HU216657B

HU216657B - Javított stabilitású és fehérségű ragasztó kötőanyag papírbevonó kompozícióhoz

Info

Publication number: HU216657B
Application number: HU904017A
Authority: HU
Inventors: Jeffrey J. Gambaro; Thomas L. Krinski; Tam H. Tran
Original assignee: Protein Technologies International Inc.
Priority date: 1989-06-28
Filing date: 1990-06-27
Publication date: 1999-07-28
Also published as: HUT64995A; RU2090085C1; FI98307B; FI903173A0; DE69011595T2; KR960011903B1; CA2014564A1; NO902900D0; EP0405987A1; AU5385590A; NO902848L; AU622845B2; DE69011595D1; NO177320B; EP0405987B1; KR910001176A; FI98307C; NO177320C; NO902848D0; JP2628221B2

Abstract

A találmány tárgya eljárás fehérje ragasztóanyag, valamint ezttartalmazó papírbevőnó kőmpőzíció előállítására, amely főkőzőttstabilitással, diszpergálhatósággal és fehérséggel rendelkezik.Kiindűlási anyagként növényi fehérjét, előnyösen szójafehérjétalkalmaznak, amelyet hidrőlízisnek vetnek alá, majd őxidálnak. Ennekkövetkeztében lényegesen nő a stabilitás és a szőbahőmérsékleten va ótárőlhatóság időtartama, valamint a magas szárazanyag-tartalmúbevőnókészítmények elkészíthetőségének lehetősége. A kapőttpapírbevőnatőkra főkőzőtt fényesség és fehérség jellemző. ŕ

Description

A találmány tárgya eljárás ragasztó kötőanyagként módosított növényi fehérjét tartalmazó kompozíciók előállítására. Ismeretesek számunkra a következő amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírások, amelyeket e hivatkozás révén a leírás részévé teszünk: 2,274,983, 2,246,466, 2,849,334, 2,881,076, 2,950,214, 3,411,925, 4,048,380, 4,109,056, 4,277,524, 4,352,692, 4,421,564, 4,474,694, 4,520,048, 4,575,477, 4,581,257, 4,607,089, 4,620,992, 4,812,550.

A növényi fehérje kötőanyagok jól ismertek papírbevonó kompozíciók ragasztó kötőanyagaként. Elsősorban módosított szójafehérjék használatosak erre a célra. Ezeket a ragasztó kötőanyagokat jellemzően olajmentes szójababpelyhekből kivont szójafehérjéből állítják elő lúgos oldatban, és izoelektromos kicsapatással nyerik ki. A kinyert szójafehérjét ezután jellemzően hidrolízissel és egyéb vegyi kezeléssel módosítják, a papírbevonó kompozíciók kötőanyagaként alkalmas fehérjetartalmú ragasztóanyag előállítására. E kötőanyagokat széles körben alkalmazzák a papírbevonó iparban.

Széles körű használatuk ellenére azonban ezek az anyagok hátrányokkal is rendelkeznek, elsősorban a kazeint és más szintetikus anyagot tartalmazó ragasztó kötőanyagokkal összehasonlítva.

Pontosabban szólva, a szójafehérje kötőanyagoldatok és a szójafehérje kötőanyagot tartalmazó bevonókompozíciók ez ideig előnytelenek voltak, mivel szobahőmérsékleten nem stabilak. Ennek következtében gyakran lehetetlen nagy mennyiségű anyagot előállítani hosszabb ideig tartó papírbevonásra, mivel a papírbevonó kompozíció színe és tulajdonságai romlanak, mert baktériumok támadják meg magát a fehérje kötőanyagot. Ezenkívül az ilyen ragasztókból gyártott papírbevonó kompozíciók fehérsége nem volt kielégítő, azaz sárgás tónusúak voltak, valamint a kész papírbevonó kompozíciókból hiányzott a fényesség és optikai fehérség.

Ezzel szemben azt találtuk, hogy ha hagyományos szójafehérje anyagokat oxidációs kezelésben részesítünk, nem várt módon megnövekszik a ragasztóanyagból készített papírbevonó kompozíciók stabilitása és élettartama. Az oxidálószer lehet hagyományos erős oxidálóanyag, mint például hidrogén-peroxid vagy ezzel egyenértékű oxidálószer. Jellegzetes esetben a ragasztóanyagot nedves állapotban kezeljük, például izolálással vagy hidrolízissel nyert csapadék formájában. Az oxidáció körülményei nem jellemzőek, de hidrogén-peroxid esetében a szokásos adalék körülbelül 3-25% hidrogén-peroxid (70 t%-os oldat), a száraz, szilárd anyag tömegére számítva. Az oxidációt jellegzetes esetben kissé emelt hőmérsékleten hajtjuk végre, például 30-70 °C-on, előnyösen 60 °C-on, '/₂ óra és 6 óra közötti ideig, célszerűen 90 percig.

Azonfelül, hogy a kötőanyagból készült papírbevonó kompozíciók élettartama váratlanul megnövekszik, a kötőanyag jelentős mértékű javított tulajdonságokkal is rendelkezik a bevont papír általános optikai jellemzőit illetően. E ragasztó kötőanyag használata növelheti a belőle készített bevonatok fehérségét úgy, hogy az azonos vagy jobb lesz, mint az ipari szabványt jelentő kazeinből előállítottaké. A találmányunk szerinti kompozíciókat tartalmazó papírbevonó anyagok fényessége és fehérsége rendkívüli.

Hasonlóképpen váratlanul úgy találtuk, hogy az új ragasztó kötőanyag oldhatósága olyan, hogy ragasztó kötőanyagoldatok, és így papírbevonó kompozíciók is sokkal magasabb szárazanyag-százalékkal állíthatók elő. Ezáltal a papírgyártók jelentős megtakarítást érhetnek el a szuszpenziós víznek a papírbevonó kompozíciókból való kihajtásához szükséges energia költségeiben. Ezek a magas szárazanyag-tartalmú ragasztó kötőanyagoldatok előállíthatok akár hideg (szobahőmérsékletű), akár pedig meleg víz felhasználásával. Mindkét esetben jelentős mértékben javul a ragasztó kötőanyag diszpergálhatósága.

A találmány célja tehát olyan szójafehérje ragasztó kötőanyag, valamint az ebből készített papírbevonó kompozíció előállítása, amely papírbevonó kompozícióvá való feldolgozás után megnövekedett élettartammal rendelkezik szobahőmérsékleten.

A találmány egyik tárgya eljárás ragasztó kötőanyag előállítására különösen előnyösen szójafehérjéből, amely magas szárazanyag-tartalmú bevonó kompozíciók készítését teszi lehetővé akár meleg, akár hideg feldolgozás során.

Találmányunk további tárgya olyan papírbevonó kompozíció előállítása, amely hosszú távú használatra alkalmas szobahőmérsékleti élettartammal és tárolási stabilitással bír.

A találmány mindezen és további tárgyait az előnyös megvalósítási módok leírásával ismertetjük.

A találmány növényi fehérjeanyagokból származó, elsősorban szójafehérje-izolátumra vonatkozik. A találmány célszerűen olyan izolátumra alkalmazható, amelyet az alapfehérje-kivonat módosítására karboxilezéssel kezeltek, amint ez a 4,474,694 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban szerepel. A találmány azonban egyéb fehéijeanyagokra is alkalmazható.

A találmány szerint az izoláltfehéije-tartalmú anyagot a fehérjeizolátum kivonását és hidrolízisét követően tovább módosítjuk stabilizáló- és fehérítőszerrel, például hidrogén-peroxiddal. Jellegzetes esetben a kezelést a szárazanyag tömegére számított körülbelül 3-25% hidrogén-peroxíddal végezzük. Más módosítóanyagok, például ammónia, nátrium-szilikát stabilizálószer és egyéb anyagok is felhasználhatók az izolált fehérje kezelésére.

A kezelést követően az izolált és kezelt fehérjét porlasztásos szárítással szárítjuk, így ragasztó kötőanyagot kapunk por alakú izolátum formájában. A szárított kötőanyag tovább kezelhető nedvesítőszerrel, például 3-7 t% propilénglikollal. Hozzáadhatok más tapadás elleni vagy folyásnövelő anyagok is, mint például szárított szilikagél körülbelül 0,2-0,6 t%-ban. Az adalékok mennyisége a száraztömeg alapján számítható.

A találmányt az alábbi példákkal szemléltetjük.

HU 216 657 Β

1. példa

A 4,474,695 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírásban ismertetett eljárás szerint készített extrahált és hidrolizált szójafehérje-izolátumot 10% ftálsavanhidrid felhasználásával a következőképp reagáltatunk. 100 tömegrész szójapolimer-izolátumot, amely körülbelül 15 t% szilárd anyagot tartalmaz, öszszekeverünk 9 rész ammóniával (30 °Be), 3 rész nátrium-szilikáttal és 10 rész hidrogén-peroxiddal (70 t%). A reakcióelegy pH-ja körülbelül 9,5. Az elegyet 90 percig 60 °C-on reagáltatjuk, majd hagyományos porlasztószárítóban szárítjuk. A száraz, módosított fehéijeizolátumot ezután 5% propilénglikollal és 0,5% szárított szilikagéllel keverjük.

2. példa

Az 1. példa szerint előállított anyagot hagyományos szójafehérje ragasztó kötőanyaggal hasonlítottuk össze a diszpergálhatóság szempontjából. Úgy találtuk, hogy az 1. példa szerinti anyag olyan bevonókompozícióvá dolgozható fel, amelynek legalább 80%-kal nagyobb a szárazanyag-tartalma, mint a hagyományos szójafehérje-izolátum kötőanyagnak. Az 1. példa szerinti anyag oldatokban jóval 28% felett, de legfeljebb 37%-ban (a szilárd anyag tömegére számítva) diszpergálódik, összehasonlítva a hagyományos anyagra vonatkozó 25%-kal, amennyiben az oldatot meleg (60 °C) vízzel készítjük. Ha szobahőmérsékletű vizet használunk, az 1. példa szerinti anyag 20-29 t%ban diszpergálódik, a hagyományos anyag 18-19%ával szemben. Az 1. példa szerinti anyag külön oldattá alakítható vagy közvetlenül, száraz formában pigmentszuszpenzióhoz adható. A készítési eljárás a következő : egy tartály (hideg vagy meleg) vízhez keverés közben lassan hozzáadjuk az 1. példa szerinti száraz anyagot és pigmentet, a 3. példában leírtaknak megfelelően. Az elegyhez hozzáadunk 3% ammóniát a száraz szójapolimer tömegére számítva. Összekeverés után a pH-t körülbelül 9,0-re állítjuk be. Az elegyet legalább 15 percig keverjük, hogy az egész szárazanyag szuszpendálódjék.

3. példa

Az 1. példa szerinti bevonó ragasztóanyagot a következő összetételű papírbevonó készítésére használhatjuk: 100 tömegrész kaolin (# 1 agyag), 7,5 rész latex (DOW 620), 7,5 rész fehérje kötőanyag (1. példa) és 115 rész víz. A papírbevonót a 2. példában leírtak szerint keverjük. Összehasonlítás céljából elkészítjük a papírbevonó kompozíciót ugyanilyen mennyiségekkel, és hagyományos szójafehérjével (SP 2500) helyettesítjük az 1. példa szerinti anyagot. Ezeket az anyagokat egy hétig szobahőmérsékleten vizsgáljuk, hogy meghatározzuk stabilitásukat szobahőmérsékleten. A vizsgálat eredményét az 1. és 2. táblázat mutatja. Amint látható, miután 6 napig szobahőmérsékleten tartjuk, a hagyományos bevonókompozíció olyannyira elbomlik, hogy szín, szag és bevonószilárdság szempontjából teljesen elfogadhatatlan. Az 1. példa szerinti ragasztó kötőanyagból készített anyag csak kismértékű lebomlást mutat a 6. nap végén, és még elfogadható papírbevonó anyagként való felhasználásra. Az 1. példa szerinti anyagból készült bevonat színe még mindig fehér, és tükörfényes bevonatot képez a papíron. A hagyományos anyag elfogadhatatlan szín, szag és bevonószilárdság szempontjából. A 2. táblázat mutatja a hagyományos anyag és a találmány szerinti anyag baktériumszámát. Amint látható, mindkét anyag viszonylag alacsony baktériumszámmal indul. A találmány szerinti termék baktériumszáma lényegében változatalnul marad egy napig, majd a 3. nap végére lassan körülbelül 10⁸/g-ra növekszik. A hagyományos anyag baktériumszáma azonnal emelkedni kezd, és a 3. nap végére 10⁹. A hagyományos anyag baktériumszáma az első nap végére a tízszeresére növekszik, 10⁷/grammra. Az első nap végén és azután minden nap a találmány szerinti termék baktériumszáma a hagyományos anyagénak csak egytizede.

1. táblázat Bevonóstabilitás

	SP 2500-zal való bevonás (Ralston Purina)	1. példa szerinti kötőanyaggal való bevonás
0. nap	semmi	semmi
1. nap	semmi	semmi
3. nap	gyenge	semmi
6. nap	erős (elfogadhatatlan)	gyenge (elfogadható)
(A bevonómintákat levegőre tesszük, enyhe keverés mellett.)

2. táblázat

Bevonó biostabilitás/szobahőmérséklet

	Grammonkénti baktériumszám
	Kezdet	1. nap	2. nap	3. nap
SP 2500 (Ralston Purina)	10^{3 * * 6}	10⁷	10⁸	10’
1. példa szerinti kötőanyag	10⁶	10”	10⁷	10«

Ahogyan az előzőekben rámutattunk, a találmány szerinti módosított ragasztó kötőanyagból eredményesen állítható elő olyan bevonókompozíció, amelynek sokkal magasabb a szárazanyag-tartalma, mint a hagyományos anyagoké. A magas szárazanyag-tartalom lényegesen csökkenti a bevont papír szárításával és a szuszpenziós víznek a bevonókompozícióból való eltávolításával járó költségeket. Ezenkívül a találmány szerinti anyag ilyen magas szárazanyag-tartalom mellett megtartja folyási tulajdonságait és javítja a papírbevonó kompozíció folyási tulajdonságait a hagyományos anyagokhoz képest. A találmány szerinti anyaggal gyorsabban lehet dolgozni, és nagyobb kenőhatása van, ezért az ilyen ragasztó kötőanyagból készült papírbevonó kompozíciók jobban tűrik a feldolgozási körülményeket, mint a hagyományos bevonóanyagok.

HU 216 657 Β

4. példa

A találmány szerinti anyag optikai és színtulajdonságai is előnyösebbek, mint a hagyományos szójatartalmú anyagoké. A találmány szerinti új, szójatartalmú ragasztó kötőanyagok optikai tulajdonságai ugyanolyanok vagy jobbak, mint a kazeiné. A találmány szerinti új ragasztó kötőanyag és a hagyományos anyagok optikai jellemzőinek összehasonlítását a 3. táblázat tartalmazza. Amint a táblázatból kitűnik, a Hunter-színmeghatározás szerint az új anyag fehérség szempontjából legalább ugyanolyan, és bizonyos tekintetben jobb, mint a kazein, és jóval felülmúlja a hagyományos szójafehérje-tartalmú anyagokat.

3. táblázat

Hunter-színmeghatározás

Szilárd termek	L (fehérség)	a (vörös/zöld)	b (kék/sárga)
Kazein	+ 84,3	-1,6	+ 15,0
PC 400 (Ralston Purina)	+ 67,6	-0,2	+ 17,3
SP 2500 (Ralston Purina)	+ 69,3	-0,5	+ 16,1
1. példa anyaga	+ 88,6	-L5	+ 14,1
13,5% oldat	L (fehérség)	a (vörös/zöld)	b (kék/sárga)
Kazein	+ 42,5	-2,2	+ 7,0
PC 400 (Ralston Purina)	+ 34,9	-0,3	+ 11,2
SP 2500 (Ralston Purina)	+ 34,2	-0,5	+ 10,1
1. példa anyaga	+ 58,1	-3,2	+ 17,6

A szakterület művelői számára nyilvánvaló, hogy az ismertetett találmányban változtatások eszközölhetők anélkül, hogy a találmány szellemétől eltérnénk. A találmány nem korlátozódik a szemléltetés céljára leírt kiviteli formákra, azt csak a szabadalmi igénypontok teijedelme határolja be.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás javított stabilitású, diszpergálhatóságú és fehérségű, módosított fehérje ragasztóanyag előállítására, amelynek során egy növényi fehérjeanyagot elkülönítünk, a fehérjeanyagot ragasztófehérje előállítására hidrolizáljuk, és a ragasztófehérjét oxidálószerrel kezeljük, azzal jellemezve, hogy karboxilezett fehérjeanyagot alkalmazunk.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy oxidálószerként hidrogén-peroxidot alkalmazunk.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy növényi fehérjeként szójafehérjét alkalmazunk.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy azt pH 9,5 értéken folytatjuk le.
5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az oxidálókezelést 30-70 °C hőmérsékleten 30 perc-6 óra közötti időtartamon át végezzük.
6. Eljárás javított stabilitású, diszpergálhatóságú és fehérségű papírbevonó készítmény előállítására, amelynek során egy papírbevonó pigmentet vizes bázisban szuszpendálunk, és a pigmentet és a vizes bázist összekeverjük egy növényi fehérje kötőanyaggal, azzal jellemezve, hogy az 1-5. igénypontok bármelyike szerint előállított növényi fehérje kötőanyagot alkalmazunk.
7. A 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan ragasztó kötőanyagot alkalmazunk, amely szobahőmérsékleten 20 tömeg%-nál nagyobb mennyiségben diszpergálható.
8. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan ragasztó kötőanyagot alkalmazunk, amely 60 °C hőmérsékleten 28 tömeg%-nál nagyobb mennyiségben diszpergálható.
9. A 6., 7. vagy 8. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy olyan ragasztó kötőanyagot alkalmazunk, amelynek Hunter fehérségi indexe 80-nál nagyobb.
10. A 6-8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás szobahőmérsékleten max. 6 napon át tárolható papírbevonó készítmény előállítására, azzal jellemezve, hogy a reakciókörülményeket és a komponenseket megfelelően választjuk meg.