NL1011307C1 - Werkwijze voor het vormgeven van (aard)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes. - Google Patents

Description

- 1 - WERKWIJZE VOOR HET VORMGEVEN VAN (AARD)ALKALIMETAALBENZOAATDEELTJES 5

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vormgeven van (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltj es.

10 Uit JP-A-01083044 ten name van Toa Gosei is het bekend om een natriumbenzoaatpasta, die 20-30 gew.% H20 bevat, te extruderen tot granulaat met een diameter van 0,2-1,2 mm, waarna de granules worden gedroogd tot de hoeveelheid water kleiner is dan 1 gew%.

15 Het blijkt echter dat de bekende natriumbenzoaatgranules gemakkelijk versmeerbaar zijn waardoor bijvoorbeeld verwerkingsapparatuur, die wordt toegepast bij het bewerken en transporteren van deze granules, gemakkelijk verstopt. Bij het drogen en het 20 verwerken van de natriumbenzoaatgranules treedt bovendien in het algemeen stofvorming op, welke vanuit het oogpunt van een goede arbeidshygiëne en vanuit het oogpunt van een goed procesrendement ongewenst is. Het gevormde granulaat heeft namelijk een dermate zwakke 25 textuur dat tijdens navolgende handelingen veel stof wordt gevormd.

(Aard-)alkalimetaalbenzoaten worden veelal toegepast als conserveringsmiddel in voedingsmiddelen, bijvoorbeeld frisdranken.

30 De onderhavige uitvinding stelt zich tot doel bovengenoemde nadelen op te lossen.

Dit doel wordt bereikt doordat het vormgevingsproces een processtap omvat, waarbij de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes een rondtollende 35 beweging maken.

1011307 - 2 -

Gebleken is dat wanneer (aard-)alkali-raetaalbenzoaatdeeltjes aan een dergelijke processtap worden onderworpen de versmeerbaarheid aanzienlijk wordt verlaagd. Tevens is volgens de uitvinding 5 gebleken, dat noch bij het drogen noch bij het verwerken van de granules significante stofvorming optreedt.

De (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes waarop de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding 10 van toepassing is, zijn bijvoorbeeld deeltjes verkregen via een granulatietechiek, bijvoorbeeld fluidbed-granulatie, opbouwgranulatie, stoomgranulatie, natte granulatie of pan-granulatie en deeltjes verkregen via een extrusietechniek, bijvoorbeeld hoge druk extrusie 15 en lage druk extrusie. Dergelijke granulatie- en extrusietechnieken zijn algemeen bekend. Geschikte extruders zijn bijvoorbeeld enkelschroefextruders en dubbelschroefextruders, zowel met gelijkdraaiende als met tegendraaiende schroeven. Hierbij kan het gevormde 20 extrudaat zowel axiaal als radiaal uit de extruder worden verwijderd.

De (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes worden bijvoorbeeld gevormd vanuit een (aard-)alkali-metaalbenzoaatpoeder, dat daartoe desgewenst wordt 25 gemengd met een vloeistof, bij voorkeur water. Het poeder en de vloeistof kunnen of voor het granulatie-of extrusieproces of tijdens het extrusieproces worden gemengd. Geschikte mengapparatuur is voor de vakman bekend. Mengen tijdens het extrusieproces kan goed 30 geschieden door toepassing van hiervoor geschikte mengelementen, in de extruder.

Bij voorkeur worden de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeelt jes verkregen uit een pasta van (aard-)alkalimetaalbenzoaat en water, die bijvoorbeeld 1011307 - 3 - in een axiaal- of radiaalextruder wordt geextrudeerd tot (aard-)alkalimetaalbenzoaatextrudaat.

Het geproduceerde extrudaat kan na het passeren van een zogenaamde spuitplaat, matrijs of 5 screen desgewenst op een bepaalde gedefinieerde lengte worden afgesneden of afgehakt, maar het is ook heel goed mogelijk om de lengte van het extrudaat niet op een dergelijke wijze te definiëren en het extrudaat in lange strengen uit de extruder te laten stromen. Het 10 extrudaat is bijvoorbeeld cylindervormig en heeft een diameter die binnen wijde grenzen kan worden gekozen.

In het algemeen is de diameter tussen 0,1 en 10 mm, bij voorkeur tussen 0,2 en 5 mm, met meer voorkeur tussen 0,5 en 3 mm.

15 Het (aard-)alkalimetaalbenzoaat is bijvoorbeeld natrium-, kalium-, calcium- en/of magnesiumbenzoaat. Bij voorkeur betreft het natriumbenzoaat. De (aard-)alkalimetaaldeeltjes kunnen desgewenst toeslagstoffen bevatten.

20 Het watergehalte van de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes wordt zodanig gekozen dat de deeltjes plastisch vervormbaar zijn, en tevens niet plakken of kleven, waardoor bij de vormgevingsstap problemen zoals bijvoorbeeld 25 verstoppingen kunnen wórden geminimaliseerd. Het watergehalte van de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes die worden onderworpen aan de vormgevingsstap volgens de uitvinding bedraagt 5-40 gew% water bij voorkeur 10-30 gew% water, in het bijzonder 15-25 gew% water.

30 Bij het vormgevingsproces volgens de uitvinding ondergaan de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeelt jes een processtap, waarbij de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes een rondtollende beweging maken. Met een rondtollende beweging wordt in 1011307 - 4 - het kader van de uitvinding bedoeld dat de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes een beweging maken waarbij ze worden onderworpen aan bijvoorbeeld centrifugale krachten, waardoor de deeltjes om hun 5 eigen as draaien.

Bij voorkeur wordt de bovengenoemde processtap uitgevoerd in een sferonisator. Een geschikt apparaat is bijvoorbeeld een sferonizer of een marumerizer® zoals beschreven in US-A-3277520. Een 10 marumerizer® is een apparaat met een al dan niet gladde zijwand, bijvoorbeeld een cilinder met een daarbinnen concentrisch geplaatste draaibare in essentie horizontale plaat. De plaat, die desgewenst voorzien is van een profiel of is ruw gemaakt is draaibaar om een 15 in essentie vertikale as.

Desgewenst wordt het oppervlak van de plaat voorzien van een profiel of struktuur, al naargelang de toe te passen werkwijze. De plaat is op geringe afstand van de zijwanden opgesteld.

20 In dit apparaat valt het extrudaat op de roterende plaat, waarbij de deeltjes of strengen geleidelijk worden omgevormd in deeltjes, waarvan de lengte/diameter verhouding varieert tussen bijvoorbeeld 1 en 2,5. De deeltjes of strengen kunnen rechtstreeks 25 vanuit de granulator of extruder aan de sferonisator worden gedoseerd maar het is ook goed mogelijk om bijvoorbeeld het granulaat of extrudaat eerst te drogen en vervolgens desgewenst te bevochtigen alvorens het aan de sferonisator wordt toegevoegd.

30 Desgewenst kan de sferonisator meerdere platen bevatten en/of kunnen 2 of meer apparaten serieel geplaatst worden om een propstroomkarakter te bewerkstelligen. Op die wijze wordt de spreiding in verblijftijd van de afzonderlijke deeltjes verlaagd.

i 1011307 - 5 -

De beweging van de deeltjes kan in essentie als volgt beschreven worden. De deeltjes worden tegen de wand van het apparaat gedrukt, waarbij een combinatie van zwaartekracht, centrifugaalkrachten en 5 wrijvingskrachten resulteert in de vorming van een mechanisch gefluïdiseerde ring van deeltjes die ten opzichte van de wand langzaam ronddraait.

De individuele deeltjes volgen hierbij een helix-vormig trajekt waarbij de deeltjes plastisch 10 worden vervormd en geleidelijk veranderen van bijvoorbeeld cylindrisch via haltervormig naar bolvormig. De uiteindelijke vorm is een resultante van de diverse procesparameters en wordt bijvoorbeeld beïnvloed door de verblijftijd, het toerental van de 15 plaat en het vochtgehalte van de deeltjes. De processtap kan zowel batchgewijs, semi-continu als continu worden uitgevoerd.

De duur van het vormgeven van de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes is afhankelijk van 20 de produktvorm die men wenst te verkrijgen. Bij een langere verblijftijd in de sferonisator zullen de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes, bijvoorbeeld cylindrische staafjes via cylinders met afgeronde uiteinden of haltervormige deeltjes verder worden 25 omgezet in ellipsvormige deeltjes en uiteindelijk worden bolvormige (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes verkregen. De tijdsduur van het vormgeven kan bijvoorbeeld variëren van 5 seconden tot 30 minuten.

Bij voorkeur bedraagt de gemiddelde tijdsduur 10-300 30 seconden. De gekozen tijdsduur van het vormgeven is een optimalisatie tussen gewenste vorm van de deeltjes en de voor het vormgeven gewenste capaciteit.

Het toerental van de roterende plaat kan binnen wijde grenzen variëren en ligt bijvoorbeeld 1011307 - 6 - tussen 100-5000 toeren/minuut. Bij voorkeur ligt het toerental tussen 300-1000 toeren/minuut, in het bijzonder tussen 500-700 toeren/minuut.

De gewenste procesomstandigheden zijn 5 afhankelijk van de specifieke situatie en kunnen door een vakman eenvoudig worden vastgesteld.

De temperatuur van de in te zetten (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes kan tussen brede grenzen variëren, bijvoorbeeld tussen 20-120°C. Zo 10 kunnen bijvoorbeeld (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes worden gesferoniseerd die rechtstreeks uit een extruder komen. De temperatuur is echter niet kritisch tijdens het vormgeven en de vakman kan bij iedere temperatuur de optimalisatie van de andere parameters op eenvoudige 15 wijze bewerkstelligen.

De uitvinding heeft tevens betrekking op (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes met een lage versmeerbaarheid. Dergelijke deeltjes kunnen bijvoorbeeld worden verkregen met de werkwijze volgens 20 de uitvinding.

De versmeerbaarheid is van belang bij het verder verwerken van de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeelt jes; minder versmeerbare deeltjes veroorzaken minder verstoppingen en/of stofvorming bij 25 behandelingen zoals bijvoorbeeld drogen, transport, bijvoorbeeld via een transportschroef of via pneumatisch transport, verpakking, dosering en tijdens opslag.

De versmeerbaarheid wordt gemeten analoog 30 aan ASTM C142-78 waarbij men de deeltjes stuk voor stuk tussen duim en wijsvinger rolt / versmeert / fijn drukt. De deeltjes mogen niet met de nagel of andere harde oppervlakken in aanraking komen, de vingers i 1011307 - 7 - moeten droog zijn. Vervolgens wordt geteld hoeveel deeltjes versmeren, dat wil zeggen hoeveel deeltjes niet heel blijven, en hoeveel heel blijven. Tenslotte wordt het percentage berekend van het aantal versmeerde 5 deeltjes. In praktijk zal bij normale uitvoering van de test tussen 50 en 95% van de niet gesferoniseerde deeltjes versmeerd worden; van de gesferoniseerde deeltjes zal het percentage versmeerde deeltjes ten minste een factor 1,5, bij voorkeur een factor 5, in 10 het bijzonder een factor 10, lager zijn dan bij de deeltjes verkregen vóór sferoniseren.

De versmeerbaarheid van de vormgegeven, gesferoniseerde (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes is in de regel kleiner dan 50%. Bij voorkeur is de 15 versmeerbaarheid kleiner dan 40%, in het bijzonder kleiner dan 10%.

Gebleken is dat tevens andere mechanische eigenschappen van de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeelt jes opmerkelijk verbeteren, en dat het verkregen 20 produkt in essentie geen vacuoles bevatte.

De vormgegeven (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeelt jes bezitten een vergruisbaarheid kleiner dan 40%. De vergruisbaarheid is een maat voor de hardheid van de deeltjes, en wordt gemeten met de zogenaamde kogeltest. 25 Hierbij wordt 25 gram van de vormgegeven deeltjes produkt samen met 18 staalkogels (diameter 15 mm) in een zeefpan gebracht en op een schudzeef geplaatst. De schudzeef moet een cirkelvormige beweging in het horizontale vlak uitvoeren met een frequentie van ca.

30 250 toeren per minuut en een amplitude (top tot top) van 15 mm. De maaswijdte van de schudzeef is afhankelijk van het toe te passen produkt en kan gemakkelijk door een vakman worden gekozen. Indien de toe te passen deeltjes een diameter bezitten groter dan 1011307 - 8 - 0,6 mm wordt een schudzeef met een maaswijdte van 0,5 mm gebruikt. Het gewichtspercentage van de deeltjes kleiner dan 0,5 mm ten opzichte van de hoeveelheid uitgangsmateriaal (25 gram) is de vergruisbaarheid.

5 Bij voorkeur is de vergruisbaarheid van de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes kleiner dan 20%.

Gebleken is dat ook het stortgewicht van de vormgegeven (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes verbeterd is. De vormgegeven (aard-)alkalimetaal-10 benzoaatdeeltjes bezitten meestal een stortgewicht groter dan 550 kg/m3. Bij voorkeur is het stortgewicht groter dan 600 kg/m3, in het bijzonder groter dan 650 kg/m3. (Aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes met een hoog stortgewicht zijn vanuit verpakkingsoogpunt zeer 15 gewenst. Stapelingen van zakken gevuld met produkt met een hoog stortgewicht zijn stabieler en minder geneigd tot inzakken en/of omvallen en zijn bijgevolg veiliger.

De vormgegeven (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeelt jes zijn veelal bol- en/of haltervormig. De vorm 20 van de deeltjes is van belang in verband met de stromingseigenschappen. Bol- en/of haltervormige (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes vertonen betere stromingseigenschappen waardoor transport van deze deeltjes minder problemen veroorzaakt.

25 De (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes volgens de uitvinding hebben bijvoorbeeld een lengte / diameter verhouding kleiner dan 2,5. Bij voorkeur is de lengte / diameter verhouding kleiner dan 1,5.

De porositeit van de gesferoniseerde 30 (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes ten opzichte van bijvoorbeeld niet gesferoniseerd alkalimetaalextrudaat wordt door het sferoniseren niet of nauwelijks beïnvloed. Het is verrassend, dat de versmeerbaarheid en de vergruisbaarheid sterk verbeteren, terwijl de 1011307 - 9 - porositeit van de deeltjes niet of nauwelijks verandert. Ook de oplossnelheid wordt verrassenderwijs weinig beïnvloed.

De (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltj es 5 betreffen bijvoorbeeld kalium-, natrium-, calcium-en/of magnesiumbenzoaatdeeltjes, bij voorkeur natriumbenzoaatdeeltjes.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de voorbeelden zonder 10 hiertoe te worden beperkt.

Voorbeeld I

2250 gram natriumbenzoaatpoeder en 750 gram water werden intensief gedurende 155 seconden gemengd 15 tot dat een homogene, niet kleverige pasta ontstond.

De verkregen pasta werd gedoseerd aan een extruder (Fuji Paudal, type EXDF-100), die was voorzien van een spuitplaat met 2mm diameter gaatjes. Het toerental van de schroeven bedroeg 36 toeren per minuut 20 en er werden lange strengen extrudaat verkregen.

Het verkregen extrudaat werd gevoed aan een sferonisator (Fuji Paudal marumerizer®, type QJ-400), die was voorzien van een geprofileerde bodemplaat (plate pitch 3 mm). Het toerental van de bodemplaat 25 bedroeg 630 toeren per minuut en de tijdsduur van het sferonisatieproces bedroeg 67 seconden. Er werd een goede gefluïdiseerde band verkregen, en na het proces werden haltervormige deeltjes verkregen, waarvan de gemiddelde lengte/diameter verhouding lag tussen 1,5 en 30 2,5. Na drogen (15 minuten bij 100°C in een fluid bed droger) werd een produkt verkregen met een stortgewicht van 694 kg/m3.

'1011307 - 10 -

De versmeerbaarheid van de deeltjes werd bepaald door 100 deeltjes stuk voor stuk tussen duim en wijsvinger te rollen/fijndrukken/versmeren, waarbij de deeltjes niet in contact kwamen met nagels of harde 5 oppervlakken. Van de 100 deeltjes versmeerden er 4.

De vergruisbaarheid van het produkt werd gemeten met behulp van de eerder beschreven kogeltest en bedroeg 15,6 gew.%.

Ter meting van de sterkte van het produkt 10 werden hiervan 100 deeltjes (gemiddelde lengte 3,1 mm) via een trilgoot toegevoerd aan een pijp, waarbinnen een luchtsnelheid van 20 m/s is gecreëerd. Hierbij werden de deeltjes tegen een plaat geschoten, die was opgesteld onder een hoek van 45°C ten opzichte van de 15 lengterichting van de pijp. Na afloop van het experiment was de gemiddelde lengte 3,1 mm. Het verkregen produkt bevatte geen vacuoles.

Voorbeeld II

20 Analoog aan voorbeeld I werden 6750 gram natriumbenzoaatpoeder en 2250 gram water gemengd, gedurende 300 seconden.

De verkregen pasta werd bij kamertemperatuur gedoseerd aan een radiaalextruder 25 (Fuji Paudal, type EXDCS), die was voorzien van een screen met gaatjes van 1 mm doorsnede (toerental schroeven 54 toeren per minuut). Er werd lang extrudaat gevormd.

Het verkregen extrudaat werd gevoed aan een 30 sferonisator (QJ-400, plate pitch 3mm, 25 seconden, 630 toeren per minuut, goede fluidisatie).

De gemiddelde lengte / diameter verhouding van het haltervormige produkt lag tussen 1,5 en 2,5. Na 1011307 - 11 - drogen was het stortgewicht 611 kg/m3. Analoog aan voorbeeld I werd de versmeerbaarheid bepaald (3%), de vergruisbaarheid (12,3 gew.%) en de sterkte bepaald (voor: 2,4 mm, na: 2,3 mm). Het verkregen produkt 5 bevatten geen vacuoles.

Vergelijkend Experiment A

Van het extrudaat verkregen via de werkwijze volgens voorbeeld II (stortgewicht 525 kg/m3) 10 werd na droging analoog aan voorbeeld II de versmeerbaarheid (93%), de vergruisbaarheid (55,8 gew.%) en de sterkte (voor: 3,2 mm, na: 2,3 mm) bepaald.

15 TABEL 1

Vergelijkende diverse eigenschappen

Ivbii lExp.A |

Versmeerbaarheid (%) 3 ~93 I

Vergruisbaarheid (gew.%) 12,3 55,8

Sterkte: Lengte vóór (mm) 2,4 3,2

Lengte na (mm) 2,3 2,3

Interne porositeit, (%) 1 24 2Ü

Oplossnelheid, sec. 10% gew. 2 50 Ts product in water

Storthoek, °(150 ml prod. 3 31,9 35,0 hoogte 75 mm)

Breukvlakhoek, 0 4 38,1 42,6 I

Samendrukbaarheid, % 5~ 12 10,3 ~|

Schudgewicht, kg/m3 6 696 563 | 1011307 - 12 - leeg porievolume 1. Interne porositeit =----------------x 100% totaal volume 5 Totaal volume = leeg porievolume + volume van de vaste stof. Het leeg porievolume wordt bepaald via kwikporosimetrie. Het volume van de vaste stof wordt gemeten via de heliumtest.

10 2. De oplossnelheid is de benodigde oplostijd in seconden voor het oplossen van 10 gew.% produkt in water bij 20°C.

3. De storthoek wordt gemeten conform DIN ISO 4324.

15 4. De breukvlakhoek is de minimale hellingshoek van de ondergrond in waarbij het produkt naar beneden glijdt.

20 5. Samendrukbaarheid = (schudgewicht-stortgewicht)/ schudgewicht x 100% 6. Het schudgewicht is gemeten volgens een standaard test methode ASTM D 1895 -89 (methode A).

1011307

Claims (9)

1. Werkwijze voor het vormgeven van (aard-)alkali-metaalbenzoaatdeeltjes met het kenmerk dat de 5 vormgeving een stap omvat waarbij de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes een rondtollende beweging maken.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes 10 (aard-)alkalimetaalbenzoaat extrudaat betreffen.

3. Werkwijze volgens conclusies 1 of 2 met het kenmerk dat de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes 5-4 0 gew% H20 bevatten.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3 met het 15 kenmerk dat de gemiddelde tijdsduur van de vormgevingsstap ten minste 5 sec bedraagt.

5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4 met het kenmerk dat de vormgeving in een sferonisator plaatsvindt.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5 met het kenmerk dat de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes natriumbenzoaatdeeltjes betreffen.

7. Gesferoniseerde (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeelt jes met het kenmerk, dat de versmeerbaarheid 25 ten minste een factor 1,5 lager is dan de versmeerbaarheid van de deeltjes vóór sferoniseren.

8. Gesferoniseerde (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeelt jes volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat 30 de factor een factor 5, bij voorkeur een factor 10, is.

9. (Aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes met het kenmerk dat de versmeerbaarheid kleiner is dan 50%. 1011307 - 14 - 10. (Aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes volgens conclusie 9 met het kenmerk dat de versmeerbaarheid kleiner is dan 40%, bij voorkeur 10%. 5 11. (Aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes volgens een der conclusies 7-10 met het kenmerk dat de vergruisbaarheid kleiner is dan 40%. 12. (Aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes volgens een der conclusies 7-11 met het kenmerk dat de 10 gemiddelde lengte / diameter verhouding van de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes kleiner is dan 2,5. 13. (Aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes volgens een der conclusies 7-12 met het kenmerk dat de 15 deeltjes bolvormig en/of haltervormig zijn. 14. (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes volgens een der conclusies 7-13 met het kenmerk dat de (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes een stortgewicht bezitten groter dan 550 kg/m3. 20 15. (aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes volgens een der conclusies 7-14 met het kenmerk dat het natriumbenzoaatdeeltjes betreffen. 16. (Aard-)alkalimetaalbenzoaatdeeltjes en werkwijze voor het vormgeven van (aard-)alkalimetaal- 25 benzoaatdeeltjes zoals beschreven en toegelicht aan de hand van de voorbeelden. 1011307