihappo, akryylinitriili, 35 akryyliamidi, vinyyliasetaatti, N-vinyylipyrrolidoni, 2- etyyliheksyyliakrylaatti sekä metakryylihappo ja sen esterit alkoholien kanssa. Käyttökelpoisia ovat myös eri- 3 89719 laisten tyydyttymättömien monomeerien, esim. edellä mainittujen yhdisteiden seokset.A large number of polymer chain-forming monomers useful in grafting are available. Examples which may be mentioned are styrene, butadiene, esters of acrylic acid with alcohols, acrylic acid, acrylonitrile, acrylamide, vinyl acetate, N-vinylpyrrolidone, 2-ethylhexyl acrylate and methacrylic acid and its esters with alcohols. Mixtures of various unsaturated monomers, e.g. the above-mentioned compounds, are also useful.

Oksastus on edullista, ja useimmiten välttämätöntä suo-5 rittaa hapettomissa olosuhteissa, esim. suojakaasuna typ- piatmosfääri.Grafting is preferred, and in most cases necessary under oxygen-free conditions, e.g., a nitrogen atmosphere as a shielding gas.

Mikäli keksinnönmukaisen valmistusprosessin myöhemmässä vaiheessa suoritettu hydrolyyttinen pilkkominen suoriteli) taan happokatalyyttisesti mikä on edullinen pilkkomistapa - on kuitenkin edullisinta käyttää tässä vaiheessa, siis jyväsmuodossa olevaan tärkkelykseen tapahtuvassa oksas-tuksessa, monomeerejä, jotka eivät sisällä hapon vaikutuksesta hajoavia ryhmiä (esim. esterihydrolyysi akrylaa-15 teillä). Näinollen esim. styreeni, butadieeni sekä akryyli- ja metakryylihapot ovat edullisia oksastusmonomeere-ja.However, if the hydrolytic cleavage carried out at a later stage of the preparation process according to the invention is carried out acid-catalytically, which is the preferred cleavage method, it is most preferred to use monomers which do not contain acid-degradable groups (e.g. ). Thus, e.g., styrene, butadiene, and acrylic and methacrylic acids are preferred grafting monomers.

Edellämainittu ei suinkaan estä esim. akryylihapon este-20 reiden tai vastaavien yhdisteiden käyttöä dispersion valmistuksen ensivaiheessa. Tällaisissa tapauksissa on vain tyydyttävä siihen, että jatkossa suoritettava pilkkomis-menettely suoritetaan muulla tavoin (esim. entsymaattisesti), jolloin stabiilin dispersion saavuttamiseksi ei . .·. 25 helposti päästä yhtä suuriin dispersion kiintoainepitoi-.···. suuksiin kuin tehokkaimpia pilkkomismenetelmiä (happoka- "" talyysi) käytettäessä.The above does not in any way preclude the use of e.g. acrylic acid barriers or the like in the first step of preparing the dispersion. In such cases, it is only sufficient that the subsequent cleavage procedure be carried out in another way (e.g. enzymatically) so as not to achieve a stable dispersion. . ·. 25 easily reach equal solids content of the dispersion. ···. than the most efficient cleavage methods (acid talc).

Hapolle herkkien yhdisteiden käytölle oksastusmonomeerei-30 na keksinnönmukainen menetelmä antaa kuitenkin toisen ja edellä esitettyä edullisemman mahdollisuuden. Tämän mukaan - kuten jäljempänä esitetyistä sovellusesimerkeistä selviää - oksastus suoritetaan useammassa vaiheessa seuraavasti:However, the use of acid-sensitive compounds as grafting monomers according to the invention provides another and more advantageous possibility than described above. Accordingly, as can be seen from the application examples below, grafting is performed in several steps as follows:

Ensin suoritetaan jyväsmuodossa olevaan tärkkelykseen tapahtuva oksastus happojen suhteen kestävillä monomee- : : 35 4 89719 reillä (styreeni, butadieeni jne.)· Tämän jälkeen suoritetaan tärkkelysjyvästen pilkkominen ja gelatinointi optimaalisella tavalla (sopiva tekniikka on selvitetty yksityiskohtaisesti jäljempänä). Sitten, esioksastettu, 5 pilkottu ja gelatinoitu tärkkelysjohdannainen oksastetaan uudelleen haluttuja ominaisuuksia antavalla mono-meerilla tai monomeeriseoksella.Grafting onto the starch in granular form is first carried out with acid-resistant monomers (styrene, butadiene, etc.). · Then the cleavage and gelatinization of the starch grains are carried out in an optimal manner (the suitable technique is explained in detail below). The pre-grafted, cleaved and gelatinized starch derivative is then re-grafted with a monomer or monomer mixture giving the desired properties.

On korostettava että merkityksellistä keksinnölle ja sen 10 nykytekniikan tasoon verrattuna tarjoamille parannuksille (esim. pintalujuus paperisovelluksissa) on nimeenomaan käsittelyjärjestys, jossa ensimmäinen oksastus tapahtuu jyväsmuodossa olevaan tärkkelykseen ja reaktioseoksen saattaminen dispersiomuotoon sopivalle viskositeetti-15 tasolle, joka saadaan aikaan gelatinoimisen ja pilkkomisen avulla, tapahtuu vasta tämän jälkeen. Dispersion laatuominaisuuksia voidaan sitten muunnella vielä jatko-oksastuksella.It should be emphasized that relevant to the invention and the improvements it provides over the prior art (e.g., surface strength in paper applications) is specifically the treatment sequence in which the first grafting occurs to the starch in granular form and dispersing the reaction mixture to a suitable viscosity level. after this. The quality properties of the dispersion can then be further modified by further grafting.

20 Oksastuksessa käytetyn monomeerin tai monomeeriseoksen kokonaismäärää voidaan varsin laajoissa rajoissa vaihdella. Monomeerin/seoksen määrää ja laatua vaihtelemalla voidaan valita kuhunkin sovellukseen optimaalinen poly-meeridispersiolaatu. Esim. paperin pintaliimauksessa ja 25 päällystyksessä voidaan näitä sideaineparametreja optimoimalla vaikuttaa paperituotteen painettavuusominaisuuk-siin. Teoreettisesti synteettisen monomeerin määrä voi vaihdella rajoissa 1 - >300 % laskettuna kuivan tärkkelyksen määrästä. Käytännössä on kuitenkin tarkoituksenmu-; 30 kaista pysytellä alle 200 %:n määrissä sekä tuotantotaloudellisista, että teknisistä syistä. Edullista on, että keksinnönmukaisessa menetelmässä jyväsmuodossa olevaan tärkkelykseen tapahtuvassa oksastuksessa monomeerien määrä on pienempi kuin 50% kuivan tärkkelyksen kokonaismää-35 rästä, ja mahdollinen lisämonomeerimäärä oksastetaan vasta pilkkomisvaiheen jälkeen.The total amount of monomer or monomer mixture used in the grafting can vary within quite wide limits. By varying the amount and quality of the monomer / mixture, the optimal polymer dispersion quality for each application can be selected. For example, in surface sizing and coating of paper, the printability properties of the paper product can be affected by optimizing these binder parameters. Theoretically, the amount of synthetic monomer can range from 1 to> 300% based on the amount of dry starch. In practice, however, it is appropriate; 30 lanes to remain below 200% for both production economic and technical reasons. It is preferred that in the process according to the invention, in the grafting onto the starch in granular form, the amount of monomers is less than 50% of the total amount of dry starch, and any additional amount of monomer is grafted only after the cleavage step.

5 8971 95 8971 9

Kuten edellä esitetystä on jo käynyt ilmi, keksinnönmu-kaisessa menetelmässä tärkkelysoksaste, joka on jyväsmuo-dossa, pilkotaan katalyyttisesti ja joko saman aikaisesti tai pilkkomisvaiheen jälkeen saatetaan dispersiomuotoon 5 hajoittamalla oksastejyväset kuumentamalla tärkkelysok- sasteen vesiseosta yli gelatinoitumislämpötilan, joka -riippuen lähtöaineena käytetystä tärkkelyksestä, substi-tuenttimonomeereistä ja pilkkomistavasta vaihtelee n.As already indicated above, in the process according to the invention, the starch graft in granular form is catalytically cleaved and, either simultaneously or after the cleavage step, is dispersed by dispersing the graft grains by heating the aqueous mixture of starch graft from of the support monomers and the cleavage method varies from n.

40 - 95 °C:n välillä. Oksasteen pilkkomistapahtumassa 10 tärkkelyspolymeerien glukoosiketjut katkeavat sopivan katalyytin vaikutuksesta. Reaktioaikaa, lämpötilaa ja katalyyttikonsentraatiota säätelemällä voidaan lopullisen dispersiotuotteen ominaisuuksia varioida siten, että saavutetaan Teologialtaan kulloiseenkin käyttötarkoitukseen 15 soveltuva polymeeridispersio. Dispersiolle on tunnusomaista se mikä ilmenee oheisesta patenttivaatimuksesta 10.Between 40 and 95 ° C. In the graft cleavage event 10, the glucose chains of the starch polymers are cleaved by a suitable catalyst. By controlling the reaction time, temperature and catalyst concentration, the properties of the final dispersion product can be varied so as to obtain a polymer dispersion suitable for the particular application. The dispersion is characterized by what appears from the appended claim 10.

Oksasteen pilkkomisessa voidaan käyttää kaikkia samoja 20 pilkkomismenetelmiä, mitkä ovat käyttökelpoisia yleensä tärkkelyksen pilkkomisprosesseissa. Näin ollen erilaiset hapetusmenetelroät (esim. hypokloriitin, otsonin tai pe-roksidien avulla), säteilyn (gamma-, elektroni- tai UV -säteily) avulla tapahtuva pilkkoutuminen sekä entsymaat-25 tinen (erityisesti alfa-amylaasien avulla tapahtuva) pilkkoutuminen tulevat kysymykseen.All the same 20 cleavage methods can be used for grafting, which are generally useful in starch cleavage processes. Thus, various oxidation methods (e.g. with hypochlorite, ozone or peroxides), cleavage by radiation (gamma, electron or UV radiation) and enzymatic cleavage (especially by alpha-amylases) are possible.

Erityisen edullinen pilkkomistapa keksinnönmukaisessa menetelmässä on kuitenkin hapon katalysoima hydrolyysi, ; 30 joka sallii tarkan hydrolyysiasteen seurannan ja vis- kositeettitason säädön. Katalyyttihappoina tulevat kysymykseen vahvat hapot yleensä ja erityisesti mineraaliha-poista kloorivetyhappo tai rikkihappo. Tuotteen laadun ja reaktion hallinnan kannalta on edullista, että katalyyt-35 tihapon määrä rajoitetaan siten, ettei reaktioseoksen pH ole oleellisesti alempi kuin 0,5.However, a particularly preferred method of cleavage in the process according to the invention is acid-catalyzed hydrolysis; 30 which allows precise monitoring of the degree of hydrolysis and adjustment of the viscosity level. Suitable catalyst acids are strong acids in general and hydrochloric acid or sulfuric acid in particular. From the point of view of product quality and reaction control, it is preferable that the amount of catalyst acid be limited so that the pH of the reaction mixture is not substantially lower than 0.5.

6 8 971 96 8 971 9

Edullista ja valmistusprosessia nopeuttavaa on myös, että oksastajyväset saatetaan dispersiomuotoon, siis gelatinoi-daan, samanaikaisesti happohydrolyysin kanssa korottamalla reaktioseoksen lämpötila gelatinoitumislämpötilan ylä-5 puolelle.It is also advantageous and to speed up the preparation process that the graft grains are dispersed, i.e. gelatinized, simultaneously with the acid hydrolysis by raising the temperature of the reaction mixture above the gelatinization temperature.

On huomattava, että entsymaattinen pilkkominen alfa-amy-laaseilla tapahtuu prosessiteknisesti aivan samalla tavalla kuin happohydrolyyttinen pilkkominen. Ainoana ra-10 joituksena on, että oksastamisvaiheessa ei tällöin mono- meerin määrä (substituutioaste) voi olla kovin korkea, koska tällöin entsyymien toiminta estyy tai hidastuu liikaa.It should be noted that enzymatic cleavage by alpha-Amy glasses occurs in process processing in exactly the same way as acid hydrolytic cleavage. The only limitation is that in the grafting step, the amount of monomer (degree of substitution) cannot be very high, because then the activity of the enzymes is inhibited or slowed down too much.

15 Pilkkomisia gelatinoimisvaiheiden ja jäähdytyksen jäl keen tuote on pH:n säätöä vaille valmis käytettäväksi ellei jatko-oksastusta tarvita käyttösovelluksessa haluttujen ominaisuuksien aikaansaamiseksi. Mikäli jatko-ok-sastus halutaan tehdä, sen suoritustapa on edullisesti 20 identtinen ensimmäisen oksastusvaiheen kanssa: seokseen saatetaan hapeton tila suojakaasun avulla, lisätään katalyytti ja lisätään vähitellen haluttu monomeerimäärä sopivassa oksastuslämpötilassa reaktioseosta sekoittaen (20-100 °C, tyypillinen reaktioaika 1-2 h).15 After digestion steps and cooling, the product is ready for use without pH adjustment, unless further grafting is required to achieve the desired properties in the application. If further grafting is desired, the procedure is preferably identical to the first grafting step: the mixture is deoxygenated with a shielding gas, the catalyst is added and the desired amount of monomer is gradually added at a suitable grafting temperature with stirring (20-100 ° C, typical reaction time 1-2 h ).

: 25: 25

Seuraavat suoritusesimerkit valaisevat tarkemmin keksin-nönmukaista polymeeridispersion valmistusmenetelmää:The following embodiments further illustrate the method of preparing a polymer dispersion according to the invention:

Esimerkki 1: 212 g hypokloriittihapetettua perunatärkke-30 lystä, jonka kuiva-ainepitoisuus on 82 %, ja karboksyy-lipitoisuus 1,5 % lietettiin 228 g:aan vettä 3 litran reaktioastiassa. Reaktioastiaan järjestettiin inertin atmosfäärin aikaan saamiseksi typpivirtaus nestepinnan alapuolelle. Astiaan lisättiin 0,05 g., kuparisulfaattia 35 ja 0,5 ml 30% vetyperoksidia ja alettiin tiputtaa styreeniä seosta koko ajan sekoittaen. Reaktioastian lämpötila pidettiin 40 °C:ssa vesihauteen avulla. Koko sty- 7 89719 reenimäärä 17,6 g lisättiin 1 tunnin kuluessa, jonka jälkeen lisättiin vielä 0,5 ml vetyperoksidia ja annettiin reaktion jatkua vielä tunnin ajan. Suoritetun kaasugroma-tografisen analyysin perusteella seoksen vapaan styreenin 5 pitoisuus tällöin oli alle 0,02 % (alle käytetyn analyysilaitteiston detektointirajan). Reaktioseoksen pH laskettiin 30% kloorivetyhapolla l,03:ksi ja nostettiin sitten lämpötilaa hitaasti. N. 60 °C:.n lämpötilassa, kun reaktioseoksen viskositeetti alkoi kasvaa oksastejyvästen 10 gelatinoitumisen alkaessa, lämpötilan nosto pysäytettiin, kunnes seoksen viskositeetti taas selvästi laski hydro-lyysin edetessä. Tämän jälkeen lämpötila nostettiin 83 °C:een ja annettiin hydrolyysin jatkua tässä lämpötilassa 3 h ajan. Tuotteena saatu valkea dispersio jäähdytettiin 15 huoneenlämpötilaan ja neutraloitiin 15% NaOH:lla pH 6,5 :een. Tuotteen Brookfield viskositeetti 20 °C:ssa oli 380 cP.Example 1: 212 g of hypochlorite oxidized potato starch with a dry matter content of 82% and a carboxyl content of 1.5% were slurried in 228 g of water in a 3 liter reaction vessel. A nitrogen flow below the liquid surface was provided in the reaction vessel to provide an inert atmosphere. 0.05 g, copper sulfate 35 and 0.5 ml of 30% hydrogen peroxide were added to the vessel, and styrene was added dropwise to the mixture with stirring. The temperature of the reaction vessel was maintained at 40 ° C by means of a water bath. The total amount of styrene 17.6 g was added over 1 hour, after which a further 0.5 ml of hydrogen peroxide was added and the reaction was allowed to proceed for a further hour. Based on the gas chromatographic analysis performed, the free styrene content of the mixture was then less than 0.02% (below the detection limit of the analytical equipment used). The pH of the reaction mixture was lowered to 1.03 with 30% hydrochloric acid and then the temperature was slowly raised. At a temperature of about 60 ° C, as the viscosity of the reaction mixture began to increase with the onset of gelatinization of the graft grains, the temperature rise was stopped until the viscosity of the mixture clearly decreased again as the hydrolysis proceeded. The temperature was then raised to 83 ° C and the hydrolysis was allowed to continue at this temperature for 3 h. The resulting white dispersion was cooled to room temperature and neutralized with 15% NaOH to pH 6.5. The Brookfield viscosity at 20 ° C was 380 cP.

Esimerkki 2: 75 kg natiivia perunatärkkelystä, jonka kui-20 va-ainepitoisuus oli 85,5%, lietettiin 91 kg:aan vettä.Example 2: 75 kg of native potato starch with a fiber content of 85.5% was slurried in 91 kg of water.

Reaktoriin lisättiin 20g rauta(II) sulfaattia ja huuhdeltiin se huolellisesti typellä. Sitten lisättiin 0,2 1 30 % vetyperoksidia ja alettiin vähitellen tiputtaa reak-tioseokseen styreeniä. Koko styreenimäärä (8,8 kg) lisät-25 tiin 1,5 h kuluessa. Vetyperoksidia lisättiin vielä 100 ml 45 min. styreenilisäyksen aloittamisen jälkeen ja toiset 100 ml sen jälkeen kun kaikki styreeni oli saatettu reaktioseokseen. Reaktion annettiin jatkua vielä 1,5 h ajan, jonka jälkeen seos tehtiin happamaksi 30 % kloo-: 30 rivetyhapolla (pH 0,6) ja suoritettiin hydrolyysi ja ge-latinoiminen esimerkin 1 mukaisesti. Korkein hydrolyysi lämpötila oli 89 °C, ja hydrolyysiaika 2 h 45 min. Reaktioseos jäähdytettiin ja neutraloitiin 15% NaOH:lla pH 5,9:ään. Tuotteen Brookfield -viskositeetti oli 790 cP ---- 35 20 °C:ssa.20 g of ferrous sulfate was added to the reactor and it was thoroughly purged with nitrogen. 0.2 L of 30% hydrogen peroxide was then added and styrene was gradually added dropwise to the reaction mixture. The total amount of styrene (8.8 kg) was added within 1.5 h. Another 100 ml of hydrogen peroxide was added over 45 min. after the start of the styrene addition and another 100 ml after all the styrene had been added to the reaction mixture. The reaction was allowed to proceed for a further 1.5 h, after which the mixture was acidified with 30% hydrochloric acid (pH 0.6) and hydrolysed and gelatinized according to Example 1. The highest hydrolysis temperature was 89 ° C, and the hydrolysis time was 2 h 45 min. The reaction mixture was cooled and neutralized with 15% NaOH to pH 5.9. The product had a Brookfield viscosity of 790 cP ---- 35 at 20 ° C.

Esimerkki 3: Tuotteen valmistus suoritettiin esimerkin 1.Example 3: The preparation of the product was carried out according to Example 1.

β 8971 9 mukaisesti seuraavilla ainemäärillä: 244 g hapetettua perunatärkkelystä 450 g:ssa vettä annettiin reagoida 50 g:n kanssa styreeniä. Hydrolyysivaiheessa pH oli 0,5 ja reaktiolämpötila 2 h ajan 94 °C. Neutraloinnin jälkeen 5 saatiin valkea dispersio, jonka Brookfield -viskositeetti oli 120 cP 25 °C:ssa. Tämän jälkeen oksastusta jatkettiin seuraavasti: lisättiin typpi-ilmakehässä olevaan reaktio-seokseen katalyytiksi 1 ml 30% vetyperoksidia ja tiputettiin 2 h kuluessa 150 g butyyliakrylaattia reaktio-10 seokseen. Tämän jälkeen lisättiin vielä toiset 1 ml vetyperoksidia ja annettiin sekoittua 2 h ajan. Saadun kellertävän dispersion viskositeetti oli 480 cP.β 8971 9 with the following amounts: 244 g of oxidized potato starch in 450 g of water was reacted with 50 g of styrene. In the hydrolysis step, the pH was 0.5 and the reaction temperature was 94 ° C for 2 h. After neutralization, a white dispersion with a Brookfield viscosity of 120 cP at 25 ° C was obtained. The grafting was then continued as follows: 1 ml of 30% hydrogen peroxide was added to the reaction mixture under a nitrogen atmosphere and 150 g of butyl acrylate were added dropwise to the reaction mixture over 2 h. An additional 1 mL of hydrogen peroxide was then added and allowed to stir for 2 h. The resulting yellowish dispersion had a viscosity of 480 cP.

Esimerkki 4: Tuotteen valmistus suoritettiin esimerkin 3 15 mukaisesti, mutta toisessa oksastusvaiheessa butyyliakry-laatin sijasta käytettiin 50 g vinyyliasetaattia. Lämpötila toisen oksastuksen aikana pidettiin 50 °C:ssa kolmen tunnin ajan. Harmaanvalkean dispersion viskositeetti huoneenlämpötilassa oli 270 cP.Example 4: The product was prepared according to Example 3, but in the second grafting step 50 g of vinyl acetate were used instead of butyl acrylate. The temperature during the second grafting was maintained at 50 ° C for three hours. The viscosity of the off-white dispersion at room temperature was 270 cP.

2020

Esimerkki 5: Tuote valmistettiin kuten esimerkissä 1. mutta styreenin sijasta reaktioseokseen johdettiin 25 g butadieeniä, joka oli pesty lipeäliuoksella. Tärkkelyksenä oli 212 g esimerkin 1 hapetettua peruna tärkkelys-25 tä. Hydrolyysi ja gelatinoimisvaiheiden jälkeen saatiin tuotteena kellertävä dispersio, jonka Brookfield -viskositeetti oli 340 cP.Example 5: The product was prepared as in Example 1. but instead of styrene, 25 g of butadiene washed with an alkali solution was introduced into the reaction mixture. The starch was 212 g of the oxidized potato starch of Example 1. After the hydrolysis and gelatinization steps, a yellowish dispersion with a Brookfield viscosity of 340 cP was obtained.

Esimerkki 6: Tuote valmistettiin kuten esimerkissä 4, 30 mutta ennen butadieenin oksastusta tärkkelysjyväsiin oksastettiin 15 g styreeniä. Tuotteen, joka oli lähes valkea dispersio, viskositeetti oli 490 cP.Example 6: The product was prepared as in Example 4, 30 but before grafting butadiene into starch grains, 15 g of styrene were grafted. The product, which was an almost white dispersion, had a viscosity of 490 cP.

Esimerkki 7: Tuote valmistettiin kuten esimerkissä 4, 35 mutta käytettynä monomeerina oli 25 g seosta, joka sisälsi 80% styreeniä ja 20% akryylihappoa. Tuote, joka saatiin, kun reaktioseos neutraloitiin NaOHrlla pH 6.3:een, 9 B9719 oli valkea dispersio, jonka Brookfield -viskositeetti oli 690 CP.Example 7: The product was prepared as in Example 4, 35 but the monomer used was 25 g of a mixture containing 80% styrene and 20% acrylic acid. The product obtained when the reaction mixture was neutralized with NaOH to pH 6.3, 9 B9719 was a white dispersion with a Brookfield viscosity of 690 CP.

Esimerkki 8: Oksastettiin esimerkin 1 mukaisesti 215 5 g:aan hypokloriittihapetettua perunatärkkelystä, joka oli lietetty 270 ml:aan vettä, 13 g butyyliakrylaattia. pH säädetiin 6,0:aan ja reaktioseokseen lisättiin 0,01 U/-tärkkelysgramma termostabiilia Bacillus licheniformis alfa-amylaasia. Lämpötila nostettiin 90 °C:een 2 tunnin 10 ajaksi, jonka jälkeen pH laskettiin entsyymitoiminnan pysäyttämiseksi 3,5:een. Saatiin läpikuultava dispersio, jonka viskositeetti oli 600 cp 25 °C:ssa.Example 8: In accordance with Example 1, 215 g of 13 g of butyl acrylate were grafted onto 5 g of 5 g of hypochlorite-oxidized potato starch slurried in 270 ml of water. The pH was adjusted to 6.0, and 0.01 U / gram of thermostable Bacillus licheniformis alpha-amylase was added to the reaction mixture. The temperature was raised to 90 ° C for 2 hours 10, after which the pH was lowered to 3.5 to stop the enzyme activity. A translucent dispersion with a viscosity of 600 cp at 25 ° C was obtained.

Esimerkki 9: Tämä esimerkki kuvaa keksinnönmukaisella 15 menetelmällä valmistettujen dispersioiden käyttöä pape- rinpäällystyspastoissa. Kaoliinipastat, joiden reseptit on esitetty taulukossa 1, levitettiin Helicoater -labora-toriopäällystyskonetta käyttäen 80 % mekaanista massaa sisältävälle 40 g/m2 neliöpainon LWC -pohjapaperille kol-20 meen eri päällystemäärään.Example 9: This example illustrates the use of dispersions prepared by the process of the invention in paper coating pastes. The kaolin pastes, the recipes of which are shown in Table 1, were applied to a 40 g / m2 basis weight LWC base paper containing 80% mechanical pulp in three different amounts of coating using a Helicoater laboratory coating machine.

Taulukko 1. Koepastojen reseptit. Taulukon ainemäärät paino-osina kiintoainetta. Pastan kokonaiskuiva-ainepi-toisuus 60% ja pH 7,0.Table 1. Recipes for test pastes. The amounts of substances in the table as parts by weight of solids. The paste has a total dry matter content of 60% and a pH of 7.0.

" 25 resepti pasta 1 pasta 2 pasta 3 kaoliini 100 100 100 SB-lateksi 6 6 6 30 SH300E 1)6 SH350E 2) - 6 US4301017 3) - - 6 glyoksaali 0.6 0.6 0.6"25 recipe pasta 1 pasta 2 pasta 3 kaolin 100 100 100 SB latex 6 6 6 30 SH300E 1) 6 SH350E 2) - 6 US4301017 3) - - 6 glyoxal 0.6 0.6 0.6

Ca-stearaatti 0.4 0.4 0.4 35 1) esimerkin 1 mukaan valmistettu dispersio 2) esimerkin 3 mukaan valmistettu dispersio 10 B 9 71 9 3) US patentin 4301017 esimerkin 3 mukaan valmistettu dispersioCa stearate 0.4 0.4 0.4 35 1) dispersion prepared according to Example 1 2) dispersion prepared according to Example 3 10 B 9 71 9 3) Dispersion prepared according to Example 3 of U.S. Patent 4301017

Saadut päällystetyt paperit kalanteroitiin laboratorioka-5 lanterilla ja niistä mitattiin pintalujuus IGT -menetelmällä sekä Hunter -kiilto, sekä vaaleus. Tulokset inter-poloitiin päällystemäärän suhteen 9 g/m2 neliöpainoon. Tulokset esitetään taulukossa 2.The resulting coated papers were calendered with a laboratory lanther and measured for surface strength by IGT as well as Hunter gloss and brightness. The results were interpolated with respect to the amount of coating to 9 g / m 2. The results are shown in Table 2.

10 Taulukko 2. Koepastoilla päällystettyjen papereiden paperiteknisiä ominaisuuksia.10 Table 2. Paper technical properties of papers coated with test pastes.

15 IGT, cm kiilto-% vaaleus-% pastal 105 74 73.0 pasta2 115 72 72.5 pasta3 70 70 72.5 2015 IGT, cm gloss% lightness% paste 105 74 73.0 pasta2 115 72 72.5 pasta3 70 70 72.5 20

Claims (10)

1. Menetelmä vesipitoisen, suuren kiintoainepitoisuuden mahdollistavan, viskositeetiltaan säädettävissä olevan 5 polymeeridispersion valmistamiseksi natiivista tai modifioidusta tärkkelyksestä, jossa menetelmässä tärkkelykseen liitetään oksastamalla tyydyttämättömiä kaksoissi-doksia sisältävistä monomeereista koostuvia polymeeriket-juja, tunnettu siitä, että oksastetut tärkkelysjyväset 10 saatetaan dispersioksi tärkkelyksen rakennetta katalyyt-tisesti pilkkomalla sekä tärkkelys vähintään gelatinoitu-mislämpötilaan kuumentamalla.A process for preparing an aqueous, high solids, viscosity-adjustable polymer dispersion from native or modified starch, which process comprises grafting to the starch by grafting polymer chains of unsaturated double-bonded structural monomers, characterized in that by digestion and heating the starch to at least the gelatinization temperature. 2. Patenttivaatimuksen l mukainen menetelmä, tunnettu 15 siitä, että oksastetun tärkkelyksen pilkkominen suoritetaan ennen gelatinoitumislämpötilan ylittävään lämpötilaan kuumentamista.Process according to Claim 1, characterized in that the cleavage of the grafted starch is carried out before heating to a temperature above the gelatinization temperature. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että oksastetun tärkkelyksen pilkkominen suoritetaan samanaikaisesti kuin gelatinointikuumennus.Process according to Claim 1, characterized in that the cleavage of the grafted starch is carried out simultaneously with the gelatinization heating. 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että oksastetun tärkkelyksen 25 pilkkominen suoritetaan vahvalla mineraalihapolla.Process according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the cleavage of the grafted starch 25 is carried out with a strong mineral acid. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että oksastetun tärkkelyksen pilkkominen suoritetaan entsymaattisesti. ' : 30Process according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the cleavage of the grafted starch is carried out enzymatically. ': 30 6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tärkkelyksen oksastuksessa käytetään monomee-rina butadieenia, styreeniä tai näiden seosta. - 35Process according to Claim 4, characterized in that butadiene, styrene or a mixture thereof is used as monomer in the grafting of the starch. - 35 7. Menetelmä vesipitoisen, suuren kiintoainepitoisuuden mahdollistavan, viskositeetiltaan säädettävissä olevan polymeeridispersion valmistamiseksi natiivista tai modi- 12 8 9 / 1 9 fioidusta tärkkelyksestä, jossa menetelmässä tärkkelykseen liitetään oksastamalla tyydyttämättömiä kaksoissi-doksia sisältävistä monomeereista koostuvia polymeeriket-juja, tunnettu siitä, että oksastetut tärkkelysjyväset 5 saatetaan dispersioksi tärkkelyksen rakennetta katalyyt-tisesti pilkkomalla sekä tärkkelys vähintään gelatinoitu-mislämpötilaan kuumentamalla, ja että gelatinoidulle tärkkelykselle suoritetaan jatko-oksastus.7. A process for the preparation of an aqueous, high solids, viscosity-adjustable polymer dispersion from native or modified starch, which process comprises grafting starch by grafting unsaturated double-bonded monomers and polymer chains consisting of monomers having a double bond. dispersing the structure of the starch by catalytic cleavage and heating the starch to at least the gelatinization temperature, and subjecting the gelatinized starch to further grafting. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jatko-oksastus suoritetaan esioksastuksen olosuhteissa.Method according to Claim 7, characterized in that the subsequent grafting is carried out under pre-grafting conditions. 9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu 15 siitä, että jatko-oksastuksessa käytetään eri monomeeria kuin esioksastuksessa.Process according to Claim 7, characterized in that a different monomer is used in the subsequent grafting than in the pre-grafting. 10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisella menetelmällä valmistettu vesipitoinen dispersio, tunnettu 20 siitä, että sen kiintoainepitoisuus on vähintään 25 pai-no-% ja Brookfield-viskositeetti 20 °C:ssa 340 - 790 cP. 13 8 971 9Aqueous dispersion prepared by a process according to any one of the preceding claims, characterized in that it has a solids content of at least 25% by weight and a Brookfield viscosity at 20 ° C of 340 to 790 cP. 13 8 971 9
FI906460A 1990-12-28 1990-12-28 Process for preparing a starch-based polymer dispersion and a dispersion prepared by the process FI89719C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI906460A FI89719C (en) 1990-12-28 1990-12-28 Process for preparing a starch-based polymer dispersion and a dispersion prepared by the process

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI906460A FI89719C (en) 1990-12-28 1990-12-28 Process for preparing a starch-based polymer dispersion and a dispersion prepared by the process
FI906460 1990-12-28

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI906460A0 FI906460A0 (en) 1990-12-28
FI906460A FI906460A (en) 1992-06-29
FI89719B true FI89719B (en) 1993-07-30
FI89719C FI89719C (en) 1993-11-10

Family

ID=8531669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI906460A FI89719C (en) 1990-12-28 1990-12-28 Process for preparing a starch-based polymer dispersion and a dispersion prepared by the process

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI89719C (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI906460A0 (en) 1990-12-28
FI89719C (en) 1993-11-10
FI906460A (en) 1992-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4131576A (en) Process for the preparation of graft copolymers of a water soluble monomer and polysaccharide employing a two-phase reaction system
US4330443A (en) Dry chemical process for grafting acrylic and methyl acrylic ester and amide monomers onto starch-containing materials
JP2875018B2 (en) Starch graft polymer
Kuakpetoon et al. Characterization of different starches oxidized by hypochlorite
US4155888A (en) Water-absorbent starches
CA1075233A (en) Highly absorbent modified polysaccharides
FI68634C (en) STABIL DISPERSION INNEHAOLLANDE AMYLOPEKTINSTAERKELSEYMPKOPOLYMER
JP2596593B2 (en) Process for producing paper, cardboard or paperboard with high drying strength
CA2385285C (en) Emulsion polymerization method
CA2302567C (en) Modified starch
JPS6134722B2 (en)
Mostafa Synthesis of poly (acrylamide)-starch and hydrolyzed starch graft copolymers as a size base material for cotton textiles
US4777232A (en) Method of manufacturing polysaccharide graft polymers which absorb water and are capable of swelling
WO1986000315A1 (en) Polymeric products and their production
US3767604A (en) Compatible mixtures of modified starch and polyvinyl alcohol
JP5441441B2 (en) Aqueous composition of graft-modified starch and curable composition using the same
FI89719B (en) Method for production of a starch-based polymer dispersion, and a dispersion produced by the method
US3973985A (en) Starch product by further oxidizing oxidized starch with ammonium persulfate
US3557091A (en) Acetylation of starch
US3640925A (en) Process for the simultaneous gelatinization and graft copolymerization of monomers onto starch
US4345948A (en) Method for dewatering starch slurries containing swollen starch granules
US4604163A (en) Viscosity modifiers for grafted starch polymer solutions
EP0885245B1 (en) Catalyst-free ozone oxidation of starch
US4575528A (en) Viscosity modifiers for grafted starch polymer solutions
US11603630B2 (en) Surface sizing agent for papermaking

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Owner name: RAISIO CHEMICALS OY

GB Transfer or assigment of application

Owner name: RAISIO CHEMICALS OY

BB Publication of examined application
FG Patent granted

Owner name: RAISIO CHEMICALS OY

PC Transfer of assignment of patent

Owner name: CIBA SPECIALTY CHEMICALS HOLDING, INC.

Free format text: CIBA SPECIALTY CHEMICALS HOLDING, INC.

MA Patent expired