JP2901095B2 - 熱可塑性デンプンの製造方法 - Google Patents

熱可塑性デンプンの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ストリップ、糸の形態で、または他の幾何
形状で押出すことにより、補充可能な粗原料を基本にし
て、バイオポリマー性熱可塑性デンプンを製造する方法
に関する。この押出物をさらに粒状物に加工することが
できる。
従来技術において、熱可塑性デンプンおよび他の修飾
化デンプンからの粒状物は、押出機の出口のところで熱
い修飾化デンプンを回転刃により粒状片に直接切断する
ように押出することによって得られる。この押出工程中
に、デンプンは加圧および加温下に砕解される。通常、
10〜20％の天然の水含量が十分であり、所望により、溶
剤、添加剤および可塑剤を添加することができる。この
可塑性の熱デンプン塊は、押出機における反応条件およ
び高い剪断応力によって機械的および／または物理化学
的な損傷を受け易い。即ち、望ましくない副作用とし
て、デンプンポリマーの不可避の分子分解を受ける。デ
ンプンのフィルム強度は分子量に依存して低下するの
で、結果として、押出されたデンプンの結合強度および
フィルム強度が低下する。二軸スクリュー押出機は、破
壊されたデンプンの高い粘度および粘着性のゆえに、平
均以上の摩耗を示す。従って、いずれかの極めて高価な
耐摩耗性の機械部品を押出機ケーシングに使用しなけれ
ばならず、かつ、スクリュー材料またはそのそれぞれの
構成要素は比例量以上の摩耗を受け易く、これが製造さ
れた熱可塑性デンプンの高いコストおよび一定しない品
質を与える。押出機の摩耗と引裂の問題およびデンプン
熱可塑性プラスチックの品質の問題のゆえに、例えばGB
−Ａ−2 208 652に開示されているこの方法は、これま
で広く受入れられていなかった。
WO−Ａ−94 04 600は、炭水化物の形態にある植物粗
原料から１段階で生物分解性フィルムを連続生産するた
めの方法を開示している。植物粗原料の改変および可塑
化ならびにフィルムの製造は、単一の加工工程において
中断されることなく行われる。
CH−Ａ−679 564は、出発原料（少なくとも一部がデ
ンプンまたはデンプン誘導体）を押出機中で水および／
またはアルコールと共に連続圧縮し（この結果、ゲル化
する）、そして外形形成手段により加工する押出法を開
示している。この押出過程中は、ほぼ同じ温度を維持す
る。
本発明の目的は、好ましくは粒状または繊維の形態に
あるデンプン押出物を製造するための改良法であって、
生成物の品質を改善し、押出機の装備の機械的摩耗を減
少させつつその能力を増大させる改良法を提供すること
である。
この目的は、請求の範囲に記載した特徴によって達成
される。
本発明は次のコンセプトに基づくものである：熱可塑
性デンプンを、押出過程において低粘度および低剪断強
度で砕解し、物理化学的に改変する。この高粘度液体の
熱可塑性デンプンを、ストリップ、糸の形態で、または
他の幾何形状で押出機から放出させ、次いで調整を行な
って該デンプンを圧縮、安定化および注意深く後処理す
る。次いで、この固化したデンプンを粒状化またはさら
に繊維に加工してもよく、さらに後の調整工程において
所望の残留水分に調節および包装してもよい。
本発明は次の利点を示す：熱可塑性デンプンの保護、
分子の分解がないこと、相当に改善された品質、押出機
装備の保護、内部摩擦が相当に最小化されることにより
摩耗がないこと、および特に低いトルクおよびエネルギ
ー供給時の高い収量。例えば、本発明の方法は、現在既
知の方法に比べて二軸スクリュー押出機の名目生産量の
３倍量を与える。
本発明を実施例により説明する。
添付した図面の図１は、粒状化熱可塑性デンプンを製
造するための方法の発明原理を示す。
図１に示すように、熱可塑性デンプンを製造するため
の方法に従って、出発原料をミキサー１中で混合する。
補充可能な粗原料、例えばトウモロコシ、コムギ、ジャ
ガイモ、タピオカ、雑種トウモロコシまたは他の穀物も
しくはデンプン含有の根もしくは塊茎からのポリマー炭
水化物などからの粗原料の混合物を用い、追加の適当な
乳化剤、例えばグリセリンモノステアレートなどをこの
混合物に加える。混合した後、この均質な塊を緩衝容器
２に加え、この容器には連続工程のために十分量の混合
物を常に保持させる。この容器から供給スクリュー３が
混合物を計量装置４に輸送し、この計量装置が二軸スク
リュー押出機６に第１の入口５から予め決定した量の混
合物を供給する。この混合物の供給と同時に、さらに別
の添加剤、特に可塑、可溶化、疎水化、染色、皮膜形
成、皮膜形成増強および／または繊維助剤を、第２の入
口７から二軸スクリュー押出機６に供給する。さらに、
特に可塑化を増強するためのグリセリンおよび／または
支持テキスチャーを形成させるための紡織繊維を用いる
ことができる。全体として、これら追加の添加剤は溶融
粘度をさらに低下させるように働き、従って、押出中の
デンプンに対してより低い剪断応力を与える結果により
デンプンポリマーの分子構造を維持するように寄与す
る。また、押出機の機械部品の機械的応力が大きく低下
し、押出機ケーシングまたは押出機スクリューにおける
摩耗の早期の徴候を妨げることができる。混合物中の補
充可能な粗原料の割合は50〜90％であるのが好ましい
が、製造するデンプン製品の性質に対する要求に依存し
て、より高いかまたはより低い割合であってもよい。反
応中に粗原料混合物は、加圧および加温（例えば、加熱
装置８による加熱）下に二軸スクリュー押出機６中で分
解され、物理化学的に改変される。適切な温度コントロ
ール装置が、押出機６中の場所および時間に関して温度
プロフィールを調節するように働き、処理を最適なもの
にする（例えば、ドイツ特許出願P 42 28 016.0中の調
節に従う）。二軸スクリュー押出機６を離れる直前に、
溶融物の粘度は湿気の除去によって上昇し、同時にその
温度が低下し、例えば25〜150barの圧力下および例えば
30〜220℃、好ましくは30〜99℃の温度で、デンプンを
ストリップ、糸の形態または他の幾何形状で吐出させ、
所望により連続フィラメントに紡ぐ。
二軸スクリュー押出機６に続く、例えば回転コンベヤ
ーベルトの形態にある処理ライン９において、押出物を
暴気装置10によって物理化学的に後処理することができ
る。特に、テキスチャーを固化および安定化するように
調整することができる。
粒状物を製造するときには、固化したデンプンをミル
中で粉砕し、粒状化し、そして乾燥機12中に入れて液
体、揮発性可塑剤および助剤を除去する。この乾燥工程
は、乾燥機12中での粒状物の連続回転、乾燥機12の通風
（例えば、送風機13および排気装置14ならびに加熱装置
15による）からなる。最後に、粒状物をコンベヤー16に
よってふるい17に供給して選別し、次いでこれらを充填
ステーション18において重量測定し、包装する。ふるい
17に供給する粒状物の量をコントロールするために、ふ
るいにオーバーフロー容器19を設置する。
以下に挙げる実施例は、混合物の組成および方法の条
件を説明することを意図するものである。
均質混合ミキサー１において、トウモロコシデンプン
100kgとグリセリンモノステアレート1kgの混合物を製造
する。この混合物を、45kg/時の流速で二軸スクリュー
押出機６［ベルナー・ウント・プフライデラー社（Wern
er ＆ Pfleiderer AG）（ドイツ）の「コンチヌア（Con
tinua）37」、約40mmのスクリュー直径を有する］に連
続供給する。同時に、グリセリンを15kg/時の流速で加
える。最後の２つの区域を冷却することによって、ダイ
のところでの出口温度を90℃に調節する。210rpmのスク
リュー速度で62barの塊圧力が生じる。放出されたフィ
ラメントをコンベヤーベルト９上で後処理し、ミル11に
供給する。この粉砕された物質を櫂形乾燥機12中で連続
乾燥して２％の含水量にする。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポメランツ、ヴィンフリート ドイツ連邦共和国 デー―32130 エン ガー、エルンテヴェーク ８番 (72)発明者 クレンケ、クルト ドイツ連邦共和国 デー―47533 クレ ーヴェ、シュテッヒバーン 63番 (72)発明者 シュミット、ハラルト ドイツ連邦共和国 デー―46446 エメ リッヒ、コッペルヴェーク 13番 (72)発明者 ホイヤー、ヨーアヒム ドイツ連邦共和国 デー―47559 クラ ネンブルク、メーゲルカンプ 47番 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C08B 30/12

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】補充可能なデンプン含有粗原料を基本にし
    て、そして所望により固体および／または液体添加物を
    用いて、好ましくは粒状または繊維形態にある熱可塑性
    デンプンを製造するための方法であって、以下の工程か
    らなる方法： ａ）第１区域において補充可能な粗原料を所望により固
    体および／または液体添加物と混合して均質な粗原料混
    合物を得、 ｂ）この粗原料混合物の用量を第２区域に加え、 ｃ）さらに別の添加剤の用量を第２区域に加え、 ｄ）この粗原料混合物を加熱および反応させ、第３区域
    において第１粘度を有する溶融物を生成させ、 ｅ）この溶融物を第４および第５区域において冷却およ
    び可塑化し、第１粘度より高い第２粘度を有する熱可塑
    性デンプンを押出し、 ｆ）この押出物を第６区域において調整し、そして ｇ）この押出物を第７区域において放出させる。
  2. 【請求項２】放出させた押出物を第８区域において乾燥
    させる請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】粗原料混合物中の補充可能な粗原料が、ト
    ウモロコシ、コムギ、ジャガイモ、タピオカ、雑種トウ
    モロコシおよび他の穀物またはデンプン含有の根もしく
    は塊茎から得られるポリマー炭水化物である請求項１ま
    たは２に記載の方法。
  4. 【請求項４】添加剤として、グリセリンモノステアレー
    トを乳化剤として、好ましくは第１区域において添加す
    る請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】さらに別の添加剤として、可塑、軟化、可
    溶化、疎水化、染色、皮膜形成、皮膜形成増強および繊
    維助剤を、好ましくは第２区域において添加することを
    特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】可塑化助剤としてグリセリンを添加するこ
    とを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】繊維助剤として紡織繊維を添加することを
    特徴とする請求項５または６に記載の方法。
  8. 【請求項８】粗原料混合物が、５〜95％、好ましくは50
    〜90％、特に60〜85％の補充可能な粗原料を含有するこ
    とを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
  9. 【請求項９】第１区域において、粗原料と添加剤をミキ
    サー（１）中で混合して均質な粗原料混合物を得ること
    を特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
  10. 【請求項１０】第２〜第５区域において、圧力／温度プ
    ロフィールに関して、二軸スクリュー押出機（６）にお
    いて粗原料混合物を加熱し、破壊し、物理化学的に改変
    し、そして冷却することを特徴とする請求項１〜９のい
    ずれかに記載の方法。
  11. 【請求項１１】押出工程における処理を、25〜150barの
    圧力および30〜220℃、好ましくは30〜99℃の温度で行
    なうことを特徴とする請求項１〜10のいずれかに記載の
    方法。
  12. 【請求項１２】改変されたデンプンをストリップ、糸の
    形態または他の幾何形状で押出すことを特徴とする請求
    項１〜11のいずれかに記載の方法。
  13. 【請求項１３】高いかまたは低い大気圧下、気体および
    ／または液体および／または固体助剤を用いて押出物を
    調整することによって、押出物を第６区域において後処
    理にかけることを特徴とする請求項１〜12のいずれかに
    記載の方法。
  14. 【請求項１４】可塑化したデンプンを調整工程後の粉砕
    工程において、好ましくは第７区域において粒状熱可塑
    性デンプンに砕解し、そして／または連続フィラメント
    として放出させることを特徴とする請求項１〜13のいず
    れかに記載の方法。
  15. 【請求項１５】揮発性の軟化剤および助剤を、好ましく
    は第８区域において、乾燥工程で得られる押出物から除
    去し、これにより固体原料の規定した含量を調節するこ
    とを特徴とする請求項１〜14のいずれかに記載の方法。
  16. 【請求項１６】請求項１〜15のいずれかに記載の方法に
    従って製造しうるデンプンの粒子および／または繊維の
    形態にある押出物。
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