KR0179196B1 - 열가소성 전분 생산 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에는 재활용 가능한 원재료에 기초한 열가소성 전분을 생산하는 공정과, 필요할 경우 부가의 공정으로 입상화된 열가소성 전분을 생산하는 공정이 개시되어 있다. 즉, 낮은 점성의 전분은 압출공정 동안 낮은 전단 응력 스트레스하에서 변형되어지며, 증가된 점성을 가진 채 스트립, 실 또는 다른 기하학적 형태로 압출기를 빠져나간다. 본 발명의 주된 목적은 전분 생산물의 향상된 품질, 압출기 장치의 기계 부분의 보존 및 압출기의 공칭 출력의 증가이다.
Description
본 발명은 재활용 가능한 원재료를 기초로 압출 성형가공에 의해 스트립, 실 또는 다른 기하학적 형태로 바이오폴리머성 열가소성 전분을 생산하는 방법에 관한 것이다. 이 압출물은 추가로 가공하여 입상으로 만들 수 있다.
종래의 기술에서, 열가소성 전분 및 다른 변형된 전분으로부터 소립(小粒)은, 압출기의 배출구에서 뜨거운 변형된 전분이 회전 날개에 의해 입상의 조각으로 절단되는 방법과 같은 압출공정에 의해 직접 얻어진다. 압출 단계중 전분은 압력과 온도하에서 분쇄된다. 통상, 10 내지 20%의 자연수 함유로 충분하고, 필요에 따라 용제, 첨가제 및 가소제가 첨가될 수 있다. 가소성의 뜨거운 전분 덩어리는 압출기내의 반응조건 및 고전단 응력에 의해 기계적 및/또는 물리-화학적 손상을 입게 된다. 즉, 전분 폴리머의 불가피한 분자분해라는 바람직하지 못한 부작용이 나타난다. 따라서, 전분의 필름 강도는 분자량에 따라 감소되기 때문에 압출된 전분의 결합 강도 및 필름 강도는 저하된다. 이축 스크류 압출기는 분쇄된 전분의 높은 점성 및 점착성으로 인해 평균 이상의 마모를 입게 된다. 그러므로, 아주 고가이거나 내마모 기계부속이 압출기 케이싱으로 사용되어야 하며, 스크류 물질 또는 각각의 성분들이 과비례 마모를 겪게 되어 생산된 열가소성 전분의 코스트가 높아지고 품질이 불균일하게 된다. 압출기의 마모와 균열 문제 및 열가소성 전분의 품질 문제로 인해, 이 방법, 예를 들면 GB-A-2 208 652에 개시된 방법은 지금까지 널리 이용되지 않았다.
WO-A-94 04 600은 카보하이드레이트(carbohydrate)의 형태로 식물 원재료로부터 일단계 생분해성 필름을 연속 생산하는 방법을 개시하고 있다. 식물 원재료의 변형, 가소화 및 필름 생산은 단일 공정 단계에서 중단없이 수행된다.
CH-A-679 564는 압출공정을 개시하며, 출발 물질(적어도 부분적으로 전분 또는 전분 유도체)이 물 및/또는 알콜(결과적으로 겔 상태)과 함께 압출기에서 연속적으로 압축되고, 프로필 연장을 통하여 압축된다. 압출 공정중에 온도는 거의 일정하게 유지된다.
본 발명의 목적은, 바람직하게는 입상 또는 섬유상 형태로, 전분 압출물을 생산하는 개선된 방법을 제공하며 그럼으로써 생산품의 품질이 향상되고, 압출기 장비의 기계적 마모가, 생산 능력은 증가시키면서도, 감소되도록 하는 데 있다.
상기 목적은 특허청구범위의 특성으로 달성된다.
본 발명은 다음 개념에 기초한다.
열가소성 전분은 낮은 점성과 낮은 전단 응력으로 분쇄되고, 압출 공정에서 화학-물리적으로 변형된다. 높은 점성의 액체 열가소성 전분은 스트립, 실 또는 다른 기하학적 형태로 압출기를 떠나며, 그리고 나서, 전분은 압축(compact)하고 안정화하고, 조심스럽게 후처리하기 위해 상태조절된다. 계속해서, 응고된 전분은 소립분말화되거나 더 가공하여 섬유질 형태로 만들고 추가의 상태 조절단계를 거쳐 소정의 잔류 습기를 갖도록 조절된 후 포장된다.
본 발명은 다음의 효과를 가지고 있다.
-열가소성 전분의 보호,
-분자의 무분해(無分解)
-품질의 향상,
-압출기 장비의 보호,
-내부 마찰 극소화로 인한 무마모(無磨耗), 그리고
-특히 보다 낮은 토크 및 에너지 투입에서도 생산성 향상.
예를 들어, 본 발명에 따른 공정은 기존의 공정에 비해 이축 스크류 압출기의 공칭(公稱) 생산량의 세 배의 생산량을 얻게 된다.
이하, 본 발명을 작업의 실시예에 의해 설명한다.
관련 도면에서는 다음이 도시되어 있다.
제1도 소립화된 열가소성 전분 생산 방법의 발명 원리
제1도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 열가소성 전분 생산 공정에 따르면, 출발 물질이 혼합기(1)에서 혼합된다. 옥수수, 밀, 감자, 타피오카, 잡종 옥수수, 그 밖의 곡류, 전분-함유 근경 또는 괴경의 폴리머성 탄수화물과 같은 재활용 가능 원재료로부터 유래한 원재료 혼합물이 글리세린 모노스테아레이트와 같은 적절한 추가적 유화제(乳化劑)가 상기 혼합물에 첨가된다. 혼합 후 이 혼합물은 연속 공정에 필요한 충분한 혼합물량을 항상 수반하는 완충용기(2)에 첨가된다. 상기 용기로부터 피드스크류(3)는 제1유입구(5)를 통해 소정의 혼합물량을 이축 스크류 압출기(6)에 제공하는 투입 장치(4)로 혼합물을 운반한다. 혼합물을 추가함과 동시에 추가의 첨가제는 제2유입구(7)를 통해 이축압출기(6)에 공급되고 특히, 가소화(可塑化) 보조제, 가용화(可溶化) 보조제, 소수화(疏水化) 보조제, 염색화(染色化) 보조제, 필름 형성화(形成化) 보조제, 필름 형성향상 보조제 및/또는 섬유 보조제가 공급된다. 아울러 그중에서도 특히 가소성 향상을 위한 글리세린 및/또는 지지조직(texture)을 형성하는 방직섬유(textile fiber)가 사용될 수 있다. 대체로 이러한 추가의 첨가제는 용해물 점성을 더욱 감소시키며, 이에 따라 압출과정에서 전분에 더 낮은 전단응력이 작용하게 되므로써 전분폴리머의 분자구조를 유지하게 된다.
또한, 압출기 기계 부품의 기계적 응력이 상당히 감소되고 압출기 스크류 또는 압출기 케이싱의 조기 마모를 예방할 수 있다. 혼합물에서 재활용 가능 원재료의 백분율은 50-90%가 바람직하지만 생산되는 전분생산품의 특성상의 조건에 따라 백분율은 높아지거나 낮아질 수 있다. 공정중 원재료의 혼합물은 일정한 압력과 온도(즉, 가열장치(8)에 의한 가열)하에서 이축 스크류 압출기에 의해서 구조가 파괴되고(destructurized) 그리고 물리-화학적으로 변화된다. 예를 들면, 독일특허출원 p42 28 016.0의 조절 장치에 의하면, 적당한 온도 제어장치가, 압출기(6)에서 시간과 공간에 관련한 온도 프로필을 조정하는 데 쓰인다. 용해물의 점성은 이축 스크류 압출기(6)를 떠나기 바로 전에 습기를 제거함에 따라 증가되고, 동시에 용해물의 온도는 감소되며, 전분은 예를 들어 압력 25바 - 150바 그리고 온도 30 - 220℃, -바람직하게는 온도는 30 - 99℃, -에서 스트립, 실 또는 다른 기하학적 형태로 배출되고, 선택적으로 연속의 필라먼트로 뽑아져 배출된다.
회전 컨베이어 벨트 형태와 같은 이축 스크류 압출기(6)의 다음에 있는 처리라인(9)상에 있는 건조 장치(10)에 의해 압출물은 화학-물리적으로 후처리가 될 수 있으며, 특히 압출물은 응고하고 조직을 안정화하기 위해 상태조절되어진다.
소립이 생산될 경우, 응고된 전분은 제분기에서 분쇄, 소립화되며, 건조기(12)에 넣어 액체 휘발성 가소제 및 보조제를 제거한다. 건조 단계는 건조장치(12)내에서의 소립의 연속회전 및 건조장치(12)의 통풍-예를 들어 가열장치(15)의 경유뿐만 아니라 팬(13)과 배기 장치(14)의 경유-을 포함한다. 마지막으로, 소립은 컨베이어(16)을 거쳐 여과기(17)로 넘어가서 선별되고, 그리고 나서 충진소(18)에서 중량이 점검되고 포장된다.
여과기(17)로 넘어간 소립의 양을 제어하기 위해 여과기에 과잉분 용기(19)가 제공된다.
다음 예로 혼합물의 구성과 공정 조건을 설명한다.
주 혼합기(1)에서 100kg의 옥수수 전분과 1kg의 글리세린 모노스테아레이트의 혼합물이 생산된다. 이 혼합물은 시간당 45kg의 흐름율로 약 40mm 의 스크류직경을 가지는 독일 어너 엔 플레이데레르 AG(WERNER PFLEIDERER AG)사의 콘티누아 37(continua 37) 이축 스크류 압출기로 계속해서 넘어간다. 동시에 글리세린이 시간당 15kg의 흐름율로 첨가된다. 마지막 두 부분을 냉각함으로써 다이에서의 출구온도는 90℃로 조정된다. 210rpm의 스크류 속도로 62바의 덩어리 압력이 발생한다. 빠져 나온 필라먼트는 컨베이어 밸트(9)상에서 후처리되고 제분기(11)로 넘어간다. 분쇄된 재료는 계속해서 외륜 건조기(12)에서 습도가 2%가 될 때까지 건조된다.
Claims (16)
- 하기 단계들로 이루어지는, 재활용가능한 전분 함유 원재료를 기초로 유화제를 사용하여 입상 또는 섬유상 형태의 열가소성 전분을 생산하는 방법: a)제1부에서 재활용가능한 전분함유 원재료를 혼합하고, 유화제를 첨가하여, 균질의 원재료 혼합물을 얻는 단계, b)원재료 혼합물을 제2부에 첨가하는 단계, c)가소화 보조제, 연성화 보조제, 가용화 보조제, 소수화 보조제, 염색화 보조제, 필름 형성화 보조제, 필름 형성 향상 및 섬유 보조제를 추가첨가제로서 제2부에 첨가하는 단계, d)제3부에서 상기 원재료 혼합물을 가열하고 반응시켜 제1점성을 가진 용해물을 형성하는 단계, e)제4부 및 제5부에서 상기 용해물을 냉각하고 가소화하고 제1점성보다 높은 제2점성을 가진 열가소성 전분을 압출하는 단계, f)제6부에서 압출물을 압축시키고 안정화되도록 상태조절하는 단계, g)제7부에서 상기 압출물을 방출하는 단계.
- 방출된 압출물이 제8부에서 건조되는 것을 특징으로 하는 열가소성 전분을 생산하는 방법.
- 제1항에 있어서, 원재료 혼합물중의 재활용가능한 전분함유 원재료는 옥수수, 밀, 감자, 타피오카, 잡종 옥수수 및 기타 곡물 또는 전분-함유 근경 또는 괴경에서 얻어지는 폴리머성 탄수화물인 것을 특징으로 하는 열가소성 전분을 생산하는 방법.
- 제1항에 있어서, 유화제로서 글리세린 모노스테아레이트가 제1부에서 첨가되는 것을 특징으로 하는 열가소성 전분을 생산하는 방법.
- 제1항에 있어서, 가소화 보조제로서 글리세린을 첨가하는 것을 특징으로 하는 열가소성 전분을 생산하는 방법.
- 제1항에 있어서, 섬유 보조제로서 방직 섬유를 첨가하는 것을 특징으로 하는 열가소성 전분을 생산하는 방법.
- 제1항에 있어서, 원재료 혼합물은 재활용가능한 전분함유 원재료를 5-95% 함유하는 것을 특징으로 하는 열가소성 전분을 생산하는 방법.
- 제1항에 있어서, 제1부에서 전분함유 원재료와 첨가제는 혼합기(1)에서 혼합되어 균질의 원재료 혼합물이 얻어지는 것을 특징으로 하는 열가소성 전분을 생산하는 방법.
- 제1항에 있어서, 제2부 내지 제7부에서 원재료 혼합물은 압력/온도 프로파일과 관련하여 이축 스크류 압출기(6)에서 가열되고, 구조가 파괴되며, 화학-물리적으로 변형되고 그리고 냉각되는 것을 특징으로 하는 열가소성 전분을 생산하는 방법.
- 제1항에 있어서, 압출단계에서의 처리는 압력 25바 -150바 및 온도 30℃-220℃로 수행되는 것을 특징으로 하는 열가소성 전분을 생산하는 방법.
- 제1항에 있어서, 변형된 전분이 스트립, 실 또는 다른 기하학적 형태로 압출되는 것을 특징으로 하는 열가소성 전분을 생산하는 방법.
- 제1항에 있어서, 가소화된 전분이, 제7부에서, 상기 상태조절 단계후의 분쇄단계에서 입자상 열가소성 전분으로 분쇄되거나 연속상 필라먼트로서 방출되는 것을 특징으로 하는 열가소성 전분을 생산하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 휘발성 연화제 및 보조제는, 제8부에서, 건조단계에서 얻어지는 압출물로부터 제거됨으로써 고형분의 함량을 맞추는 것을 특징으로 하는 열가소성 전분을 생산하는 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 원재료 혼합물이 재활용가능한 전분함유 원재료를 50-90% 함유하는 것을 특징으로 하는 열가소성 전분을 생산하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 원재료 혼합물이 재활용가능한 전분함유 원재료를 60-85% 함유하는 것을 특징으로 하는 열가소성 전분을 생산하는 방법.
- 제10항에 있어서, 압출 단계에서의 처리는 압력 25바-150바 및 온도 30℃-99℃로 수행되는 것을 특징으로 하는 열가소성 전분을 생산하는 방법.
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