NO150967B - Fremgangsmaate for gelatinering av dispergering av stivelse - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for gelatinering av stivelse hvorved stivelse behandles med et stivelse-løsningsmiddel og utsettes for skjærkrefter. Nærmere bestemt gelatineres og dispergeres stivelse kontinuerlig ved at en vandig oppslemming av stivelse og et stivelse-løsningsmiddel føres sammen, og det utvinnes en stivelse-pasta med viskositet på 1,0-2,0 ganger pastaens skjærstabile viskositet. Ved fremgangsmåten anvendes det liten eller ingen termisk energi for å gi et dispergert, i alt vesentlig homogent produkt som har ønskede egenskaper med hensyn til klarhet, farve, viskositet, stabilitet, filmdannelse og klebrighet.

Naturlig stivelse oppnådd fra korn- eller knoll-planter foreligger i form av små granuler. Granulene er sammen-satt av molekyler som er jevnt innrettet og som holdes fast sammen ved sterke assosiative bindinger. Dette angis ofte på følgende måte:

hvor R betyr ringstrukturen i anhydroglukose-enheten.

Stivelse i granulær tilstand har liten eller ingen funksjonell verdi som adhesiv eller film-dannende middel, og det

er derfor nødvendig å gelatinere eller dispergere stivelse-molekylene ved å inkorporere vann i de assosiative bindinger,

hvilket kan illustreres på følgende måte:

Dette refereres ofte til som hydratisering. Stivelse-granuler er imidlertid relativt ufølsomme for vann, og det kreves energi for å bevirke hydratisering.

De fleste kommersielle hydratiserings-fremgangsmåter

har hittil primært anvendt termisk energi, og i det siste kombi-nasjoner av termisk og mekanisk energi. Se f.eks. US-patentskrift nr. 3.133.836.

Et formål med denne oppfinnelse var å tilveiebringe en fremgangsmåte for gelatinering og dispergering av stivelse hvor det ikke kreves noen ytre oppvarming.

Et annet formål med oppfinnelsen var å tilveiebringe en fremgangsmåte for kontinuerlig gelatinering og dispergering av stivelse i alt vesentlig øyeblikkelig.

Et annet formål med oppfinnelsen var å tilveiebringe

et stivelseprodukt med uvanlige og stabile lagringsegenskaper ved romtemperatur.

<y>tterligere formål med oppfinnelsen var å fremstille stivelseprodukter med ønskede fysikalske egenskaper, så som klebrighet eller adhesiv kvalitet, filmdannende egenskaper og fryse-tine-egenskaper.

Det karakteristiske ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at den vandige stivelseoppslemming og stivelse-løsningsmidlet ved en temperatur under 100°C utsettes for en skjærkraft som er tilstrekkelig til i alt vesentlig øyeblikkelig å gelatinere og dispergere stivelsen. Når stivelse-oppslemmingen og stivelse-løsningsmidlet utsettes for mekanisk skjæring, dannes således en høy-dispers, i alt vesentlig homogen stivelsepasta.

Det ønskede stivelsepastaprodukt oppnås, som sagt, i alt vesentlig øyeblikkelig. Med dette menes at den ønskede stivelse-pasta dannes eller er tilgjengelig innen 5 minutter og vanligvis innen sekunder etter anvendelse av mekanisk skjærkraft på blandingen av stivelse-oppslemmingen og stivelse-løsningsmidlet. Dette er i motsetning til tidligere kjente fremgangsmåter for stivelse-gelatinering, hvorved det er nødvendig med mye lengre perioder for å danne slike stivelsepastaer. Dessuten behøves det ved de fleste stivelsepastaer fremstilt etter tidligere kjente fremgangsmåter, konstant agitering og/eller resirkulering for å opprettholde pastaen i en egnet stabil, brukbar tilstand.

Det er to aspekter med hensyn til viskositetsstabilitet så som anvendt her, d.v.s. skjærstabilitet og lagringsstabilitet. En skjærstabil pasta er en i hvilken ytterligere skjærinnvirkning, fra en anordningstype beskrevet her, ikke vil vesentlig redusere ytterligere pastaens viskositet. Dette kan uttrykkes på følgende måte:

En lagringsstabil pasta er en hvori viskositeten ikke forandres av betydning i lange tidsperioder ved romtemperatur, d.v.s. ikke mer enn 35% på ca. 24 timer.

Det skal forstås at en stivelsepasta som har skjærstabilitet ikke nødvendigvis er lagringsstabil eller omvendt. Dessuten er det ikke alltid nødvendig med hverken absolutt skjærstabilitet eller lagringsstabilitet for god funksjonalitet for stivelsepastaen ved anvendelse. således behøver en pasta fremstilt i henhold til foreliggende oppfinnelse ikke ha lagringsstabilitet dersom den skal anvendes straks etter fremstillingen, så som er vanlig i tilfeller som omfatter anvendelse av stivelsepastaer som adhesiver ved pappfremstilling. på den annen side, ved anvendelser så som ved gruvedrift hvor det kan være nødvendig med langvarig lagring av pastaen, kan store forandringer i viskositet under lagring være skadelig for dens yte-evne.

Ved anvendelse av tilstrekkelig skjærkraft og riktig mengde av stivelse-løsningsmiddel, kan det lett fremstilles pastaer som har lagringsstabilitet, ved fremgangsmåten i henhold til denne oppfinnelse, på lignende måte kan det oppnås stivelsepastaer som har tilfredsstillende funksjonalitet for forskjellige kommersielle anvendelser, selv om pastaene ikke er absolutt skjærstabile så

som definert her. Det er funnet at pastaer som har akseptabel funksjonalitet og som er passende gelatinert og dispergert, oppnås når viskositeten til pastaen ikke er mer enn ca. 2 ganger dens viskositet ved punktet for skjærstabilitet.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen beskrives mer fullstendig i forbindelse med de medfølgende tegninger og den detaljerte beskrivelse.

Figur 1 av tegningene er et flytskjema som illustrerer

en typisk utførelse av fremgangsmåten i henhold til denne oppfinnelse . Figur 2 er et forstørret tverrsnitt av en sentrifugalpumpe som kan anvendes for å gi mekanisk skjærkraft ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Figur 3 er en grafisk fremstilling av forholdet mellom tilført mekanisk skjærkraft og viskositeten for forskjellige stivelseoppslemmings-variable.

Idet det vises til tegningene så er fig. 1 et flytskjema som illustrerer en typisk fremgangsmåte i henhold til denne oppfinnelse. Stivelsen som skal behandles blir således fremstilt i en vandig oppslemming i oppslemmingsbeholderen 1 ved hjelp av en agitator 2. Oppslemmingskonsentrasjonen vil bestemmes av den påtenkte anvendelse og de ønskede viskometriske egenskaper til den resulterende pasta. Konsentrasjonen kan generelt være i området opptil ca. 44% tørt faststoff. En stivelse-løsningsmiddel-løsning lagres i lagringsbeholderen 5 for stivelse-løsningsmidlet. Løsningskonsentrasjonen til stivelse-løsningsmidlet vil reguleres ved stabiliteten til løsningsmiddel-løsningen og den påtenkte anvendelse. For eksempel er det foretrukne området for natriumhydroksyd mellom 30 og 50% tørt faststoff. Stivelseopplemmings-løsningen og stivelseløsningsmiddel-løsningen pumpes samtidig ved hjelp av positive forskyvningspumper, henholdsvis 3 og 6, gjennom en sentrifugalpumpe 8. En trykkrequleringsventil 10, eller tilstrekkelig trykkhøyde på utløpssiden av pumpen, anvendes for å opprettholde driftstrykket eller mottrykket større enn stengetrykket, så som definert i ytelseskurven til sentrifugalpumpen. Resultatet er en sentrifugalpumpe-enhet som arbeider som en mekanisk skjær-blandeanordning, men uten pumpekapasitet. Driftstrykket blir overvåket ved hjelp av trykkmålere 4, 7 og 9. Den resulterende stivelsepasta oppsamles i en mottagningsbeholder 11 for pastaen.

Figur 2 illustrerer konstruksjonen av en typisk sentrifugalpumpe, med trykkreguleringsventil som, når den virker sammen med et mottrykk, gir mekanisk skjærkraft til stivelse-løsnings-middelblandingen. Som vist i fig. 2, blir den vandige stivelseoppslemming tilført gjennom et innløpsrør 12 med en kjent og regulert strømningshastighet inn i øyet 14 (senter) til skovlhjulet 15. Stivelse-løsningsmiddel strømmer med en kjent og regulert strømningshastighet gjennom røret 13 også til skovlhjul-øyet 14. Skovlhjulet 15 roteres med en motordrevet aksel 18. Skovlhjulet 15 har radielle vinger 16 integrert festet til seg.

De to væsker strømmer radialt utover i rommet mellom vingene.

Ved innvirkning av skovlhjul-vingene oppnås blanding og tilbake-blanding av væskene med mekanisk skjærvirkning. Hastigheten for væsken økes når den kommer i kontakt med skovlhjul-vingene 16,

og væsken beveges til periferien hvor den oppsamles i de ytre kanter av skovlhjul-reaksjonsrommet 17. Behandlet materiale strømmer så mot og ut av utførselsåpningen 19.

Reguleringsventilen 10 for konstant trykk opprettholder

et trykk over stengetrykket for sentrifugalpumpen. Det blir da en"in-line"-innretning som fører mekanisk energi med den roterende aksel inn i det strømmende medium. Mottrykket tillater at skovlhjul-reaksjonsrommet og rommet mellom vingene alltid blir værende fullt for å unngå kavitasjon. Strømningshastigheten for materi-alet bestemmes bare av strømningshastigheten for fluidumet som føres inn til pumpen, ved fremgangsmåten i henhold til denne oppfinnelse kan det kontinuerlig og i alt vesentlig øyeblikkelig oppnås en gelatinert, i alt vesentlig homogen stivelse som har en stabil viskositet.

Ved beskrivelsen av oppfinnelsen her ble det anvendt en typisk sentrifugalpumpe for å gi mekanisk skjærkraft i overensstemmelse med denne oppfinnelse. Sentrifugalpumper som virker mot et mottrykk som er større enn pumpens stengetrykk, er bekvemme og egnede innretninger for anvendelse i overensstemmelse med oppfinnelsen. Andre innretninger for å gi mekanisk skjærkraft når de opereres for å frembringe skjærkraft så som beskrevet her, inkluderer f.eks. dispergatorer (så som fremstilt av Kinetic Dispersion Corporation), homogenisatorer (så som fremstilt av Tekmar Co.), skjærpumper (så som fremstilt av Waukesha Foundry Co.), emulgatorer (så som fremstilt av Nettco Corp.), soniske emulgatorer (så som fremstilt av Sonic Corp.), kolloid-møller (så som fremstilt av Gaulin Corp.), høyhastighets-våt-møller (så som fremstilt av Day Mixing), spredere (så som fremstilt av penberthy Div., Houdaille Industries, Inc.), høyintensitetsblandere (så som fremstilt av J. W. Greer, Inc.) og lignende.

Intensiteten til den skjærkraft som blandingen av stivelse og stivelse-løsningsmiddel utsettes for i henhold til oppfinnelsen, varierer meget i avhengighet av hvor lett det er å gelatinere den spesielle stivelse, stivelsens konsentrasjon, mengden av stivelse-løsningsmiddel som benyttes, den temperatur ved hvilken fremgangsmåten utføres og andre faktorer som er kjent for fagfolk i industrien. Siden typen av stivelse, konsentrasjonen av den vandige oppslemming, temperaturen, alkalitype og mengde,

og også design og effektivitet til skjæreinnretningsutstyret, alle bidrar til egenskapene til det endelige produkt, vil den minimale skjærkraft som er nødvendig for å gi en grundig dispergert, homogen stivelsepasta med stabil viskositet, variere meget.

Den minimale skjærkraft som er nødvendig for å oppnå en stivelsepasta som fremviser de ønskede egenskaper i alt vesentlig øyeblikkelig etter at blandingen av stivelse og stivelse— løsnings-middel er utsatt for skjærvirkning, kan bestemmes rutinemessig.

Figur 3 viser således forandringen i viskositet med forandring i tilført skjærkraft uttrykt som omdr. pr. min. (OPM) for forskjellige typer av stivelser og oppslemmingskonsentrasjoner med tilnærmet stabilitet. De data som er plottet på figur 3 ble oppnådd ved som skjærkraft-givende anordning å anvende en sentrifugalpumpe så som beskrevet i eksempel 1. Med en sentrifugalpumpe av denne type avhenger skjærhastigheten av diameteren og hastigheten til pumpe-skovlhjulet. Siden størrelsen på skovlhjulet blir værende konstant, var skjærhastigheten direkte propor-sjonal med hastigheten (omdr. pr. min.) til skovlhjulet.

Som det lett fremgår av de data som er plottet på figur

3, kreves det forskjellig skjærkraft for å oppnå skjærstabile viskositeter for forskjellige råmaterialer og forhold. Således var, som vist på figur 3, de skjærstabile viskositeter til 25-Buel, 60-Buel og umodifisert stivelse under behandlingsforholdene henholdsvis tilnærmet 5000, 7000 og 10000 cP. (Buel - alkaliflui-ditet - er et mål fot en stivelses fluiditet på en skala 0-100 ml hvor stivelse (5 g ved 10% fuktighet) dispergeres i 10 ml vann, fulgt av 90 ml av 1% natriumhydroksyd. Stivelsepastaen føres gjennom en kalibrert trakt som måler volumet i ml som blir oppsamlet i 60 sekunder. Trakten (Buel) er kalibrert slik at den leverer 100 ml vann i 60 sekunder. - Umodifisert stivelse har typisk verdier på 0-2 ml. Økende verdier gjenspeiler økende modifikasjon i avtagende stivelsemolekylvekt.) Etter valg av den ønskede stivelse/løsningsmiddel-kombinasjon kan man rutinemessig anvende en egnet skjær-innretning for å oppnå viskositet og skjær-data som er lik dem som er plottet på figur 3. Fra slike data kan

den skjærkraft som det er nødvendig å tilføre for å oppnå en skjær-

stabil pasta, lett bestemmes (d.v.s.

i alt vesentlig 0). Det

foretrukne området for skjærkraft-tilførsel kan således lett bestemmes for en spesiell stivelse/løsningsmiddel-kombinasjon. Forsøk har vist at når viskositeten til stivelsepastaen nærmer seg punktet for maksimal skjærstabilitet, er pastaen i alt vesentlig homogen og i alt vesentlig fullstendig dispergert, d.v.s. den er i alt vesentlig fullstendig gelatinert. Dette er selvsagt ønsket for å oppnå optimal funksjonalitet for stivelsepastaen. For visse anvendelser oppnås det godtagbar funksjonalitet når viskositeten til pastaen er så høy som ca. to ganger skjærstabil viskositet.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er anvendbar generelt for hurtig hydratisering eller gelatinering av stivelser. Den er således anvendbar for kornstivelser og rotstivelser, f.eks. mais-, hvete-, potet-, tapioka-stivelse og lignende. Den er anvendbar for stivelser som stammer fra tørr-maling, så som mais-grøp, grovt maismel, fint maismel og lignende, og kan anvendes på stivelser som er modifisert ved tidligere behandling, så som tverrbinding eller stabilisering, syre-modifisering, oksydasjon, derivat-dannelse og lignende.

Fra industrien er det kjent å anvende en rekke stivelse-løsningsmidler ved gelatineringsprosesser for stivelse, og slike løsningsmidler kan anvendes ved utførelse av denne oppfinnelse. Slike løsningsmidler er f.eks. natriumhydroksyd, kaliumhydroksyd, kalsiumklorid, litiumhydroksyd, dimetylsulfoksyd, dimetylformamid, pyridin og lignende.

Den mengde med stivelse-løsningsmiddel som er nødvendig for å fullføre gelatinering og dispergering vil variere sterkt med de spesifikke forhold som man støter på. Faktorer som påvirker løsningsmiddelbehovet inkluderer (1) den type stivelse som anvendes (d.v.s. mais, hvete, poteter, etc), (2) typen av forbehandling

av stivelsen (d.v.s. derivat-dannelse, oksydasjon, tverrbinding, stabilisering, etc., (3) stivelsekonsentrasjonen, (4) viskositeten til den resulterende pasta, så som innvirkning på depolymerisering, (5) temperaturen og (6) det løsningsmiddel som anvendes. Foretrukne løsningsmidler er natriumhydroksyd og kaliumhydroksyd. Det foretrukne område for anvendt løsningsmiddel er 8 til 18% titrerbar alkalitet, uttrykt som prosent natriumhydroksyd på basis av tørr-substans-stivelse. Løsningsmidlet kan imidlertid anvendes i mengder på fra 6 til 30% titrerbar alkalitet. Det er kjent

at høyere stivelsekonsentrasjoner eller sterkt modifiserte stivelser vanligvis behøver mindre stivelse-løsningsmiddel for dannelse av pasta. Eksempel 1

De følgende eksempler illustrerer oppfinnelsen og for-delene ved den.

Det ble fremstilt en vandig oppslemming som inneholdt umodifisert mais-stivelse med tørt faststoffinnhold på 12% (d.s.), og den ble pumpet ved anvendelse av en positiv Moyno forskyvnings-pumpe med en konstant strømningshastighet på 1,9 liter pr. min. til sentrum i en sentrifugalpumpe. Den anvendte sentrifugalpumpe var en Worthington Model 3/8 CNG-4 med et normalt skovlhjul av full størrelse. Skovlhjulet var et åpent skovlhjul med diameter 92,1 mm med to rette vinger med bredde på tilnærmet 11,1 mm. Vingene hadde en utstrekning på 34,0 mm innover fra den ytre tipp, og var bøyd bakover i forhold til rotasjonen med en vinkel på tilnærmet 47° fra skjæringspunktet for en radius og den indre kant av vingen.

Samtidig ble en løsning av natriumhydroksyd (30% tørr-stoff) pumpet inn i sentrifugalpumpen. Den benyttede mengde med natriumhydroksyd ble regulert ved en passende økning eller nedset-telse av dens strømningshastighet. Alle strømningshastigheter ble målt på aktuelt utstyr ved volum/tidmålinger.

Mottrykket ble opprettholdt i systemet på tilnærmet

5,04 kg/cm 2 manometertrykk ved hjelp av en trykkreguleringsventil.

Den vandige stivelseoppslemming og stivelse-løsningsmidlet (natriumhydroksyd) ble blandet, og stivelsen ble gelatinert og dispergert ved hjelp av den mekaniske skjærkraft til sentrifugalpumpen, hvilken ble drevet med en konstant hastighet på 3600 opm. Pumpevolumet var slik at den gjennomsnittlige oppholdstid i reak-sjonskaret var tilnærmet 2,4 til 2,9 sekunder.

Prøver av stivelsepastaen som kommer ut fra sentrifugalpumpen ble oppsamlet og testet til å begunne med, dvs. i alt vesentlig øyeblikkelig etter oppsamlingen, med hensyn til titrerbar alkalitet og opprinnelig viskositet. Viskositeten til prøvene ble også testet 24 timer senere. En prøve (nr. 5 i tabell I) av stivelse-oppslemmingen ble også tilberedt ved en mer konvensjonell prosess, dvs. ved oppvarmninq til 99°C, idet det ikke ble anvendt mer alkali, og holdt i 10 min. ved agitering i en satsbeholder. Resultatene ble oppsummert i tabell I.

En mikroskopisk undersøkelse viste at ved 9,5% natriumhydroksyd på basis av tørr stivelse, var stivelsegranulene svellet, men ikke fullstendig dispergert, mens pastaen ved 14% natriumhydroksyd (prøve 3) var homogen og godt dispergert, og pasta-viskositeten var etter 24 timer i alt vesentlig den samme som den var til å begynne med.

Stivelsepastaene fra prøvene 2, 3 og 4 var, etter å ha vært utsatt for mekanisk skjærvirkning, viskositetsstabile med henblikk på skjærstabilitet og lagringsstabilitet.

Den konvensjonelt tilberedte stivelse (prøve 5) dannet

en stiv gel når den ble holdt ved romtemperatur.

Eksempel 2

Ved å følge den fremgangsmåte som ble brukt i eksempel

1, ble det dannet en lignende mais-stivelse med et faststoffinnhold på tilnærmet 15% tørrsubstans, bortsett fra at under en del av prosessen var sentrifugalpumpen slått av slik at stivelsepastaen ikke mottok noen skjærvirkning.

Virkningen av mekanisk skjærkraft på viskositeten til pastaen er tydelig. Selv om det ble brukt en svært stor mengde med natriumhydroksyd, i motsetning til prøve 1, så hadde prøve 2, som ikke var utsatt for skjærvirkning, ikke noen stabil viskositet (skjærstabilitet) etter at den var kommet ut fra sentrifugal-

pumpen, og den var heller ikke lagringsstabil.

Eksempel 3

Ved anvendelse av fremgangsmåten fra eksempel 1 ble en umodifisert mais-stivelseoppslemming med 12% tørt fast stoff behandlet ved anvendelse av varierende mengder med natriumhydroksyd. Prøvene ble testet med hensyn til titrerbar alkalitet og viskositet og undersøkt mikroskopisk, med følgende resultater:

Prøve nr. 1 dannet en stiv gel når den ble holdt 24 timer ved romtemperatur. Mikroskopisk undersøkelse viste at prøve nr. 1 ikke var godt dispergert. Mikroskopisk undersøkelse av prøve nr. 2 med høyere mengde kaustisk middel frembragte et produkt som var grundig dispergert, og viskositetsdataene viste at produktet var stabilt med henblikk på skjærstabilitet og lagringsstabilitet.

Eksempel 4

Det ble fremstilt en stivelseoppslemming med 40% tørt faststoff ved anvendelse av syre-modifisert stivelse med en alkali-fluiditet på tilnærmet 60 Buel, og den ble behandlet ved anvendelse av forskjellige alkalimengder så som i eksempel 1. De oppnådde resultater er oppsummert nedenfor:

Dette eksempel belyser at stivelseoppslemminger med

høyt faststoffinnhold kan behandles i samsvar med denne oppfinnelse.

Det ble gjort et forsøk på termisk omdannelse av en oppslemmingsprøve av den samme stivelse med et tørt faststoffinnhold på 3 5% ved å oppvarme oppslemmingen til 99°C og holde den under agitering i 10 minutter i en satsbeholder uten anvendelse av alkali. Den resulterende pasta var for viskøs til å testes ved 82°C, sammenlignet med de ovennevnte prøver (2-4) som ble testet ved romtemperatur. De opprinnelige viskositeter til ovennevnte stivelsepastaer med 40% tørt faststoffinnhold illustrerer den forbedrede viskositet og forbedrede bearb.eidelsesegenskaper til produktet fra den kjemisk/mekaniske omdannelsesprosess i henhold til denne oppfinnelse.

Eksempel 5

Det ble fremstilt en stivelseoppslemming ved anvendelse av syre-modifisert stivelse med en fluiditet på tilnærmet 25 Buel og et tørt faststoffinnhold på 30%(og den ble behandlet med alkali så som i eksempel 1. Analyse av den skjærstabile pasta var som følger:

Selv om viskositetsdataene viser at produktet ikke hadde god lagringsstabilitet (på grunn av at det ble anvendt liten alkalimengde), så hadde det gode funksjonelle kvaliteter.

En film ble fremstilt ved å støpe stivelsepastaen på glass med en tynnsjikt-kromatografi-påfører. Filmen var klar, bøyelig og ganske sterk. En prøve av filmen ble skåret og testet med hensyn til strekkfasthet, med følgende resultater:

Filmbredde - 2,54 cm

Filmtykkelse - 0,014 mm

Filmfasthet - 12,5 kg

=4 50 kg/cm<2>

Eksempel 6

En stivelseoppslemming ble fremstilt ved anvendelse av syre-modifisert stivelse (25 Buel fluiditet) med 25% faststoffinnhold. Oppslemmingen ble behandlet som beskrevet med hensyn til eksempel 1. Den resulterende skjærstabile pasta ble testet på alkalitet og viskositet, som angitt i det følgende:

For å teste pastakvaliteten som et korrugerende adhesiv, ble det fremstilt prøver av korrugerte bord ved å støpe en film av pasta, 0,0127 mm tykk, på et polypropylenark. Rillede ender av bord med usammensatt ytterflate ble omhyggelig dyppet inn i filmen hvorved det ble påført adhesiv på endene, og så ble bordene med usammensatt overflate påført på doble baksidekledninger. Til en pastaprøve ble det tilsatt tilnærmet 10% med parez 613 harpiks for å gi vanntette egenskaper. <p>røvene ble behandlet forskjellig som vist i den følgende tabell, for å bevirke herding av harpiksen, og til sist ble bordprøvene testet med hensyn til vanntette egenskaper ved å senkes i bløtt vann. Dataene er oppsummert i den følgende tabell:

Resultatene ovenfor viser at den resulterende stivelse-pasta fordelaktig kan anvendes sammen med harpiksmateriale som et korrugerende adhesiv, og danne en vånn-bestandig eller vann-tett forbindelse.

Eksempel 7

Stivelseoppslemminger ble fremstilt ved å anvende stivelser av forskjellige typer og mais-stivelser med forskjellige typer av forbehandlinger. stivelsene ble så behandlet som beskrevet med hensyn til eksempel 1, bortsett fra at prøvene 1-6 ble utført slik at sentrifugalpumpen ble drevet med 1600 opm.

Data for 8 prøver er oppført i tabellen nedenfor:

Eksempel 8

Oppslemminger ble fremstilt med 12% tørt faststoffinnhold ved anvendelse av umodifisert mais-stivelse og vann ved to temperaturer, henholdsvis 15,5 og 54,4°C, og det resulterte i oppslemminger ved henholdsvis 20,0 og 48,9°C. Hver oppslemming ble behandlet som beskrevet i eksempel 1, bortsett fra at sentrifugalpumpen ble drevet med 1600 opm, med varierende mengder natriumhydroksyd. De resulterende pastaprøver ble testet på titrerbar alkalitet og opprinnelig viskositet og så oppdelt i fire prøver som ble lagret ved henholdsvis romtemperatur (RT), 48,9°c, 65,5°C og 82,2°C. Etter 24 timer ble alle prøvene justert til RT og testet på Brookfield viskositet. Resultatene av disse tester var:

De inneholdende data i tabellen ovenfor illustrerer først og fremst tre faktorer: 1. Høyere omdannelsestemperaturer resulterer i lavere viskositeter, hvilket viser den additive pasta-dannende effekt av kjemisk (løsningsmiddel), mekanisk (skjærkraft) og termisk (temperatur) energi. 2. For å oppnå lagringsstabilitet er det nødvendig med større mengder med løsningsmiddel. 3. Forhøyede lagringstemperaturer viser seg å innvirke på pastaegenskaper.

a. Som ventet forbedres lagringsstabilitetene endog ved mindre mengder løsningsmiddel.

b. Ved større mengder løsningsmiddel iakttas det ytterligere reduksjon av viskositeten, og virkningen er mer dramatisk ettersom temperaturen økes fra 65,5 til 82,2°C.

Eksempel 9

Stivelse er et tjenlig additiv ved fIotasjonsprosessen for utvinning og rensing av kalsiumfosfater. For dette ble en stivelsepasta fremstilt, med 30% tørt faststoffinnhold og med 11,5% titrerbar alkalitet, ved anvendelse av fremgangsmåten med hensyn til eksempel 1. <p>astaprøven ble så lagret ved romtemperatur for vurdering ved fosfat-fIotasjon.

For sammenligning ble det fremstilt en stivelsepasta

på mer konvensjonell måte, d.v.s. tilberedning ved lav konsentrasjon (ca. 2%) til 99°c ved agitering, tilsetning av 1% natriumhydroksyd og lagring ved romtemperatur.

Det ble utført amin-kretsløps-fIotasjoner på fosfat-prøver ved anvendelse av 1. en sammenligningsprøve, d.v.s. ingen stivelse; 2. en konvensjonelt fremstilt stivelsepasta; og 3 alkalisk fremstilt stivelsepasta i samsvar med denne oppfinnelse. Prøver ble testet på produkt (konsentrasjon)-utbytte og prosent uløselige stoffer i produkt og avfall. Resultatene er angitt i den etterfølgende tabell.

Forklaringen på "amin-kretsløps-fIotasjoner" er som følger: Fosfat-bergart utvinnes ved en dobbeltkrets-fIotasjons-prosess. Den første del av prosessen er en anionisk fIotasjon hvor det anvendes fettsyrer. Produktet som er i mindre mengde (fosfat) floteres av og oppsamles.

Neste krets, dvs. den kationiske fIotasjon, anvender aminer og kalles derfor aminkretsen, og denne anvendes for å for-edle det konsentrerte fosfat fra den anioniske krets. I aminkretsen floteres det produkt som er i mindre mengde (silikater) av. Stivelse anvendes i kretsen for å presse fosfatet ned og gi større utbytter og/eller høyere kvalitet.

Resultatene viser at stivelsepastaen fremstilt i samsvar med oppfinnelsen omfattende kjemisk og mekanisk hydratisering, er funksjonell. Sammenlignet med den konvensjonelt fremstilte stivelsepasta, forbedret stivelsen fremstilt i samsvar med denne oppfinnelse produktutbyttet ved bearbeidelsen av fosfat-malmer.

Evnen til å fremstille stivelsepastaer i alt vesentlig øyeblikkelig med høyt faststoffinnhold uten anvendelse av varme er av spesiell betydning ved de fleste gruve-anvendelser på grunn av at (1) damp vanligvis ikke er tilgjengelig ved malm-utvinnings-stedene, (2) stivelse er vanskelig å fremstille uten varmekilder så som gass eller elektrisitet (dette er spesielt tilfelle ved høyt faststoffinnhold), (3) lagring av konvensjonelt fremstilt stivelse-pasta er svært vanskelig endog ved lave innhold av fast stoff, og (4) evnen til å omdannes ved høyt faststoffinnhold reduserer kapital-utgifter til bearbeidning og lagringsbeholdere.

Eksempel 10

Et stivelse-adhesiv ble fremstilt ved å behandle en syre-modifisert stivelse (25 Buel fluiditet) med 20% tørt faststoff med 13% natriumhydroksyd som beskrevet i eksempel 1. Det fremstilte adhesiv hadde en Brookfield viskositet på 3700 cP ved 100 opm. Dette adhesiv ble anvendt til å forene bord med usammensatt overflate med doble bakside-kledninger på en konvensjonell papp-korrugator som virker med en kjølig (49-65°C) varm-plate-del.

De forenede bord ble kondisjonert før testing. Ved testing fremviste bindingen en sjikt-adhesjons-verdi på 41,55 kg.

Eksempel 11

Et stivelse-adhesiv ble fremstilt ved å behandle syre-modifisert mais-stivelse (60 Buel fluiditet) med 25% tørt faststoff med 14% natriumhydroksyd, så som beskrevet i eksempel 1. Adhesivet hadde en Brookfield viskositet på 2100 cP ved 100 opm.

Dette adhesiv ble anvendt til å kombinere ribbet medium og kledning under redusert driftstemperatur (lavere enn 71°c) på en konvensjonell papp-korrugator for usammensatt overflate. Bordene med usammensatt overflate kunne behandles godt på broen og fremviste god sjikt-adhesjon etter kondisjonering.

Eksempel 12

En stivelseoppslemming ble fremstilt ved anvendelse av umodifisert mais-stivelse med 12% tørt faststoff. Stivelsen ble med regulert hastighet pumpet til en statisk blander, hvilken var en Kenics Static Mixer bestående av en serie med faste spiral-formede elementer innelukket i et rørformet hylster. Samtidig ble en natriumhydroksyd-løsning (30% kons.) tilsatt for å gi en fast konsentrasjon basert på det tørre faststoffet i stivelsen.

For å oppnå jevn strømning og være behjelpelig med blandingen, var det nødvendig å regulere mottrykket i enheten til tilnærmet 6,3 kg/cm 2manometertrykk. Det fra enheten oppnådde produkt var ikke godt dispergert og var ujevnt. prøven ble testet på titrerbar alkalitet og viskositet. For sammenligningsformål er det oppsummert data for en prøve av den samme stivelse behandlet som beskrevet i eksempel 1 ved anvendelse av mekanisk skjærkraft.

Disse data viser at den mer inngående blanding av alkali og stivelse, så som i den statiske blander, ikke frembringer et produkt som er likt det som blir dannet ved fremgangsmåten beskrevet her.

Eksempel 13

En stivelseoppslemming ble fremstilt med 20% tørt faststoff ved anvendelse av en syre-modifisert stivelse med tilnærmet 2 5 Buel fluiditet og den ble behandlet som beskrevet i eksempel 1, bortsett fra at det ble anvendt 40% kaliumhydroksyd-løsning som stivelse-løsningsmiddel.

Prøver ble testet på titrerbar alkalitet og viskositet, med de følgende resultater:

Eksempel 14

En vandig oppslemming ble fremstilt ved anvendelse av en syre-modifisert stivelse med tilnærmet 25 Buel fluiditet ved 20% tørrstoff. Stivelse-oppslemmingen ble omdannet som beskrevet i eksempel 1.

Den resulterende pasta ble testet,og en 0,946 liters prøve ble frosset i 24 timer for å bestemme fryse-tine-egenskapene. Prøven ble undersøkt visuelt når den ble tatt ut fra fryseren, den ble hensatt for å oppnå likevekt ved romtemperatur, undersøkt igjen og viskositeten ble bestemt. prøven var jevn og det ble ikke på-vist noen tegn på synerese. Resultatene av testingen er som følger:

Resultatene ovenfor viser at produktet hadde god fryse-tine-stabilitet.

Eksempel 15

Det ble fremstilt en vandig oppslemming ved anvendelse av en syre-modifisert stivelse med tilnærmet 60 Buel fluiditet ved en konsentrasjon på 35% tørt faststoff. Natriumhydroksyd ble satt til oppslemmingen i en slik mengde at det ble tilveiebragt tilnærmet 12,5% natriumhydroksyd basert på tørrsubstans-basis av stivelse. Oppslemmingen ble behandlet som beskrevet i eksempel 1, men sentrifugalpumpen ble kjørt med forskjellige omdreininger pr. minutt. De følgende data ble oppnådd for de fremstilte pastaer:

<p>asta A, som fremviste en viskositet på tilnærmet 1,95 ganger viskositeten til pasta E som var skjærstabil, var blitt pasta i tilstrekkelig grad eller gelatinert og dispergert tilstrekkelig til at den var skikket for anvendelser hvor det benyttes relativt viskøse pastaer.

Eksempel 16

Det ble fremstilt en vandig oppslemming ved anvendelse av umodifisert stivelse med en konsentrasjon på 15% tørt faststoff. Natriumhydroksyd ble satt til oppslemmingen i en tilstrekkelig grad til å tilveiebringe tilnærmet 9,2% natriumhydroksyd basert på tørrsubstans-stivelse. Oppslemmingen ble behandlet som beskrevet i eksempel 1, idet sentrifugalpumpen ble kjørt med forskjellige omdreininger pr. minutt. De følgende data ble oppnådd for de dannede pastaer:

pasta F, som fremviste en viskositet på tilnærmet 1,82 ganger viskositeten til pasta j som var skjærstabil, var blitt pasta i tilstrekkelig grad eller var gelatinert eller dispergert tilstrekkelig til at den var skikket for anvendelser hvor det benyttes relativt viskøse pastaer.

Fordelene med oppfinnelsen er betydelige. Ved fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse kan stivelse hydratiseres eller gelatineres på steder hvor varmekilder, så som damp, ikke er tilgjengelige. Stivelsen kan hydratiseres ganske raskt på kontinuerlig måte uten at det er behov for blandere med stor kapasitet, hvilket ville være nødvendig ved gelatineringsprosesser av sats-type. Produktet oppnådd ved fremgangsmåten er en fullstendig dispergert, homogen, gelatinert stivelse med gode adhesive, filmdannende og fryse-tine-egenskaper. Ved utførelse av oppfinnelsen kan man fremstille skjærstabile og/eller lagrings-stabile pastaer som er egnet for mange forskjellige sluttanvendelser.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig gelatinering og dispergering

av stivelse ved å føre sammen en vandig oppslemming åv stivelse og et stivelse-løsningsmiddel og utvinne en stivelsepasta, med viskositet som varierer fra 1,0 til 2,0 ganger pastaens skjærstabile viskositet, karakterisert ved at den vandige stivelseoppslemming og stivelse-løsningsmidlet ved en temperatur under 100°C utsettes for en skjærkraft som er tilstrekkelig til i alt vesentlig øyeblikkelig å gelatinere og dispergere stivelsen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at det som stivelseløsningsmiddel anvendes natriumhydroksyd.