NL7906515A

NL7906515A - Werkwijze voor de kationisering van zetmeel, de aldus verkregen kationische zetmelen en de toepassingen daarvan.

Info

Publication number: NL7906515A
Application number: NL7906515A
Authority: NL
Original assignee: Roquette Freres
Priority date: 1978-08-31
Filing date: 1979-08-30
Publication date: 1980-03-04
Also published as: GB2063282A; GB2063282B; DE2935338C2; BE878532A; DE2935338A1; FR2434821A1; FR2434821B1; IT1122927B; IT7925410A0; NL189135B; NL189135C

Description

η

Roquette Freres, Société Anonyme volgens Frans recht te Lestrem, Frankrijk

Werkwijze voor de kationisering van zetmeel, de aldus verkregen kat-ionische zetmelen en de toepassingen daarvan.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de kationisering van zetmeel.

De uitvinding heeft e/eneens betrekking op de kat-ionische zetmelen, verkregen onder toepassing van deze werkwijze.

5 De uitvinding heeft verder betrekking op de toe passingen van deze kationische zetmelen.

De kationisering van zetmeel, die bestaat uit de invoering van een kationische groep in zetmeel, wordt bewerkstelligd door condensatie van een kationisch reagens, drager van een kationiseerbare 10 plaats, met een hydroxyIgroep van het zetmeelmolecuul.

De werkwijze volgens de uitvinding bestaat uit het in droge toestand in reactie brengen van korrelvormig zetmeel met een kationisch reagens en wordt hierdoor gekenmerkt, dat de reactie wordt uitgevoerd bij een temperatuur van 20-90°C en bij voorkeur 60-80°C in 15 tegenwoordigheid van een alkalisch middel, in het bijzonder natrium-hydroxyde.

Volgens een eerste voordelige uitvoeringsvorm wordt de werkwijze uitgevoerd onder gebruikmaking van een reagens van het epoxy-type met de formule 1 20 Rj R0 - N - CH„ - CH - CH0 X “ (1)

Z , Z \ / Z

R3 0 waarin de substituenten R{, ^ en bij voorkeur gelijk zijn en gekozen worden uit methyl- en ethyIresten, waarbij een van deze resten een water-25 stofatoom kan zijn, en waarin X voorstelt Cl , Br of J .

Volgens een tweede voordelige uitvoeringsvorm wordt de beschreven werkwijze uitgevoerd onder gebruikmaking van een reagens, dat gekozen wordt uit die met de formule 1 en die met de formule 2, 7906515

's 4 V

v 2 \ .

R2 - N - CH2 - CHOH - CH2X X (2) *3 waarin de substituenten Rj, R2 en R^ de bij de formule 1 aangegeven 5 betekenissen bezitten en X voorstelt Cl, Br of J, waarbij de gebruikte hoeveelheid reagens zodanig is, dat het stikstofgehalte van het verkregen kationische zetmeel hoger is dan 0,95 en ten hoogste gelijk is aan 2,8.

Volgens een derde voordelige uitvoeringsvorm is de 10 gebruikte hoeveelheid alkalisch middel 0,2-2 % en bij voorkeur 0,5-1 %, gebaseerd op het behandelde zetmeel, wanneer het kationisch middel een kationisch middel met de formule 1 is, waarbij deze hoeveelheid wanneer het kationisch middel een kationisch middel met de formule 2 is, wordt verhoogd met een hoeveelheid, die overeenkomt met de neutralisatie van 15 het middel met de formule 2.

De onder toepassing van de beschreven werkwijze verkregen kationische zetmelen zijn niet verknoopt en bezitten een viscositeit boven 1000, bij voorkeur boven 1500 en in het bijzonder boven 2000 Brabender-eenheden (U.B.), gemeten bij een concentratie van 5 %.

20 De volgens de werkwijze van de uitvinding verkre gen kationische zetmelen kunnen voor vele verschillende doeleinden worden toegepast.

Deze kationische zetmelen vertonen in feite een samenstel van zeer belangwekkende eigenschappen. Zij kunnen de rol ver-25 vullen van beschermend colloid; hun verdikkingskarakter kan wenselijk zijn, waarbij voordeel wordt getrokken uit hun opmerkelijke stabiliteit, hetgeen in het bijzonder geldt voor de waterige oplossingen en dit in het bijzonder voor de sterk gesubstitueerde produkten. Men kan eveneens gebruikmaken van hun bindmiddeleigenschappen. Zij kunnen dienen als kleef-30 middelprodukten. De zetmelen met hoog stikstofgehalte vertonen een opmerkelijk waterretentievermogen. Het zwakke tot zeer sterke kationische karakter van deze zetmelen is dikwijls van beslissend belang.

De produkten volgens de uitvinding kunnen worden toegepast in de papierindustrie als massa-produkt, bij de oppervlakte-35 behandeling of als component in bekledingspreparaten. Zij kunnen worden gebruikt in de kleefmiddelenindustrie, waarin behalve van hun kleefmiddel- 7906515 * -ί 3 \ karakter gebruik wordt gemaakt van het samenstel van de andere eigenschappen daarvan. Talloze andere industrieën kunnen gebruik maken van deze produkten en hun eigenschappen. Als voorbeelden daarvan kunnen worden genoemd de verf-, vernis- en inktindustrie, de pleister-industrie, de lijm-5 industrie voor geverfde papieren, de keramische industrie, de industrie die zich bezighoudt met de bereiding van latices, reinigingsmiddelen, drukpasta* s voor textielmaterialen, glasemailles, vloeibare zepen en reinigingsmiddelen, kosmetische produkten, potloodmaterialen ("mines de crayons"), modders voor de aardolieboring, de landbouw (waterretentie-10 middel), de boekbindingsindustrie, elektrische kabels, het lijmen van textielvezels en glasvezels en de gomindustrie.

De uitvinding heeft in het bijzonder betrekking op de toepassing van de genoemde zetmelen: als retentiemiddelen voor vloeistoffen, in het 15 bijzonder bij de vervaardiging van baby-luiers en pleistermaterialen, als verdikkingsmiddelen, in het bijzonder in de industrie van verven, inkten of vernissen en bij het bedrukken van textielmaterialen, als middelen voor de retentie van fijne vezels en 20 ladingen in de papierindustrie en als afdruipmiddelen, in het bijzonder in de papierindustrie.

De hoeveelheid van het kationische zetmeel volgens de uitvinding, die moet worden gebruikt bij de belangrijkste toe-25 passingen, varieert in afhankelijkheid van de betreffende industrie; aanwijzingen hiervoor kunnen worden ontleend aan de onderstaande voorbeelden.

De uitvinding zal verder worden verduidelijkt in de onderstaande beschrijving en voorbeelden, waarin voordelige uitvoe-30 ringsvormen zijn beschreven.

Wanneer men volgens de uitvinding kationische zetmelen wenst te bereiden gaat men op de volgende wijze of op equivalente wijze te werk.

Men laat bij een temperatuur van 20-90°C en bij 35 voorkeur 60-80°C, bijvoorbeeld in een gebruikelijk mengapparaat voor poedervormige materialen, voorzien van geschikte verhittingsmiddelen, 79 0 65 1 5 * 4 s 4 4 bijvoorbeeld van een dubbele omhulling, die bijvoorbeeld werkt met behulp van water of damp, het korrelvormige zetmeel en het betreffende kationische reagens volgens de uitvinding reageren, waarbij de reactie wordt uitgevoerd in tegenwoordigheid van een alkalisch middel.

5 Het gebruikte zetmeel kan een graanzetmeel (mais, wasachtige mais, tarwe en andere) of een knol-zetmeel (aardappelmeel, maniokmeel en andere), in natieve of van te voren gemodificeerde vorm, zijn.

Het alkalisch middel bestaat bij voorkeur uit na-10 triumhydroxyde, dat bij voorkeur wordt gebruikt in de vorm van een poeder, of eventueel uit kalk.

Dit kationische reagens bezit bij voorkeur de formule 1

V

15 R - N - CH„ - CH - CH„ X (1) 2 , 2 \ / 2 r3 0 waarin de substituenten Rj, R2 en R^, die bij voorkeur gelijk zijn, worden gekozen uit alkylresten, in het bijzonder methyl en ethyl, waarbij een van deze resten een waterstofatoom kan zijn, en waarin X voorstelt 20 Cl , Br of J .

Het kationische reagens kan eveneens een verbinding zijn met de formule 2 R2 - N - CH2 - CHOH - CH2X X (2) 25 i3 waarin de substituenten Rj, R2 en R3 de bij de formule 1 aangegeven betekenissen bezitten en X voorstelt Cl, Br of J, waarbij de gebruikte hoeveelheid reagens zodanig is, dat het stikstofgehalte van het verkregen kationische zetmeel hoger is dan 0,95 en ten hoogste gelijk is aan 2,8.

30 De gebruikte hoeveelheid kationisch reagens kan variëren van 0,5 tot 60 gew.%, gebaseerd op het zetmeel.

Wanneer in de formules 1 en 2 een van de substituenten Rj, R2 of Rg een waterstofatoom is zijn de overeenkomstige reagentia tertiaire reagentia; wanneer alle substituenten alkylgroepen zijn gaat 35 het om kwaternaire reagentia.

De tertiaire reagentia met de formules 1 en 2 kun- 7906515 • fa k 5 nen worden verkregen door condensatie van een epihalogeenhydrien met een secundair amine; het amine is een tertiair amine in het geval van de bereiding van kwaternaire reagentia.

De verbindingen met de formule 1 zijn zeer reac-5 tief en reageren in tegenwoordigheid van alkalische ionen OH met de hydroxylgroepen van het zetmeel. De verbindingen met de formule 2 worden onder invloed van de OH ionen eerst omgezet in de glycidyl-vorm (formule 1) alvorens te condenseren met het zetmeel. Deze omzetting verloopt volgens de reactievergelijking: 10 -GHOH - CH-C1 + NaOH -* -CH - CH- + NaCl 2 No/ 2 onder vorming van natriumchloride.

Men moet dus rekening houden met de voor deze omzetting verbruikte alkaliniteit bij de instelling van het gehalte aan 15 alkalisch middel, dat de rol van katalysator speelt; wanneer het gaat om natriumhydroxyde en geen rekening wordt gehouden met de hoeveelheid, die nodig is voor de omzetting van het kationische reagens wanneer dit beantwoord aan de formule 2, gebruikt men 0,2-2 gew.% en bij voorkeur 0,5-1 gew.% katalysator, gebaseerd op het zetmeel.

20 Voorbeelden van voordelige tertiaire reagentia zijn het hydrochloride van diethylamino-2.3-epoxy- propaan met de formule C2H5 \ + 25 j; N - CH - CH - CH- , Cl S i

C2H5 H

hieronder aangeduid als DEAEP en het hydrochloride van diethylamino-2-hydroxy-3- chloorpropaan met de formule 30 C_H_ 2 5 \ + N N - CH- - CHOH - CH-C1 , Cl / 1 * ^

C2H5 H

hieronder aangeduid als DEACP.

Voorbeelden van voordelige kwaternaire reagentia 35 zijn het hydrochloride van 2.3-epoxypropaan-trimethyl- 7906515 J ·*

V

6 ammonium met de formule CH3\ + CH-— N - CH- - CH - CH„ , Cl V 2 XV 2 ch3 ° 5 hieronder aangeduid als TMAEP en het hydrochloride van 3-chloor-2-hydroxypropaan-trimethylammonium met de formule CH3\ +

CH-— N - CH- - CHOH - CH-C1 , Cl «3 y Z Z

10 CH3 hieronder aangeduid als TMACP.

Wanneer men werkt in het voorkeurstraject van 60-80°C ligt de reactieduur in de orde van grootte van 60 minuten.

Het zetmeel wordt in het algemeen eerst toege-15 voegd en vervolgens voegt men het kationisch reagens toe. Na de homogenisering voegt men het alkalische middel toe; het mengsel wordt vervolgens verhit op de vereiste temperatuur, met voordeel op 60-70°C, en gedurende ongeveer 1 uur op deze temperatuur gehouden. Volgens een variant kan men eveneens het zetmeel voorverhitten op de gekozen reactietempera-20 tuur alvorens het kationische reagens en het alkalische middel toe te voegen. Wanneer de reactie is voltooid (het eind van de reactie wordt vastgesteld door bepaling van het stikstofgehalte) neutraliseert men de overmaat natriumhydroxyde, bijvoorbeeld met adipinezuur. Vervolgens zeeft men het poeder, eventueel na een fijnmaking daarvan, alvorens het af te 25 vullen in zakken.

De bepaling van het stikstofgehalte van het tenslotte verkregen kationische zetmeel wordt uitgevoerd volgens de methode vanKjeldahl.

De aldus verkregen kationische zetmelen zijn niet 30 verknoopt en bezitten een hoge viscositeit, die hoger is dan 1000, bij voorkeur hoger dan 1500 en in het bijzonder hoger dan 2000 Brabender-eenheden of U.B., gemeten bij een concentratie van 5 % droge materialen; deze viscositeit kan in zekere gevallen hoger zijn dan 4000 U.B.

Deze hoge viscositeit kan worden verkregen ongeacht 35 het stikstofgehalte.

Bovendien kunnen zetmelen met een viscositeit boven 7906515 * fr 7 1000 U.B. worden verkregen door verlaging van de hoeveelheid natrium-hydroxyde tot beneden 1 gew.%.

De opbrengst van de kationiseringsreactie ligt bij de werkwijze volgens de uitvinding in de buurt van 100 %. Deze opbrengst 5 wordt bepaald door meting van de vastgehechte stikstof.

De uitvinding wordt verder toegelicht maar niet beperkt door de volgende voorbeelden.

Voorbeeld I

In een menger met een capaciteit van 200 liter 10 (merk "Lodige"), voorzien van een roerder, brengt men 100 kg aardappelmeel met een vochtigheid van 20 %. De menger wordt verhit met een dubbele omhulling tot een temperatuur van 80°G. Men voegt vervolgens 38 kg van een waterige oplossing, bevattende 50 % droge materialen van TMACP, toe.

Na een roerperiode van 15 minuten teneinde het poedervormige mengsel te 15 homogeniseren voegt men 4792 g poedervormig natriumhydroxyde toe. Men laat gedurende 1 uur reageren en neutraliseert vervolgens met 1368 g poedervormig adipinezuur. Het aldus verkregen kationische zetmeel wordt aangeduid als IA.

Een tweede proef wordt op analoge wijze uitgevoerd 20 met deze uitzondering, dat men 4342 g natriumhydroxyde toevoegt. In dit geval is voor de neutralisatie slechts 546 g adipinezuur nodig. Dit zetmeel wordt aangeduid als IB.

De eigenschappen (stikstofgehalte en Brabender-viscositeit) van deze twee zetmelen zijn aangegeven in onderstaande tabel.

25 Tabel A

Zetmeel IA Zetmeel IB

Stikstofgehalte (% op droog materiaal) 1,45 1,48

Opbrengst (%) 98 100 30 Maximale Brabender-viscositeit 1440 2140

Deze twee kationische zetmelen met hoog stikstof-gehalte werden verkregen in een opbrengst, die zeer dicht in de buurt van 100 % ligt. Zij verschillen van elkaar op grond van de viscositeit daarvan, waarbij IB werd verkregen in tegenwoordigheid van een overmaat 35 natriumhydroxyde van 0,30 % in plaats van 0,75 % voor IA.

De Brabender-viscositeit is aan de deskundige bekend.

79 0 65 1 5 < * δ

Deze werd hier gemeten op een suspensie, bevattende 5 % droge materialen, onder toepassing van een geleidelijke temperatuurverhoging van 1,5°C per minuut tot 92°C, Men verkrijgt dan de waarde, die overeenkomt met de piek van de viscositeit.

5 Voorbeeld II

Zoals beschreven in voorbeeld I en bij een eerste proef brengt men in een menger van het type Lodige, voorzien van een roerder en van een dubbele omhulling, een hoeveelheid van 100 kg aardappelmeel met een vochtigheid van 20 %. Men verhit op 60°C.

10 Men voegt vervolgens 20 kg TMA.CP als 50 %fs wa terige oplossing ofwel 40 kg oplossing toe. Na roeren gedurende 15 minuten voegt men 4355 g natriumhydroxyde in poedervorm toe, waarna men nog gedurende 2 uren roert. Vervolgens neutraliseert men met 544 g adipine-zuur. Dit zetmeel wordt aangeduid als IIA.

15 Men herhaalt dezelfde bewerking bij een tweede proef, waarbij deze maal gebruik wordt gemaakt van het reagens TMAEP, waarvan 17 kg worden toegevoegd in de vorm van een fijn poeder, gevolgd door 400 g fijngemalen natriumhydroxyde. De neutralisatie wordt vervolgens bewerkstelligd met 730 g adipinezuur en het verkregen zetmeel wordt 20 aangeduid als IIB.

Bij een derde proef gebruikt men 18 kg DEAEP, toegevoegd in de vorm van een poeder, waarna 700 g fijngemalen natriumr-hydroxyde worden toegevoegd. De neutralisatie vereist 1278 g adipinezuur en het aldus verkregen zetmeel wordt aangeduid als IIC.

25 De eigenschappen van deze drie zetmelen zijn aange geven in onderstaande tabel.

Tabel B

Zetmeel Zetmeel Zetmeel

II A II B II C

30 Stikstofgehalte (% op droog materiaal) 1,87 2,01 1,92

Opbrengst (%) 97 99 99

Brabender-viscositeit 3700 3140 2600

Vastgesteld kan worden dat de reactie-op-brengst 35 uitstekend is en dat de stikstofgehalten van de produkten bij elkaar in de buurt liggen; de viscositeit van het zetmeel is een functie van de 7906515 % 9 overmaat alkaliniteit, aanwezig gedurende de reactie, en deze bedraagt respectievelijk 0,3-0,4 en 0,7 % natriumhydroxyde, gebaseerd op het zetmeel.

Voorbeeld III

5 Men bereidt drie andere kationische derivaten van zetmeel onder gebruikmaking van een identiek apparaat als beschreven in de voorgaande voorbeelden. Drie proeven worden uitgevoerd, waarbij telkens gebruik wordt gemaakt van 100 kg technisch aardappelmeel met een vochtigheid van 20 %.

10 Men verhit bij iedere proef op 70°G gedurende 1,5 uren.

Bij de eerste proef is het reactieve middel TMACP.

20 kg van een oplossing, bevattende 50 % droge materialen van dit reagens, worden toegevoegd aan het zetmeel. Vervolgens voegt men 2867 g 15 natriumhydroxyde toe. Nadat de reactie is beëindigd neutraliseert men met 1368 g adipinezuur. Het aldus verkregen kationische zetmeel wordt aangeduid als III A.

Bij de tweede proef gebruikt men een 50 %’s oplossing van TMAEP ofwel 22 kg. De reactie wordt in dit geval gekatalyseerd 20 met 750 g fijngemalen natriumhydroxyde en men gebruikt 1368 g adipinezuur voor de neutralisatie. Dit zetmeel wordt aangeduid als III B.

Bij de derde proef gebruikt men DEACP. Men voegt 44 kg van een oplossing, bevattende 50 % droge materialen, en vervolgens 4656 g fijngemalen natriumhydroxyde toe. De neutralisatie vereist 547 g 25 adipinezuur. Dit zetmeel wordt aangeduid als III C.

De eigenschappen van deze drie zetmelen zijn aangegeven in onderstaande tabel.

Tabel C

Zetmeel Zetmeel Zetmeel

30 III A III B III C

Stikstofgehalte (% op droog materiaal) 1 1,3 1,9

Opbrengst (%) 100 97 99

Brabender-viscositeit 2000 1500 3600 35 De reacties werden respectievelijk uitgevoerd met een alkaliniteitsovermaat van 0,75 %, 0,75 % en 0,3 %, uitgedrukt als 7906515 10 natriumhydroxyde.

Voorbeeld IV

Men brengt in een menger, voorzien van een roerder en een dubbele omhulling, 400 kg aardappelmeel met een vochtigheid van 5 20 %. Men verhit op 65°C en men voegt 7,8 kg TMA.EP in de vorm van een fijn poeder toe.

Vervolgens wordt poedervormig natriumhydroxyde toegevoegd in een hoeveelheid van 2000 g. Na een contactduur van 1 uur en 45 minuten wordt de neutralisatie uitgevoerd door toevoeging van 5100 g 10 adipinezuur. Dit zetmeel, aangeduid als "zetmeel VI 1", bezit de volgende eigenschappen: stikstofgehalte (% op droog materiaal) 0,23 % opbrengst (%) 100

Brabender-viscositeit 1050.

15 De toepassingen van de volgens de uitvinding ver kregen kationische zetmelen worden geïllustreerd door de onderstaande voorbeelden.

Voorbeeld V

Toepassing van de volgens de uitvinding verkregen kationische zetmelen 20 als retentiemiddelen voor vloeistoffen.

Zoals hierboven reeds werd vermeld bezitten de kationische zetmelen volgens de uitvinding opmerkelijke eigenschappen met betrekking tot de retentie van vloeistoffen.

Zij kunnen in het bijzonder, in willekeurige hoe-25 veelheden, worden toegevoegd aan cellulose-suspensies, die dienen voor de vervaardiging van baby-luiers, maandverbanden, chirurgische verbandmiddelen en andere analoge produkten.

De kationische zetmelen volgens de uitvinding werden op de volgende wijze onderzocht.

30 Men snijdt in de cellulose-pulp (waarbij de niet- geweven boven- en benedenvellen eveneens worden omvat) een schijf met een diameter van 10 cm. De cellulose-pulp van deze schijf wordt afgezonderd en men neemt daarin innig op een poeder van een kationisch zetmeel volgens de uitvinding, waarbij de hoeveelheid poeder met betrekking 35 tot de cellulose-pulp 10 % bedraagt. Talloze middelen zijn bruikbaar voor het verzekeren van een goede verdeling van het poeder. Men kan bij- 7906515 11 voorbeeld de pulp enigszins bevochtigen en deze drogen nadat de deeltjes zijn gelijmd op de cellulose-vezels.

Na deze bewerking reconstitueert men de schijf net een diameter van 10 cm uitgaande van de cellulose-pulp en brengt men deze 5 aan tussen twee niet-geweven gedeelten.

Het samenstel wordt voor en na de opneming van het kationische zetmeelpoeder gewogen.

Men vult bovendien een kristallisator met een dia- 3 meter van 40 cm en een bruikbare capaciteit van 500 cm met een zout wa-10 ter met de volgende samenstelling: ureum 20,5 g/1

NaCl 8,4 g/1

MgS04 . 7H20 1,168 g/1

CaCl2 . 2H20 0,655 g/1 15 K2S04 2,09 g/1

Colorant amarante 0,105 g/1

Oppervlakactief middel, 0,105 g/1 bekend onder het merk Triton X 100 op zodanige wijze, dat de kristallisator gevuld is tot een hoogte van 20 35 mm.

Men dompelt het samenstel gedurende 2 minuten volledig onder in de genoemde oplossing (het samenstel wordt gekaatst op een rechthoekige zeef van 300 x 100 mm, met een maaswij dte van 3x3 mm).

Men verwijdert de zeef, die het samenstel draagt, uit de oplossing en 25 men laat het samenstel gedurende 30 seconden in horizontale stand uitdruppelen.

Men verwijdert het samenstel van de zeef en brengt het aan tussen twee glasplaten van 300 x 100 mm. Men plaatst een gewicht van 10 kg op de bovenplaat en men handhaaft deze druk op het 30 samenstel gedurende 2 minuten. Men past deze methode toe op 10 samenstellen, die op dezelfde wijze zijn behandeld.

Men bepaalt door meting op een samenstel, dat geen zetmeel volgens de uitvinding bevat, het absorberende vermogen van de cellulose onder de omstandigheden van de beschreven proef. Door be-35 paling van het verschil verkrijgt men het absorberende vermogen van het kationische zetmeel volgens de uitvinding.

7906515 12

Teneinde superioriteit van de zetmelen volgens de uitvinding aan te tonen vergelijkt men het hierboven bepaalde retentie- vermogen met dat van in de handel zijnde baby-luiers.

De verkregen, resultaten zijn aangegeven in tabel D.

5 Tabel D

Absorberend substraat Hoeveelheid zout water in gram, vastgehouden per gram luier of cellulose-pulp, behandeld met _kationische zetmeel_ 10 Luier op basis van zetmeel- acrylonitril-copolymeer van 24,76 g

Amerikaanse oorsprong

Cellulose-pulp, behandeld met produkt IA 24,02 g 15 Cellulose-pulp, behandeld met produkt IB 43,42 g

Luier op basis van acryl-polymeer van Amerikaanse oorsprong 43,40 g 20 Uit de verkregen resultaten blijkt dat de kat ionische zetmelen volgens de uitvinding een gedrag vertonen, dat overeenkomt met dat van de handelsprodukten.

Voorbeeld VI

Toepassing van de kationische zetmelen volgens de uitvinding als te-25 gelijkertijd verdikkingsmiddelen en waterretentiemiddelen.

Deze zetmelen kunnen worden gebruikt in de pleis-ter-industrie en in het bijzonder voor de vervaardiging van projecteerbare pleister.

De pleisters van dit type moeten in feite een zeer 30 bijzondere rheologie bezitten (zie de grafiek op de bijgaande tekening).

De projecteerbare pleister moet behalve andere toevoegsels een verdikkingsmiddel bevatten, dat, zoals aangegeven in de figuur, de rheologie van de pleister kan modificeren, in hoofdzaak in het uur dat volgt op de aanmaking. Na 1 uur kan de werking van het 35 verdikkingsmiddel verminderen omdat de harding van de pleister dan voldoende is. Bovendien moet de projecteerbare pleister eveneens een water-retentiemiddel bevatten. Dit retentiemiddel moet de beste waterretentie mogelijk maken, zodat men de pleister gedurende een voldoende lange tijd 7906515 13 onder de beste omstandigheden kan verwerken. Deze retentiewerking moet ophouden na een tijd van in het algemeen 1-1,5 uren. De uitzweting, die dan optreedt, maakt een goede gladmaking van de pleister mogelijk.

Een projecteerbare pleister bevat in het alge-5 meen behalve een of meer kiemvertragingsmidchLen (keratine, proteïnen en andere) een of meer ontwikkelingsvertragingsmiddelen (fosfaten, kalk, kalk en fosfaten in combinatie, wijnsteenzuur, gluconzuur en andere).

Een gips uit de omgeving van Parijs bevat bijvoorbeeld 0,5-1 % kalk en 0,3-1 % vertragingsmiddel, waarbij het gaat om 10 fosfaat of een geamineerd middel.

Het retentiemiddel is gewoonlijk volgens de huidige stand der techniek een hydroxyethylcellulose of een methylcellulose of een geheel ander produkt van deze groep.

Het verdikkingsmiddel is gewoonlijk een carboxy- 15 methylcellulose.

De kationische zetmelen volgens de uitvinding kunnen in tegenstelling tot hydroxyethylcellulose of methylcellulose de dubbele rol van verdikkingsmiddel en waterretentiemiddel spelen.

Bij de proeven werd gebruik gemaakt van een ge-20 brande gips ("platre de Paris"), bevattende in het bijzonder 1 °/oo kalk en 0,3 °/oo keratine en verschillende andere bestanddelen, uitgezonderd de verdikkings- en waterretentiemiddelen.

Men bereidt in droge toestand een zo homogeen mogelijk mengsel met variërende hoeveelheden (0,25, vervolgens 0,5, ver-25 volgens 1,0 en 1,5 gew.%) kationische zetmelen volgens de uitvinding.

Als controle gebruikte men een klassieke samenstelling met hydroxyethylcellulose (HEC) en carboxymethylcellulose of CMC (totale hoeveelheden 0,35 en 0,845 gew.%). De verschillende aldus verkregen poeders werden aangemaakt met water bij een verhouding van pleister tot water van 30 200/100. Het water werd van te voren toegevoegd in een volledig eigen capsule. De pleister, bevattende de verschillende toevoegsels, werd snel in 15 seconden gestrooid op het oppervlak van het water en vervolgens aangemaakt met een lepel gedurende 30 seconden. De pasta wordt 1 minuut na het begin van de aanmaking uitgegoten in een ring (diameter 55 mm, 35 hoogte 55 mm). De bodem van deze ring bestaat uit op elkaar geplaatste papieren filters van gestandaardiseerde kwaliteit. De filters, uitgezon- 7906515 ♦ 14 derd de bovenste filter, worden gewogen na een contact gedurende 15 minuten met de pasta. Het gewicht van het geabsorbeerde water geeft een maat voor de waterretentie van het produkt. De retentie is des te beter naarmate het gewicht kleiner is bij een kleiner percentage van het ge-5 bruikte produkt.

De gebruikte kationische zetmelen zijn die welke hierboven zijn aangeduid als IIA, IIB en IIC.

In onderstaande tabel E zijn de resultaten van deze proef samengevat.

10 Tabel E

Gebruikte middel Gewicht (in gram) waterm vastgehouden bij een hoeveelheid (in %) kationisch zetmeel of mengsel van CMC + HEC van _ _0,25 0,35 0,5 0,845 1 1,5_ 15 Produkt II A 3,60 1,85 0,31 0,09

Produkt II B 3,39 1,28 0,18 0,09

Produkt II C 2,86 1,87 0,41 0,16 HEC + CMC_^78_0^09_

Uit deze resultaten blijkt dat, rekening houdende 20 met de kostprijs van de verschillende produkten, de kationische zetmelen volgens de uitvinding bijzonder belangwekkend zijn.

De pleister-monsters, waaraan de kationische zetmelen volgens de uitvinding en hetaengsel HEC + CMC zijn toegevoegd, werden onderworpen aan een tweede proef, waarbij gebruik wordt gemaakt van 25 een schudtafel (norm NF B 12303).

De verkregen resultaten zijn aangegeven in onderstaande tabel F.

Tabel F

Gebruikte middel Diameter (in mm) van de uitspreidingsoppervlakken, 30 verkregen met een hoeveelheid (in %) kationisch zetmeel of mengsel van CMC + HEC van_ _0,25 0,35 0,5 0,845 1 1,5

Produkt II A 150 150 140 140

Produkt II B 160 160 150 150 35 Produkt II C 140 150 140 140 HEC + CMC 170 160 7906515 15

De pleister zonder verdikkingsmiddel en zonder reten-tieprodukt vertoont een waterretentie van 3,43 g en een uitspreiding van 230 mm. Indien de waarden klein en de resultaten zeer aanvaardbaar zijn zodra men 0,5 % van een van de produkten volgens de uitvinding toevoegt 5 kan men waarnemen dat het verdikkingsvermogen aanzienlijk is en dat dit zeer weinig wordt beïnvloed door het opnemingsgehalte, waardoor men een grote speelruimte verkrijgt voor het instellen van de waterretentie. Voorbeeld VII

Toepassing van de volgens de uitvinding verkregen kationisehe zetmelen 10 in de papierindustrie als retentiemiddel voor fijne vezels en ladingen.

Gevonden werd dat de zetmelen volgens de uitvinding bij toepassing alleen of in combinatie met gebruikelijke kationisehe produkten met klein stikstofgehalte en met een lage viscositeit beneden 1000 U.B. een verbeterde werking van de papiermachines mogelijk maken.

15 In feite kan men vier essentiële kriteria in aanmerking nemen, namelijk de retentie van fijne vezels, de retentie van ladingen, de uitdruiping op doek - snelheid van de machine en de fysische eigenschappen.

De kationisehe zetmelen volgens de uitvinding geven geen verdere verbetering van de fysische eigenschappen wanneer men deze 20 vergelijkt met de bekende kationisehe produkten. Daarentegen is de verbetering van de retentie van fijne vezels en van ladingen zeer aanzienlijk.

Teneinde deze verbetering aan te tonen vervaardig-de men cirkelvormige papiervellen met een gewicht van 70 g per m op 25 een "formette" van het merk Lhomargy. Men gebruikte voor deze proef een pasta van loofboomhout (nbois de feuillu"), behandeld met bisulfiet en gebleekt, enigszins geraffineerd bij 20° Shopper (norm NF Q 50-003). Deze pasta werd geladen met 10 % titaanoxyde. De pasta bevatte bovendien 4 % aluminiumsulfaat. De concentratie daarvan was 3 g per liter. Op deze 30 wijze verkreeg men de hieronder toegelichte resultaten.

Indien men de retentie, verschaft door een klassiek kationisch produkt met laag stikstofgehalte en lage viscositeit op basis van aardappelmeel, gelijkstelt aan 100 verkrijgt men met de kationisehe zetmelen volgens de uitvinding in sterke mate superieure resultaten, na-35 melijk

Produkt III A: 114,7 7906515 v - * } 16

Produkt II B: 119

Produkt II C: 118,3.

De vastgestelde verbetering ligt in de orde van grootte van 15-20 %. De materiaalbalans is dus zeer gunstig. De werking 5 van de pasta-regenerators blijkt aanzienlijk te worden verbeterd en het is zeker dat de gebruiker ook een meer bevredigende verontreinigings-balans zal verkrijgen. Bovendien blijkt de uitdruiping of eliminering van het water op het doek zonder einde van de papiermachine in aanzienlijke mate te worden verbeterd. Dit aspect is aangetoond door meting van 10 de raffinagegraad (norm met betrekking tot de uitdruipingsgraad of raffinagegraad NF Q 50-003), waarbij men als controle gebruik maakte van een pasta van loofboomhout, geraffineerd bij ongeveer 50° Shopper. Dezelfde meting werd eveneens uitgevoerd op dezelfde pasta, bevattende 0,5 of 1 % van de verschillende beschouwde produkten.

15 De volgende metingen werden geregistreerd, waarbij de controle bestond uit de pasta alleen, die een SR van 56° had ontvangen (SR graad Shopper).

De verkregen resultaten zijn aangegeven in onderstaande tabel G.

20 Tabel G

°SR voor 0,5 %_1 %

Klassiek kationisch zetmeel met lage substitutiegraad (op basis van aard- 25 appelmeel)_42_36_

Produkt III A_ '_27j5_22_

Produkt III B_22_1^5_

Produkt II B_;_22_20_

Produkt II C _24,5__19_ 30 Produkt III C _20_ 20_

De verbeteringen zijn zeer aanzienlijk. Op een papiermachine leidt de toepassing van dergelijke produkten tot een zeer aanzienlijke vergroting van de snelheid van de machine. Bovendien maken de produkten volgens de uitvinding het mogelijk de pasta langer te raf-35 fineren zonder snelheidsverlies, waarbij een meer langdurige raffinage dikwijls synoniem is met superieure fysische eigenschappen als gevolg 7906515 > 17 van de veel meer talrijke bindingen tussen de vezels, die daardoor mo-gelijk worden.

De verbeteringen met betrekking tot de retentie van de fijne vezels en de ladingen en vooral met betrekking tot de eli-5 mineringssnelheid van het water zijn zo aanzienlijk, dat het niet nood

zakelijk is het kationische zetmeel volgens de uitvinding alleen te gebruiken. In het bijzonder voor het verbeteren \an de uitdruiping is het zeer goed mogelijk in willekeurige verhoudingen mengsels van de zetmelen volgens de uitvinding met de klassieke kationische zetmelen te gebruiken. 10 Voorbeeld VIII

De volgens de uitvinding verkregen kationische zetmelen zijn oplosbaar in water en hun stikstofgehalte is zodanig, dat de rheologie daarvan zeer bijzonder is.

In het bijzonder zijn de waterige oplossingen van 15 deze zetmelen (concentratie van 0-40 %) stabiel. Dergelijke eigenschappen maken de toepassing van de zetmelen volgens de uitvinding mogelijk in waterverven of verf-emulsies in het bijzonder, maar eveneens in inkten en blanke lakken door kiezen van het geschikte oplosmiddel. Meer in het bijzonder is het meest eenvoudige geval dat van verven op waterbasis, 20 waarvoor bijvoorbeeld het volgende recept kan worden gebruikt, namelijk Produkt II B 20 delen

Ethyleenglycol 20 delen

Aluminiumpoeder 26 delen

Dimethylolureum 2 delen 25 Ammoniumchloride 1 deel

Natriumlaurylsulfonaat 2 delen

Water q.s.p.

De produkten volgens de uitvinding vervangen aldus met voordeel zowel de polyvinylalkohol waarvan de onontbeerlijke 30 hoeveelheden veel aanzienlijker zijn als de cellulose-ethers, die meer bezwarend zijn.

Voorbeeld IX

Toepassing van de volgens de uitvinding verkregen kationische zetmelen als verdikkingsmiddelen voor het bedrtikken van textielmaterialen.

35 Hun rheologische eigenschappen en in het bijzon der hun zeer grote stabiliteit en zalverigheid maken de toepassing van de 7906515 Λ

S

18 kationische zetmelen volgens de uitvinding mogelijk voor de bedrukking van textielmaterialen. Zij kunnen worden opgenomen in alle preparaten, waarin de toepassing van Britse gom, zetmeelether en diverse gommen in het algemeen wordt vereist.

5 Zo kan bijvoorbeeld een mogelijk preparaat met basische kleurstoffen voor de bedrukking van katoen worden genoemd.

De samenstelling van een dergelijk preparaat kan bijvoorbeeld zijn: 10 g basische kleurstof, 10 50 g plastificeermiddel voor het modificeren van de rheologie, zoals Soluteen C.I. (FMC) of Lyoprint G (Ciba) op basis van thiodi-glycol, 100 g 40 %fs azijnzuur, 15 170 g water en 20 g wijnsteenzuur of gluconzuur.

De oplossing wordt gegoten in 280 g verdikkingsmiddel, bestaande uit het produkt II B.

Na de afkoeling voegt men 50 g tannine toe. Deze 20 hoeveelheid kan gemakkelijk worden teruggebracht tot 20 g. In feite vertonen de basische kleurstoffen geen affiniteit voor katoenvezels en de tannineii zijn noodzakelijk voor de fixering. van de kleurstoffen. Het sterk kationische karakter van de zetmelen volgens de uitvinding bevordert de fixering en maakt een verdunning en zelfs een weglating van de 25 tanninen mogelijk. Bovendien vertonen de zetmelen volgens de uitvinding een zeer hoge viscositeit en in het boven aangegeven preparaat is het noodzakelijk in het algemeen ongeveer 600 g klassiek verdikkingsmiddel toe te voegen. Men verkrijgt dus een aanzienlijke vermindering van de hoeveelheid verdikkingsmiddel.

30 Voorbeeld X

Toepassing in de papierindustrie vaii de vólgens de werkwijze van de uitvinding verkregen'kationische zetmelen, waarbij deze echter een klassiek stikstofgehalte bezitten.

In voorbeeld VII, dat betrekking heeft op de toe-35 passing in de papierindustrie, werden kationische derivaten volgens de uitvinding met een hoog stikstofgehalte in beschouwing genomen. Dit voor- 7906515 19 beeld heeft betrekking op dezelfde toepassing, waarbij echter gebruik wordt gemaakt van derivaten met een veel lagere substitutie. Deze pro-dukten worden, zoals in voorbeeld VII, vergeleken met kationische pro-dukten van het gebruikelijke type met lage viscositeit, verkregen in wa-5 terige fase, waarbij de vergelijkingskriteria zijn de retentie van ladingen, vezels, de uitdruiping (de verwijdering van het water op een doek zonder einde) en de fysische eigenschappen.

Op dezelfde wijze als voor de in sterke mate gesubstitueerde derivaten vertonen de in mindere mate gesubstitueerde deri-10 vaten, verkregen volgens de werkwijze van de uitvinding, geen betere fysische eigenschappen (bestandheid tegen breken, barsten en scheuren, kreuken en inwendige cohesie) dan de gebruikelijke kationische produkten, verkregen uitgaande van een melk.

Daarentegen geven bij dezelfde sübstitutiegraad 15 de metingen volgens de norm NF Q 50-003, uitgevoerd op de in voorbeeü VII beschreven wijze, de volgende resultaten: °SR voor 0,5 %_1 %

Klassiek produkt, verkregen uitgaande 20 van een melkfase 40 35

Produkt III A 35 31

Produkt III B 39 35

Produkt VI 1 35 30

De uitdruipingsgraad is minder goed dan voor de 25 in sterke mate gesubstitueerde produkten, hetgeen logisch lijkt, maar bij dezelfde sübstitutiegraad maakt de droge weg het mogelijk produkten te verkrijgen, die uit dit oogpunt superieur zijn aan die welke zijn verkregen in een melkfase.

Eveneens worden bij de uitvoering van de retentie-30 proef als beschreven in voorbeeld VII de volgende resultaten verkregen: Klassiek kationisch produkt verkregen in waterige fase 100

Produkt III A 108,4

Produkt III B 106 35 Produkt VI 1 109,9

Ook hier constateert men een duidelijke superiori- 7906515 V < *k 20 teit van de produkten, verkregen langs droge weg, in vergelijking met de produkten, verkregen in de melkfase, bij dezelfde substitutiegraad. Bij het zuiveringsstation is de verontreiniging in feite tweemaal kleiner volgens de bovengenoemde waarden.

5 Indien de superioriteit toch enigszins kleiner is wanneer de produkten minder zijn gesubstitueerd blijkt deze toch zeer duidelijk. De machine-snelheid en de retentie van de fijne vezels en van de ladingen zijn in sterke, mate verbeterd.

Ongeacht de toegepaste uitvoeringsvorm wordt vol-10 gens de uitvinding voorzien in kationische zetmelen met verhoogd stik-stofgehalte en verhoogde viscositeit,die in vergelijking met de reeds bekende zetmelen talloze voordelen bezitten, die nieuwe toepassingsgebieden daarvoor mogelijk maken.

Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding geens-15 zins beperkt is tot de hierboven beschreven toepassings- en uitvoeringsvormen, maar daarentegen alle varianten daarvan omvat.

7906515

Claims

1. Werkwijze voor de kationisering van zetmeel, waarbij men in droge toestand korrelvormig zetmeel in reactie brengt met een kationisch reagens, met het kenmerk, dat men de reactie uitvoert bij 5 een temperatuur van 20-90°C en bij voorkeur 60-80°C in tegenwoordigheid van een alkalisch middel, in het bijzonder natriumhydroxyde.

2. Werkwijze volgens conclusie I, met het kenmerk, dat men de werkwijze uitvoert onder gebruikmaking van een epoxy-reagens met de formule

3. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men bij de werkwijze gebruik maakt van een reagens, gekozen uit die met de formules I en 2

20 Rj E, - N - CH, - CH - CH x' (1) i, ïl +

25 R2 - N - CH2 - CHOH - CH2X X (2) h waarin de substituenten Rj, R2 en R^, die bij voorkeur gelijk zijn, worden gekozen uit methyl en ethyl, waarbij een van deze resten een waterstofatoom kan zijn, X voorstelt Cl , Br of J en X voorstelt Cl, Br 30 of J, waarbij de gebruikte hoeveelheid reagens zodanig is, dat het stik-stofgehalte van het verkregen kationische zetmeel hoger dan 0,95 en ten hoogste gelijk aan 2,8 is.

4. Werkwijze volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de gebruikte hoeveelheid alkalisch middel 0,2-2 % en bij voor- 35 keur 0,5-1 %, gebaseerd op het behandelde zetmeel, is wanneer het kationische middel een kationisch middel met de formule I is, waarbij, wan- 7906515 ***· r •t Λ neer het kationische middel een kationisch middel met de formule 2 is, deze hoeveelheid wordt vergroot met een hoeveelheid, die overeenkomt met de neutralisatie van het middel met de formule 2.

5. Kationisch zetmed., verkregen volgens de werk-5 wijze van conclusies 1-4.

6. Toepassing als retentie-middelen voor vloeistoffen van de zetmelen volgens conclusie 5.

7. Toepassing als verdikkingsmiddelen van de zetmelen volgens conclusie 5.

8. Toepassing als retentie-middelen voor fijne vezels en ladingen in de papierindustrie van de kationische zetmelen volgens conclusie 5.

9. Toepassing als afdruipmiddelen, in het bijzonder in de papierindustrie, van de kationische zetmelen volgens conclusie 5.

10. Toepassing volgens conclusie 6 bij de vervaardi ging van baby-luiers.

10 R. R„ - N - CH- - CH - CH- X" (1) 2 , 2 \ / 2 E3 ° waarin de substituenten Rj, R2 en R^ , die bij voorkeur gelijk zijn, worden gekozen uit alkylresten, in het bijzonder methyl en ethyl, waar- 15 bij een van deze resten een waterstofatoom kan zijn, en X voorsfelt 01“", Br of J .

11. Toepassing volgens conclusie 6 bij de vervaardiging van pleistermaterialen.

12. Toepassing volgens conclusie 7 in de indus- 20 trie van verven, inkten, of vernissen.

13. Toepassing volgens conclusie 7 bij pasta’s, die gebruikt worden voor het bedrukken van textielmaterialen.

14. Voorwerpen, vervaardigd onder gebruikmaking van de volgens conclusies 1-4 verkregen kationische zetmelen.

15. Werkwijzen en toepassingen als beschreven in de beschrijving en/of voorbeelden. 7906515