FI93022B - Esikäsitellystä tärkkelyksestä valmistetut muotoillut tuotteet - Google Patents

Description

93022

Esikäsitellystä tärkkelyksestä valmistetut muotoillut tuotteet Tämä keksintö koskee esikäsitellystä tärkkelyksestä valmistettuja muotoiltuja tuotteita.

Viimeaikoina on tullut tunnetuksi, että luonnontärkkelys, jota esiintyy kasvituotteissa ja joka sisältää määrätyn määrän vettä, voidaan käsitellä korotetussa lämpötilassa ja suljetussa astiassa ja siitä johtuen korotetussa paineessa sulatteen muodostamiseksi. Menetelmä suoritetaan edullisesti ruiskuvalukoneessa tai ekstruusiolaitteessa. Tärkkelys syötetään syöttösuppilon läpi pyörivälle, edestakaisin liikkuvalle syöttöruuville. Syötetty aine liikkuu pitkin ruuvia kohti kärkeä. Tämän prosessin kuluessa sen lämpötila nousee sylinterin ulkopuolella kiertävien ulkoisten kuumentimien ja ruuvin leikkausvoimien vaikutuksesta. Alkaen syöttöalueelta ja jatkuen puristusalueelle, hiukkasmainen syötetty aine muuttuu vähitellen sulaksi. Sen jälkeen se kuljetetaan mittausalueen läpi, jossa tapahtuu sulatteen homogenointi, kohti ruuvin kärkeä. Sulanut aine ruuvin kärjessä voidaan sen jälkeen käsitellä edelleen ruiskuvalu- tai ekstruusiomene-telmällä tai jollain muulla termoplastisten sulatteiden tunnetulla menetelmällä muotoiltujen tuotteiden valmistamisek-: si.

Tämä käsittely, joka on kuvattu EP-patenttihakemuksessa nro 84 300 940.8 (julkaisunumero 118 240), tuottaa rakenteeltaan olennaisesti muunnetun tärkkelyksen. Syy tähän on siinä, että tärkkelys kuumennetaan sen komponenttien sulamis- ja la-sittumislämpötilojen yläpuolelle niin, että komponenteille tapahtuu endotermisia muutoksia. Tämän seurauksena tapahtuu tärkkelysrakeiden molekyylirakenteen sulaminen ja epä-järjestäytyminen niin, että saadaan rakenteeltaan olennaisesti muunnettu tärkkelys. Sanonta "esikäsitelty tärkkelys" tarkoittaa tällaista rakenteellisesti olennaisesti muunnet- 2 93022 tua tärkkelystä, joka saadaan tällaisella termoplastisella sulatteen muodostuksella.

Vaikka tuotteet, jotka saadaan luonnontärkkelyksen ruiskuvalulla ovat käyttökelpoisia, on todettu, että siitä valmistetuilla muotoilluilla tuotteilla on suhteellisen alhainen fysikaalinen lujuus. Edelleen on todettu, että menetelmä itsessään on suhteellisen epästabiili johtuen sulatteen viskositeetin suuresta riippuvuudesta leikkausnopeudesta ruuvisy-linterin sisällä, mikä tekee valmistuksen esimerkiksi ruisku-valulla tai ekstruusiolla paljon herkemmäksi olosuhteista, jotka ruuvin kiertonopeus, lämpötila, paine ja/tai vesipitoisuus aikaansaavat ja alentaa saatujen tuotteiden keskimääräistä laatua.

Tässä mainitussa tärkkelyksen ruiskuvalumenetelmässä on kaksi tärkeätä vaihetta, nimittäin (A) rakennemuutosvaihe, t.s. tärkkelysrakeiden kuumentaminen niiden komponenttien sulamispisteiden ja lasittumislämpötilojen yläpuolelle molekyylirakenteen korkeissa lämpötiloissa tapahtuvien muutosten aikaansaamiseksi ja (B) valuvaihe t.s. muotoillun tuotteen muodostaminen esim. ruiskuvalulla.

Nyt on yllättäen havaittu, että kuvatut vaikeudet voitetaan, jos mainitut kaksi vaihetta erotetaan toinen toisistaan, t.s. rakenteeltaan muunnettu tärkkelys, joka saadaan vaiheessa (A) muutetaan kiinteäksi ennen kuin se kuumennetaan uudestaan ruuvisylinterissä muotoillun tuotteen lopulliseksi valmistamiseksi. On todettu, että erottamalla rakennemuutos-vaihe (A) valuvaiheesta (B), saadaan muotoiltu tuote, jolla on huomattavasti paremmat fysikaaliset ominaisuudet, ja ruuvisylinterissä sulan materiaalin, suoritettaessa vaihe (B), viskositeetti on paljon vähemmän riippuvainen leikkaus-nopeudesta, mikä taas puolestaan heijastuu parannettuina virtausominaisuuksina ja valmistettujen muotoiltujen tuotteiden parempana keskimääräisenä laatuna.

3 93 022 Tämä keksintö koskee menetelmää muotoiltujen tuotteiden valmistamiseksi tärkkelyksestä, jossa menetelmässä: (a) kiinteä tärkkelyskoostumus, joka sisältää tärkkelystä ja vettä ja jonka vesipitoisuus on 10 paino-%:sta 20 paino-%:-iin laskettuna koostumuksen painosta, kuumennetaan sulatteen muodostamiseksi 80-200°C:n lämpötilaan ekstruuderissa tai ruiskupuristimessa paineen ollessa 0 - 150 x 105 N/m2, jolloin minimipaine vastaa veden höyrynpäinetta käytetyssä lämpötilassa, missä mainittu tärkkelys on jokin seuraavista: kemiallisesti muuntamaton tärkkelys, fysikaalisesti muunnettu tärkkelys, happokäsitelty tärkkelys, jonka pH on välillä 3-6, ja/tai tärkkelys, jossa tärkkelyksen fosfaattiryhmiin assosioituneiden kationien tyyppejä ja konsentraatioita on muunnettu, (b) sulate muotoillaan ja (c) sulate jäähdytetään lämpötilaan, joka on alle sen lasit-tumislämpötilan, kiinteän muotoillun tuotteen valmistamiseksi, ja jolle menetelmälle on tunnusomaista, että kiinteä tärkkelyskoostumus vaiheessa a) on ennakolta rakenteeltaan olennaisesti muunnettu kuumentamalla sitä 80-200°C:n lämpötilaan paineen ollessa 0 - 150 x 105 N/m2 ja sen jälkeen jäähdytetty kiinteäksi.

Keksintö koskee myös mainitulla menetelmällä saatuja muotoiltuja tuotteita.

Tällainen esikäsitelty tärkkelys/vesimateriaali saadaan edellä kuvatulla tärkkelyksen termoplastisella sulatteen muodostuksella.

. On mielenkiintoista havaita, että saadut parannukset, kuten edellä kuvatut, eivät ole seurausta siitä, että tärkkelyksen 93022 4 oloaika ruuvisylinterissä olisi pidentynyt. Tärkkelysmateri-aalin sama oloaika sulassa tilassa ruuvisylinterissä johtaa parannettuun tuotelaatuun, jos vaiheet (A) ja (B) suoritetaan erikseen.

Käsitteellä "tärkkelys" tarkoitetaan kemiallisesti olennaisesti muuttamatonta tärkkelystä. Tällaisena se sisältää esimerkiksi yleensä luonnollisia, kasviperäisiä hiilihydraatteja, jotka koostuvat ensi sijassa amyloosista ja/tai amylo-pektiinista. Se voidaan uuttaa erilaisista kasveista, esimerkiksi perunoista, riisistä, tapiokasta, maissista ja viljoista, kuten rukiista, kaurasta ja vehnästä. Perunatärkkelys ja maissitärkkelys ovat edullisia, erityisesti perunatärkkelys. Edelleen se tarkoittaa fysikaalisesti muunnettua tärkkelystä, kuten gelatinoitua tai keitettyä tärkkelystä, tärkkelystä, jolla on muunnettu happoarvo (pH), esim. johon happoa on lisätty sen happoarvon alentamiseksi arvoon noin 3-6. Edelleen se tarkoittaa tärkkelystä, esim. perunatärkkelystä, jossa tärkkelyksen fosfaattiryhmiin assosioituneiden kationien tyypit ja konsentraatiot on muunnettu vaikuttamaan menetelmäolosuhteisiin, esim. lämpötilaan ja paineeseen.

Tällainen tärkkelys kuumennetaan sopivasti rakenteen muutosta varten ekstruusiolaitteen ruuvisylinterissä sen komponenttien sulamispisteiden ja lasittumispisteen yläpuolelle ajan, joka on tarpeeksi pitkä aikaansaadakseen rakenteen muuntumisen, aika on yleensä 3-10 minuuttia riippuen menetelmän parametreistä. Lämpötila on mieluimmin noin 120 °C - 190°C, mieluimmin 130°C - 190°C riippuen käytetystä tärkkelystyypistä. Tätä rakenteen muuntamista varten tärkke-lysmateriaali kuumennetaan mieluimmin suljetussa tilassa. Suljettu tila voi olla suljettu astia tai tila, joka muodostuu sulamattoman syötetyn materiaalin tiivistävästä vaikutuksesta, kuten tapahtuu ruiskuvalu- tai ekstruusiolaitteen ruuvilla. Tässä mielessä ruiskuvalu- tai ekstruusiolaitteen ruuvisylinteri katsotaan suljetuksi astiaksi. Suljettuun as- li 5 93022 tiaan synnytetyt paineet vastaavat veden höyrynpainetta käytetyssä lämpötilassa, mutta tietysti voidaan käyttää ja/tai synnyttää painetta, kuten on tavallista ruuvisylintereissä. Edullisia käytettäviä ja/tai synnytettäviä paineita ovat ekstruusio- tai ruiskuvalumenetelmässä käytetyt ja sinänsä tunnetut paineet, t.s. 0 - 150 x 105N/m2, mieluimmin O - 100 x 105N/m2 ja kaikkein mieluimmin o - 80 x 105N/m2.

Näin saatu rakenteeltaan muunnetun tärkkelyksen sulate eks-trudoidaan ensin (vaihe A), jäähdytetään niin, että se kiinteytyy ja leikataan rakeiksi ennen kuin sitä käytetään edelleen ruiskuvalu- tai painevalumenetelmissä (vaihe B).

Tämän keksinnön mukaisesti käytettävän esikäsitellyn ja olennaisesti rakenteeltaan muunnetun tärkkelys/vesimateriaalin vesipitoisuus (vaiheessa B) on noin 10-20 % koostumuksen painosta, mieluimmin 12 paino-% - 19 paino-% ja erityisesti 14 paino-% - 18 paino- % laskettuna koostumuksen painosta.

Tämän keksinnön mukainen rakenteeltaan muunnettu tärkkelys/ vesimateriaali kuumennetaan olennaisesti yli sen komponenttien sulamispisteiden ja lasittumislämpötilojen (vaihe B). Tällainen lämpötila on yleensä noin 80-200°C, mieluimmin noin 120-190°C ja erityisesti noin 140-180°C. Nämä lämpötilat, niitä käytettäessä, olennaisesti muuntavat tärkkelyksen rakenteen muodostaen sulatteen, t.s. termoplastisen sulatteen.

Minimipaine (vaiheessa B) vastaa veden höyrynpainetta käytetyissä lämpötiloissa. Menetelmä suoritetaan suljetussa astiassa kuten edellä selostettiin, t.s. paineissa, joita käytetään ektruusio- ja ruiskuvalumenetelmissä ja ovat sinänsä tunnettuja, esim. 0 - 150 x 105N/m2, mieluimmin 0 - 100 x 105N/m2 ja kaikkein mieluimmin 0 - 80 x 105N/m2.

Kun muodostetaan muotoiltu tuote ekstruusiolla paineet ovat mieluimmin edellä mainittuja. Jos tämän keksinnön mukaisen 6 93022 rakenteeltaan muunnetun tärkkelyksen sulate esim. ruiskuva-letaan, käytetään ruiskuvalussa sovellettavia normaaleja ruiskuvalupaineita, nimittäin 300 x l05N/m2 - 3 000 x 105N/m2, mieluimmin 700 x 105N/m2 - 2 200 x 105N/m2.

Tämän keksinnön mukainen tärkkelysmateriaali voi sisältää tai siihen voidaan sekoittaa lisäaineita, kuten täyteaineita, voiteluaineita, pehmittimiä ja/tai väriaineita.

Nämä lisäaineet voidaan lisätä ennen rakenteen muuntamisvai-hetta (vaihe A) tai tämän vaiheen jälkeen, t.s. sekoitetaan rakenteeltaan muunnetun tärkkelyksen kiinteiden rakeiden kanssa. Tämä riippuu ensi sijassa rakenteeltaan muunnetun tärkkelyksen aiotusta käytöstä.

Tällaisia lisäaineita ovat erilaiset täyteaineet, esim. liivate, kasviproteiinit, kuten auringonkukkaproteiini, soija-papuproteiinit, puuvillansiemenproteiinit, maapähkinäprote-iinit, rypsi/rapsiproteiinit, veriproteiinit, munaproteiinit, akryloidut proteiinit; vesiliukoiset polysakkaridit, kuten alginaatit, karrageenit, guarkumi, agar, arabikumi ja vastaavat kumit (intiankumi, karaijakumi, traganttikumi), pektiini; selluloosan vesiliukoiset johdannaiset: alkyyli-selluloosat, hydroksialkyyliselluloosat ja hydroksialkyyli-alkyyliselluloosat, kuten metyyliselluloosa, hydroksimetyy-liselluloosa, hydroksietyyliselluloosa, hydroksipropyylisel-luloosa, hydroksietyylimetyyliselluloosa, hydroksipropyyli-metyyliselluloosa, hydroksibutyylimetyyliselluloosa, sellu-loosaesterit ja hydroksialkyyliselluloosaesterit, kuten selluloosa-asetyyliftalaatti (CAP), hydroksipropyylimetyyli-selluloosa (HPMCP), karboksialkyyliselluloosat, karboksial-kyyli-alkyyliselluloosat, karboksialkyyliselluloosaesterit, kuten karboksimetyyliselluloosa ja niiden alkalimetallisuo-lat; vesiliukoiset synteettiset polymeerit, kuten polyakryy-lihapot ja polyakryylihappoesterit, polymetakryylihapot ja polymetakryylihappoesterit, polyvinyyliasetaatit, polyvinyy- 11 , 7 93022 lialkoholit, polyvinyyliasetaattiftalaatit (PVAP), polyvi-nyylipyrrolidoni, polykrotonihapot; sopivia ovat myös ftala-toitu liivate, liivatesukkinaatti, ristiinkytketty liivate, selakka, tärkkelyksen vesiliukoiset kemialliset johdannaiset, kationisesti muunnetut akrylaatit ja metakrylaatit, joissa on esimerkiksi tertiäärinen tai kvaternäärinen amino-ryhmä, kuten dietyyliaminoetyyliryhmä, joka voidaan kvater-nisoida haluttaessa, ja muut samankaltaiset polymeerit.

Tällaisia täyteaineita voidaan mahdollisesti lisätä missä tahansa halutussa määrässä, mieluimmin korkeintaan 50 %, edullisesti 3 % - 10 % laskettuna kaikkien komponenttien painosta.

Muita lisäaineita ovat epäorgaaniset täyteaineet, kuten magnesium-, aluminium-, pii-, titaanioksidit jne., jolloin näiden konsentraatio on mieluimmin noin 0,02 %:sta noin 3 %:iin painosta, edullisesti 0,02 - 1 % laskettuna kaikkien komponenttien painosta.

Muita esimerkkejä lisäaineista ovat pehmittimet, joita ovat polyalkyleenioksidit, kuten polyetyleeniglykolit, prolypro-pyleeniglykolit, polyetyleenipropyleeniglykolit, orgaaniset alhaisen molekyylipainon omaavat pehmittimet, kuten glyseroli, glyserolimonoasetaatti, -diasetaatti tai -triasetaatti, propyleeniglykoli, sorbitoli, natriumdietyylisulfosukkinaat-ti, trietyylisitraatti, tributyylisitraatti, jne. ja niitä lisätään konsentraatloissa, jotka ovat 0,5 - 15 %, mieluimmin 0,5 - 5 % laskettuna kaikkien komponenttien painosta.

Esimerkkejä väriaineista ovat tunnetut atsovärit, orgaaniset tai epäorgaaniset pigmentit tai luonnollista alkuperää olevat väriaineet. Epäorgaaniset pigmentit ovat edullisia, kuten raudan tai titaanin oksidit, jolloin näitä sinänsä tunnettuja oksideja lisätään konsentraatioissa, jotka vaihtele-vat 0,001 %:sta 10 %:iin, mieluimmin 0,5 %:sta 3 %:iin laskettuna kaikkien komponenttien painosta.

93022 δ

Pehmittixnen ja veden pitoisuuksien summan ei tulisi mielellään kohota yli 25 %:n ja kaikkein edullisinta olisi, ettei se kohoaisi yli 20 %:n laskettuna kaikkien komponenttien painosta.

Edelleen voidaan lisätä yhdisteitä tärkkelysmateriaalin virtausominaisuuksien parantamiseksi, kuten eläin- tai kasviras-voja, mieluimmin niiden hydrattuja muotoja, erityisesti sellaisia, jotka ovat huoneen lämpötilassa kiinteitä. Näiden rasvojen sulamispiste on mieluimmin 50°C tai sen yli. Edullisia ovat triglyseridit C12-, C14“' C16~ c18-rasvahaPP°” jen kanssa.

Nämä rasvat voidaan lisätä yksinään ilman että lisätään täyteaineita tai pehmittimiä.

Nämä rasvat voidaan lisätä edullisesti yksinään tai yhdessä mono- ja/tai diglyseridien tai -fosfatidien, erityisesti lesitiinin kanssa. Mono- ja diglyseridit johdetaan mieluimmin edellä kuvatun tyyppisistä rasvoista, t.s. C12~, C14-' c16” ja C18-rasvahappojen kanssa.

Rasvojen, mono-, diglyseridien ja/tai lesitiinin käytetty kokonaismäärä on korkeintaan 5 % ja mieluimmin noin 0,5 -2 % kokonaiskoostumuksen painosta.

Edelleen suositellaan lisättäväksi piidioksidia tai titaanidioksidia konsentraatiossa, joka on noin 0,02 - 1 % kokona iskoostumuksen painosta. Nämä yhdisteet vaikuttavat teks-turointiaineena.

Edellä kuvatut materiaalit muodostavat kuumennettaessa suljetussa astiassa, t.s. kontrolloidussa vesipitoisuudessa ja paineoloissa, termoplastiset ominaisuudet omaavan sulatteen. Tällaista sulatetta voidaan käyttää erilaisissa menetelmissä aivan vastaavasti kuin termoplastisia aineita. Näitä mene- li 9 93022 telmiä ovat ruiskuvalu, puhallusvalu, ekstruusio ja koeks-truusio (tanko-, putki- ja kalvoekstruusio) ja puristusmuo-vaus, joita menetelmiä käytetään tunnettujen tuotteiden valmistamiseksi. Näitä tuotteita ovat pullot, levyt, kalvot, pakkausaineet, putket, sauvat, laminaatit, säkit, pussit, farmaseuttiset kapselit.

Seuraavat esimerkit kuvaavat edelleen keksintöä.

Esimerkki 1 (a) Rakenteeltaan muunnetun tärkkelyksen valmistus

Luonnonperunatärkkelys, voiteluaine/irrotusaine (hydrat-tu rasva) ja sula virtauskiihdytin (lesitiini) sekoitetaan suhteellisissa annoksissa jauhesekoittimessa 10 minuutin ajan niin, että saadaan koostumus, joka muodostuu 81,3 osasta luonnonperunatärkkelystä, yhdestä osasta hydrattua tri-glyseridiä, joka sisältää rasvahappoja C18:C16:C14 painopro-senttisuhteessa 65:31:4, 0,7 osasta lesitiiniä ja 17 osasta vettä, vapaasti virtaavana jauheena. Tämä jauhe syötettiin sen jälkeen ekstruusiolaitteen suppiloon. Ruuvisylinterissä jauhe suli. Sylinterin lämpötilaksi mitattiin 165°C, keskimääräinen kokonaisoloaika ruuvisylinterissä oli 12 minuuttia (kuumennusaika noin 10 minuuttia, sulassa tilassa noin 2 minuuttia) ja synnytetty paine vastasi ekstruusiosylinterissä olevan kosteuden höyrynpainetta. Sen jälkeen sulate ekstru-doitiin ja leikattiin rakeiksi, joiden keskimääräinen halkaisija oli 2-3 mm. Materiaali oli kovaa, valkoista ja sillä oli hieno vaahtomainen rakenne. Vesipitoisuus oli 12 %, koska veden annettiin poistua sen jälkeen, kun sulate poistettiin ektruusiolaitteen suulakkeesta. Saatu rakeistettu materiaali vakioitiin sen jälkeen vesipitoisuuteen 17 %.

10 93022 (b) Edellä kohdassa (a) saatujen rakeiden ruiskuvalu

Edellä kohdassa (a) saatu materiaali syötettiin ruiskuvalu-laitteen suppiloon. Materiaalista muodostettiin sulate ruu-visylinteissä. Lämpötila pidettiin 165 °C:ssa, paine 75 x 105N/m2; keskimääräinen oloaika ruuvisylinterissä oli 7,5 minuuttia (kuumennusaika noin 5 min, sulassa tilassa noin 2,5 min). Sulate ruiskutettiin muottiin, jossa valmistettiin koekappaleet, jotka olivat sopivia niiden fysikaalisten ominaisuuksien testaamiseen (jännitys/venymäkäyttäytyminen) INSTRON-vetojännityksen mittauslaitteella. Näytteiden vesi-pitoisuudeksi vakioitiin 13,5 % ja mittaus suoritettiin huoneen lämpötilassa venytysnopeuden ollessa 10 mm minuutissa.

Kuvassa 1 on esitetty jännitys/venymädiagrammi materiaalille, joka on valmistettu esimerkin 1(b) mukaisesti.

Kuvassa 2 on esitettu jännitys/venymädiagrammi toiselle materiaalille, joka saatiin esimerkin 1(b) mukaisesti.

Koekappaleet olivat mitoitetut standardi DIN:n mukaisesti (DIN. No. 53455). Jokaisessa ryhmässä on esitetty tulokset kolmesta näytteestä, jotka ruiskuvalettu samoissa menetelmä-oloissa kuin edellä kohdassa (b) esitettiin käyttäen esikä-siteltyä (rakenteeltaan muunnettua) tärkkelystä, joka saatiin kohdassa (a). Välittömästi voidaan havaita, että koekappaleet ovat ominaisuuksiltaan hyvin toistettavia ja venymä murtumiseen on noin 30 %. Tämä on yhdenmukaisesti ja huomattavasti korkeampi kuin tulokset, jotka saadaan vertai-luesimerkillä 2. Muut menetelmäolosuhteet, esim. ruiskuvalu-aika 600 s, ruuvin kiertonopeus 75 kierr./min antoivat vastaavat tulokset.

11 93022

Esimerkki 2 (vertailutesti esimerkille 1)

Sama lähtöainekoostumus, joka on kuvattu esimerkissä 1(a), syötettiin ruiskuvalulaitteen suppiloon ja koekappaleet, jotka saatiin kuten esimerkissä 1(b), valmistettiin suoraan yksivaiheisella menetelmällä. Lämpötila ruuvisylinterissä oli 165 °c, paine 75 x 105N/m2, oloaika ruuvisylinterissä oli 12,5 min (kuumennusaikä noin 8 min, sulassa tilassa noin 4,5 min). Jännitys/venymäkäyttäytyminen on esitetty kuvissa 3 ja 4.

Kuvassa 3 on esitetty jännitys/venymädiagrammi esimerkin 2 mukaisesti saadulle materiaalille.

Kuvassa 4 on esitetty jännitys/venymädiagrammi toiselle esimerkin 2 mukaisesti saadulle materiaalille.

Tuloksista voidaan nähdä, että murtumiseen saadut venymäar-vot ovat suhteellisesti alhaisia ja ristiriitaisia ja huomattavasti huonompia kuin esimerkin 1 mukaisesti saadut arvot.

Esimerkki 3 . Esimerkit 1 ja 2 toistettiin mutta lähtöainekoostumus esimerkissä 1(a) korvattiin seuraavilla komponenteilla: - luonnonperunatärkkelys 80,0 osaa - voiteluaine/irrotusaine (hydrattu rasva) 1,0 osaa - lesitiini 0,7 osaa - titaanidioksidi 0,3 osaa - vesi 17.0 osaa 100,0 osaa

Saadut tulokset olivat analogiset esimerkeissä 1 ja 2 saatujen kanssa kuten kuvista 1, 2 (meneteltäessä esimerkin 1 mu- 12 93022 kaisesti) ja kuvista 3 ja 4 (meneteltäessä esimerkin 2 mukaisesti) nähdään.

Esimerkki 4

Esimerkit 1 ja 2 toistettiin koostumuksella, joka sisälsi polyvinyylipyrrolidonia niin, että saatiin seuraavan koostumuksen omaavat koekappaleet: perunatärkkelys 74,6 % polyvinyylipyrrolidoni 10,0 % hydrattu rasva 1,1 % lesitiini 0,8 % vesi 13.5 % 100,0 % Jännitys/venymä-käyttäytyminen oli samanlainen kuin on esitetty kuvissa 1, 2, kun työskenneltiin esimerkin 1 mukaisesti ja kuvien 3 ja 4 kaltainen meneteltäessä esimerkin 2 mukaisesti.

Esimerkki 5

Muita koekappaleita valettiin rakenteeltaan muunnetusta tärkkelyksestä kuten esimerkissä 1(b) ja luonnontärkkelyk-sestä kuten esimerkissä 2 käyttäen samoja menetelmäoloja.

Valettujen kappaleiden vesipitoisuuksiksi vakioitiin 9,5 %, 10,8 % ja 13,5 % ja jännitys/venymä-käyrät määritettiin. Tulokset on esitetty kuvissa 5 ja 6. Kuvan 5 tulokset esieks-trudoidusta tärkkelyksestä ovat aivan selvästi ylivoimaiset. Kaikilla käytetyillä vesipitoisuuksilla saadaan homogeeninen materiaali. Kuvan 6 materiaalilla on huonot ominaisuudet (pienempi venymä ja murtoenergia) ja vähäisempi toistetta-vuuskäyttäytyminen kaikilla vesipitoisuuksilla. Tällainen käyttäytyminen on merkki vähemmän homogeenisesta ja vähemmän yhtenäistä materiaalista.

Il ; 13 93022

Esimerkki 6 (prosessointistabiilisuus)

Viskositeetti ruuvisylinterissä koostumuksen sulassa tilassa, kuten esimerkissä 1(a) on kuvattu, mitattiin leikkausnopeuden funktiona käsiteltäessä (1.) esimerkin 1(b) ja (2.) esimerkin 2 mukaisesti. Tulokset saatiin hyvin säädetyissä laiteolosuhteissa (Netstal konetyyppi 235/90). Sulatteiden viskositeettien riippuvuus leikkausnopeudesta laskettiin mittauksista käyttäen vakioruiskuvaluteoriaa yhdessä täyttö-aikojen mittausten kanssa. Kuvassa 7 on esitetty tulokset kaksivaiheisesta esimerkin 1 mukaisesta menetelmästä sekä tulokset yksivaiheisesta esimerkin 2 mukaisesta menetelmästä. Esimerkin 2 mukaisesti valmistetuilla materiaaleilla (yksivaiheinen menetelmä) on korkeammat sulatteiden viskositeetit sekä suuremmat herkkyydet oloaikoihin ruuvisylinterissä ja leikkausnopeuteen. Nämä korkeammat arvot ja herkkyydet aikaansaavat alhaisemman prosessistabiilisuuden ja alhaisemman tuotetoistettavuuden, joka käy ilmi myös kuvista 3, 4 ja 6.

Sulatteiden viskositeettien riippuvuus leikkausnopeudesta esimerkin 1 mukaisessa kaksivaiheisessa menetelmässä on samanlainen kuin tavanomaisten termoplastisten aineiden, esim. polyetyleenin, joiden tiedetään olevan prosessistabiileja ruiskuvalussa tuottaen toistettavia tuotteita.

Kuvassa 7 log (η/Pas) tarkoittaa sulatteen viskositeetin (η) arvon 10-kantaista logaritmia Pas-yksiköissä; log [7/s-1 tarkoittaa leikkausnopeuden arvon 10-kantaista logaritmia s-1-yksiköissä.

Claims (9)

14 93022

1. Menetelmä muotoiltujen tuotteiden valmistamiseksi tärkkelyksestä, joka menetelmä sisältää seuraavat vaiheet: a) kiinteä tärkkelyskoostumus, joka sisältää tärkkelystä ja vettä ja jonka vesipitoisuus on 10 paino-%:sta 20 paino-%:iin laskettuna koostumuksen painosta, kuumennetaan sulatteen muodostamiseksi 80-200°C:n lämpötilaan ekstruuderissa tai ruiskupuristimessa paineen ollessa 0 -150 x 105 N/m2, jolloin minimipaine vastaa veden höyryn-painetta käytetyssä lämpötilassa, missä mainittu tärkkelys on jokin seuraavista: kemiallisesti muuntamaton tärkkelys, fysikaalisesti muunnettu tärkkelys, happokäsitelty tärkkelys, jonka pH on välillä 3-6, ja/tai tärkkelys, jossa tärkkelyksen fosfaattiryhmiin assosioituneiden kationien tyyppejä ja konsentraatioita on muunnettu, b) sulate muotoillaan, ja c) sulate jäähdytetään lämpötilaan, joka on alle sen la-sittumislämpötilan, kiinteän muotoillun tuotteen valmistamiseksi, • tunnettu siitä, että kiinteä tärkkelyskoostumus vaiheessa a) on ennakolta rakenteeltaan olennaisesti muunnettu kuumentamalla sitä 80-200°C:n lämpötilaan paineen ollessa 0 - 150 x 105 N/m2 ja sen jälkeen jäähdytetty kiinteäksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tärkkelys uutetaan perunoista, riisistä, tapiokasta, maissista, rukiista, kaurasta ja/tai vehnästä, mieluimmin perunoista.

3. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-2 mukainen mene- 15 93022 telinä, tunnettu siitä, että esikäsitellyn ja olennaisesti rakenteeltaan muunnetun tärkkelys/vesimate-riaalin vesipitoisuus on 12-19 % ja erityisesti 14-18 paino-% laskettuna koostumuksen painosta.

4. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiinteä rakenteeltaan muunnettu tärkkelys/vesimateriaali kuumennetaan lämpötilaan, joka on noin 120-190°C ja erityisesti noin 140-180°C, sulatteen muodostamiseksi.

5. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paineet, joita käytetään sulatteen muodostamiseksi, ovat ekstruusiossa ja ruiskuvalussa 0 - 100 x 10sN/m2 ja mieluimmin 0 - 80 x 105N/m2.

6. Minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rakenteeltaan muunnettu tärkkelys/vesimateriaali sisältää tai siihen on sekoitettu täyteaineita, voiteluaineita, pehmittimiä, epäorgaanisia täyteaineita ja/tai väriaineita.

7. Muotoiltu tuote, tunnettu siitä, että se on valmistettu minkä tahansa patenttivaatimuksista 1-6 mu- • kaisella menetelmällä ja on pullo, levy, kalvo, pakkaus-aine, putki, sauva, laminaatti, säkki, pussi, farmaseuttinen kapseli.

8. Muotoiltujen tuotteiden valmistamiseksi tarkoitettu tärkkelys/vesikoostumuksen sulate korotetussa lämpötilassa, tunnettu siitä, että mainittu sulate on saatu kuumentamalla koostumus, joka sisältää esikäsitellyn ja rakenteen muuntamiseksi 80-200°C:n lämpötilaan 0 -150 x 105 N/m2:n paineessa kuumennetun ja sen jälkeen kiinteäksi jäähdytetyn tärkkelys/vesimateriaalin, jonka vesipitoisuus on 10-20 paino-% laskettuna koostumuksen • · lfi 93022 Ιο painosta, 80-200°C:n lämpötilaan, joka lämpötila on riittävä olennaisesti muuntamaan tärkkelyksen rakennetta sulatteen muodostumiseksi.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen sulate, tunnet-t u siitä, että tärkkelys/vesikoostumus on kuumennettu lämpötilaan, joka on 80-200°C, mieluimmin 120-190°C, paineessa, joka on ainakin yhtä korkea kuin läsnäolevan veden synnyttämä höyrynpaine.