Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania pasty skrobiowej na drodze zelatynizowania i dys¬ pergowania skrobi.Skrobia naturalna otrzymana z ziarn zbóz albo roslin bulwiastych wystepuje w formie malych granulek. Granulki te skladaja sie. z czastek, które sa uporzadkowane w równomierny sposób i sa mocno polaczone ze soba silnymi wiazaniami aso¬ cjacyjnymi wedlug wzoru 1, gdzie R oznacza for¬ me pierscieniowa ogniwa glikozowego.Skrobia w stanie ziarnistym ma niewielkie albo nie ma wartosci uzytkowej jako spoiwo albo sro¬ dek tworzacy blonke i dlatego koniecznym jest tworzenie zelu i zdyspergowanie czasteczki skrobi przez wprowadzenie wody pomiedzy wiazanie aso¬ cjacyjne co mozna przedstawic wedlug wzoru 2.Jest to czesto okreslone jako hydratacja. Nato¬ miast ziarenka skrobi sa stosunkowo nie wrazliwe na dzialanie wody i dla wywolania hydratacji trze¬ ba uzyc energii.W znanych procesach hydratacji stosowano glów¬ nie energie cieplna.Znany sposób wytwarzania pasty skrobiowej po¬ przez zelatynizacje skrobi polega glównie na zasto¬ sowaniu ciepla z zastosowaniem rozpuszczalnika skrobiowego takiego jak wodorotlenek sodu lub bez jego stosowania.Znane jest z opisu patentowego St. Zjed. Am. nr 3 133 836 stosowanie polaczonej energii cieplnej i mechanicznej w celu utrzymywania skutecznej 10 n ii zelatynizacji skrobi. Doprowadzanie ciepla z ze¬ wnatrz dla przeprowadzenia procesu jest bardzo niewygodne i kosztowne.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wy¬ twarzania pasty skrobiowej poprzez zelatynizacje i dyspergowanie skrobi bez doprowadzania ciepla z zewnatrz, która ma wyjatkowe i trwale cechy zwiazane z przechowywaniem w temperaturze po¬ kojowej.Celem wynalazku jest równiez przygotowanie produktów skrobiowych majacych pozadane wlas¬ nosci fizyczne takie jak kleistosc albo wlasciwosci spajania, wlasciwosci tworzenia blony i wlasciwosci krzepniecia, tajania.Cele te zostaly zrealizowane wedlug wynalazku.Wedlug wynalazku sposób wytwarzania pasty skrobiowej na drodze zelatynizowania i dyspergo¬ wania skrobi, charakteryzuje sie tym, ze stosuje sie wodna zawiesine skrobi i dodaje sie do niej rozpuszczalnik skrobiowy, po czym bez wprowa¬ dzania zewnetrznego ciepla poddaje sie mechanicz¬ nemu dzialaniu sily scinajacej w temperaturze po¬ nizej 100°C w czasie mniejszym niz 5 minut dla otrzymania zdyspergowanej, w zasadzie homoge¬ nicznej pasty skrobiowej majacej lepkosc od 1 do 2 razy wieksza od lepkosci pasty w punkcie osia¬ gniecia stabilnosci podczas scinania, a nastepnie usuwa sie dzialanie sily scinajacej. Jako rozpusz¬ czalnik skrobiowy stosuje sie wodorotlenek sodu albo wodorotlenek potasu. 119 842119 842 Rozpuszczalnik skrobiowy wprowadza sie w spo¬ sób ciagly do wodnej zawiesiny skrobi, po czym te mieszanine poddaje sie mechanicznemu dziala¬ niu sily scinajacej dla otrzymania zelatynizowanej, dyspergowanej, zasadniczo homogenicznej pasty ¦ skrobiowej, po czym paste skrobiowa usuwa sie w sposób ciagly.Zadany produkt pasty skrobiowej jest uzyskiwa¬ ny zazwyczaj natychmiastowo. Rozumie sie przez to, ze zadana pasta skrobiowa jest wytwarzana *• lub gotowa do uzycia w ciagu pieciu minut a zwy¬ kle w ciagu sekund po zastosowaniu mechanicz¬ nego scinania mieszaniny papki skrobiowej i roz¬ puszczalnika skrobiowego.^ Stanowi to zasadnicza róznice w stosunku do u znanych sposobów zelatynizowania skrobi, które wymagaja bardzo dlugich okresów czasu do wy- ? tworzenia takich past skrobiowych. W dodatku, ^wiekszosc sposobów otrzymywania past skrobio¬ wych dotychczasowymi metodami wymaga stalego *• mieszania i/lub recyrkulacji w celu utrzymania pasty w odpowiednim stalym, stosowanym stanie.(Podane sa dwa aspekty stabilnosci lepkosci jakie zastosowano tutaj, to jest, stabilnosc podczas sci¬ nania i stabilnosc podczas przechowywania. Pasta 2I stabilna podczas scinania to taka, której dodatko¬ we scinanie przy pomocy urzadzenia opisanego tu¬ taj, nie bedzie dalej zmniejszac w sposób istotny lepkosci pasty.Mozna to wyrazic nastepujaco: AV "as" jest okolo 0 (gdzie V — lepkosc a S — szybkosc scinania) 35 Pasta stabilna podczas przechowywania to taka, której lepkosc nie zmienia sie znaczaco w ciagu dluzszych okresów czasu w temperaturze pokojo¬ wej, to jest, nie wiecej niz ± 35°/o w ciagu okolo 24 godzin. 40 Nalezy zdawac sobie sprawe z tego, ze pasta skrobiowa odznaczajac sie stabilnoscia podczas sci¬ nania nie musi byc koniecznie stabilna podczas przechowywania i odwrotnie.Co wiecej, ani doskonala stabilnosc podczas sci- 4S nania ani stabilnosc podczas przechowywania nie sa zawsze wymagane dla dobrej uzytecznosci pasty skrobiowej podczas stosowania. Tak wiec, pasta wytworzona wedlug wynalazku nie musi odznaczac sie stabilnoscia podczas przechowywania, jesli be- co dzie stosowana wkrótce po otrzymaniu, jak to ma zazwyczaj miejsce w przypadku stosowania past skrobiowych jako spoiw przy wytwarzaniu kartonu.Z drugiej strony, w zastosowaniach takich jak czynnosci wydobywania, gdzie moze byc wymaga- u ne dluzsze przechowywanie pasty, duze zmiany av lepkosci podczas przechowywania moga byc nieko¬ rzystne dla jej uzycia.Przez zastosowanie odpowiedniej sily scinajacej oraz wlasciwej ilosci rozpuszczalnika skrobiowego, •© mozna latwo otrzymywac sposobem wedlug wyna¬ lazku pasty charakteryzujace sie staloscia podczas przechowywania. Podobnie, otrzymuje sie pasty skrobiowe o zadowalajacych wlasnosciach uzytko¬ wych do rozmaitych celów przemyslowych pomimo, •¦ ze pasty te nie sa doskonale stabilne podczas sci¬ nania w podanym tu znaczeniu.Stwierdzono, ze pasty majace mozliwa do przy¬ jecia uzytecznosc i ulegajace odpowiedniemu zela- tynizowaniu i dyspergowaniu otrzymuje sie wtedy, gdy lepkosc pasty jest nie wiecej niz okolo 2 razy wieksza od jej lepkosci w punkcie osiagniecia sta¬ bilnosci podczas scinania.Sposób wedlug wynalazku jest omówiony w od¬ niesieniu do zalaczonych rysunków.Sposób wedlug wynalazku jest omówiony w po¬ laczeniu z rysunkami, gdzie fig. 1 przedstawia schemat typowego przykladu wykonania sposobu wedlug wynalazku, fig. 2 — powiekszony przekrój pompy odsrodkowej, która moze byc zastosowana do powodowania mechanicznego scinania w sposo¬ bie wedlug wynalazku, a fig. 3 przedstawia wykres zblizonego mechanicznego scinania wejsciowego dla lepkosci dla róznych zmiennych papek skrobio¬ wych.Figura 1 przedstawia schemat przeplywu ilustru¬ jacy typowy sposób wedlug wynalazku. Skrobia, która ma byc poddana obróbce jest przygotowy¬ wana jako wodna zawiesina w zbiorniku 1 z mie¬ szadlem 2. Stezenie papki jest okreslone przez za¬ mierzone zastosowanie i wymagane wlasnosci lep¬ kosciowe wynikowej pasty. Zwykle stezenie moze zwiekszac sie do okolo 44°/« suchej masy. Roztwór rozpuszczalnika skrobiowego jest przechowywany w zbiorniku 5 magazynujacym rozpuszczalnik skro¬ biowy. Stezenie roztworu rozpuszczalnika skrobio¬ wego bedzie zalezne od stabilnosci rozpuszczalnika skrobiowego i zamierzonego zastosowania.Na przyklad, korzystny zakres dla wodorotlenku sodu wynosi pomiedzy 30 i 50°/o suchej masy. Za¬ wiesina skrobiowa i roztwór rozpuszczalnika skro¬ biowego sa równoczesnie pompowane za pomoca wyraznie rozmieszczonych pomp 3 i 6, wzglednie przez pompe odsrodkowa 8. Do utrzymywania ci¬ snienia roboczego albo przeciwcisnienia wyzszego niz cisnienie zamykajace okreslone na podstawie charakterystyki pracy pompy odsrodkowej sluzy zawór regulujacy cisnienie 10 albo odpowiednia glowica po stronie dozujacej pompy. W ten sposób otrzymuje sie zespól pompy odsrodkowej, który pracuje jako mechaniczne urzadzenie scinajaco- -mieszajace, ale niezdolne do pompowania.Cisnienie robocze jest kontrolowane przez mono- metry 4 i 7 oraz 9. Otrzymana pasta skrobiowa jest zbierana w zbiorniku li.Figura 2 przedstawia konstrukcje typowej pompy odsrodkowej z zaworem regulacyjnym cisnienia, która kiedy dziala z przeciwcisnieniem powoduje mechaniczne scinanie mieszaniny skrobiowo-roz- puszczalnikowej.Jak przedstawiono na figurze 2, wodna zawiesina skrobiowa jest doprowadzana przez rure wlotowa 12 ze znana i kontrolowana szybkoscia przeplywu do otworu 14 (srodek) wirnika 15. Rozpuszczalnik skrobiowy przeplywa ze znana i kontrolowana szybkoscia przeplywu przez rure 13 takze do otwo¬ ru wirnika 14. Wirnik 15 jest obracany przez wal napedowy 18 silnika. Wirnik 15 ma promieniowe lopatki 16 integralnie zamocowane do niego.Obydwie ciecze przeplywaja promieniowo na ze-110 843 5 S wnatrz w obszarach pomiedzy lopatkami. Przez dzialanie lopatek wirnika, dokonuje sie mieszanie i sporzadzanie mieszanek plynów polaczone z me¬ chanicznym scinaniem. Predkosc przeplywu zwiek¬ sza sie, podczas dzialania lopatek wirnika 16 i cieczy jest przekazywane na obwód, gdzie zbiera¬ na jest na zewnetrznych krawedziach komory reak¬ cyjnej wirnika 17. .Nastepnie material, który ulegl reakcji przeplywa w kierunku i na zewnatrz otwo¬ ru wylotowego 19. Zawór regulacyjny 10 cisnienia stalego utrzymuje cisnienie powyzej cisnienia za¬ mykajacego dla pompy odsrodkowej. Nastepnie staje sie wlaczonym szeregowo urzadzeniem kie¬ rujacym energie mechaniczna obracajacego sie wal¬ ka do przeplywajacego medium. Przeciwcisnienie powoduje, ze komorze reakcyjnej wirnika obszar pomiedzy lopatkami zawsze pozostaje napelniony, dzieki czemu unika sie kawitacji. Szybkosc prze¬ plywu materialu jest okreslona tylko przez szyb¬ kosc przeplywu plynu wejsciowego do pompy.Dzieki sposobowi wedlug wynalazku mozna uzy¬ skac ciagle i w zasadzie natychmiastowe tworzenie z zelatynizowanej zasadniczo homogenizowanej skrobi majacej stala lepkosc.W celu wyjasnienia wynalazku zastosowano ty¬ powa pompe odsrodkowa do wywolania mechanicz¬ nego scinania zgodnie z wynalazkiem. Pompy od¬ srodkowe pracujace na przeciwcisnienie wieksze niz cisnienie zamykajace pompe, sa dogodnymi i odpowiednimi urzadzeniami do uzycia zgodnie z wynalazkiem.Inne urzadzenia sluzace do spowodowania me¬ chanicznego scinania wykorzystywane po to, by wywolac sciecie jak opisano tutaj, obejmuje na przyklad, despersery (takie jak wytwarza Kinetic Dispersion Corporation), homogenizatory (takie ja¬ kie wytwarza Wankesha Foundry Co.), emulsyfika- tory (takie iak wytwarza Nettco Corp.), emulsyfi- katory dzwiekowe (takie jakie wytwarza Sonic Corp.), mlyny koloidalne (takie jak wytwarza Day Mixing), dysze (takie jak wytwarza Penberthy div., Hondaille Industries, Inc.), miksery wysokiego na¬ tezenia (takie jak wytwarza J. W. Greer, Inc.) i podobne.Wielkosc sily scinajacej, której jest poddawana mieszanina skrobi i rozpuszczalnika skrobiowego wedlug wynalazku zmienia sie w szerokim zakresie zaleznie od latwosci zelatynizacji danego rodzaju skrobi, stezenia skrobi, ilosci zastosowanego roz¬ puszczalnika skrobiowego, temperatury w której sposób jest przeprowadzany i innych czynników znanych fachowcom z tej dziedziny. Poniewaz na wlasnosci produktu koncowego wplywa rodzaj skrobi, stezenie zawiesiny wodnej, temperatura, ro¬ dzaj i stezenie zasady jak równiez konstrukcja i efektywnosc urzadzenia wywolujacego mechanicz¬ ne scinanie, to wymagane minimalne sciecie dajace dokladnie zdyspergowana jednorodna paste skro¬ biowa o stalej lepkosci zmienia sie w szerokim zakresie.Minimalna ilosc sily scinajacej, wymagana do uzyskania pasty skrobiowej,., o wymaganych wlas¬ nosciach w zasadzie natychmiastowo po poddawa¬ niu mieszaniny skrobi i rozpuszczalnika skrobio¬ wego dzialaniu scinajacemu moze byc doswiadczal¬ nie okreslona.Tak wiec figura 3 przedstawia zmiane w lep¬ kosci ze zmiana stosowanego scinania wyrazonego w obrotach na minute dla róznych rodzajów skrobi i stezen zawiesin o zblizonej stabilnosci. Dane wy- 5 kreslone na fig. 3 uzyskane przy stosowaniu pompy odsrodkowej, jaka omówiono w przykladzie 1, jako urzadzenie powodujace scinanie. Przy uzyciu tego rodzaju pompy odsrodkowej, szybkosc scinania za¬ lezy od srednicy i szybkosci wirnika pompy. Po¬ niewaz wymiar wirnika pozostaje staly, szybkosc scinania byla wprost proporcjonalna do szybkosci (obroty na minute) wirnika.Latwo mozna zauwazyc z wykreslonych danych na figurze 3, ze sila scinania jest wymagana do uzyskania lepkosci stabilnej podczas scinania z róz¬ nych surowców i w róznych warunkach. Tak jak widac z fig. 3, lepkosci trwale podczas scinania skrobi 25-Buel, 60-Buel i skrobi niemodyfikowanej w warunkach obróbki, wynosily odpowiednio w przyblizeniu 5000, 7000 i 10000 milipaskalosekund.Po wybraniu zgodnej kombinacji skrobia/rozpusz¬ czalnik, mozna w sposób rutynowany zastosowac odpowiednie urzadzenie scinajace dla uzyskania lepkosci i danych scinania podobnych do wykre¬ slonych na fig. 3. Z takich danych latwo mozna okreslic stosowane scinanie konieczne do uzyska- AV nia pasty trwalej podczas scinania (to jest —— z*- AS sadniczo 0). Korzystny zakres stosowanego sciecia moze byc w ten sposób latwo okreslony dla po¬ szczególnych kombinacji skrobia/rozpuszczalnik.Doswiadczenie wykazuje, ze gdy lepkosc pasty skrobiowej osiaga punkt maksymalnej trwalosci podczas scinania, pasta jest zasadniczo jednorodna i w zasadzie calkowicie zdyspergowana, to znaczy, jest w zasadzie calkowicie zzelatynizowana.Jest to, oczywiscie pozadane ze wzgledu na op¬ timum uzytecznosci pasty skrobiowej. Przy pew¬ nych zastosowaniach, uzyskuje sie mozliwa do przyjecia uzytecznosc, kiedy lepkosc pasty jest bez mala az dwukrotnie wieksza od lepkosci trwalej podczas scinania.Sposób wedlug wynalazku moze byc stosowany w odniesieniu do wszystkich rodzajów skrobi ule¬ gajacej szybkiej hydratacji albo zelatynizacji. Tak wiec moze byc stosowany do skrobi z ziarn zbóz i skrobi z korzeni takiej jak skrobia z kukurydzy, pszenicy, ziemniaków, tapioki i podobne.Moze byc zastosowany w odniesieniu do skrobi otrzymywanej z suchego mielenia takiego jak ku¬ kurydziana kasza, maka kukurydziana, maczka ku¬ kurydziana i podobne i moze byc zastosowany do skrobi, która ulegla modyfikacji przez uprzednia obróbke taka jak sieciowanie albo stabilizacja, mo¬ dyfikacja kwasowa, utlenianie, derywatyzacje i po¬ dobne.Znane sa rózne rozpuszczalniki skrobiowe stoso¬ wane w procesach zelatynizacji skrobi i takie roz¬ puszczalniki moga byc zastosowane w wykonaniu wynalazku.Takimi rozpuszczalnikami sa, na przyklad, wo¬ dorotlenek sodowy, wodorotlenek potasu, chlorek jwapnia, wodorotlenek litu, dwumetylosulfotlenek, (Jwumetyloformamid, pirydyna i podobne. Ilosc rozpuszczalnika skrobiowego wymagana do wyko- li 20 25 30 35 40 45 80119 842 7 nania zelatynizacji i dyspersji bedzie zmieniac sie zaleznie od warunków. Czynniki wplywajace na wymagania co do rozpuszczalnika obejmuja: 1) rodzaj stosowany skrobi (to znaczy kukurydza, pszenica, ziemniakitd.), • 2) rodzaj wstepnej obróbki skrobi (to znaczy dery- watyzacja, utlenianie, sieciowanie, stabilizacja), 3) stezenie skrobi, 4) lepkosc otrzymanej pasty uzyskanej dzieki de- polimeryzacji, *• 5) temperature, 6) zastosowane rozpuszczalniki.Korzystnymi rozpuszczalnikami sa wodorotlenek sodu i wodorotlenek potasu.Korzystny zakres stezen rozpuszczalnika wynosi i* od okolo 8 do 18*/t miareczkowalnej alkalicznosci, który wyrazono w #/t wodorotlenku sodowego w przeliczeniu na sucha substancje masy skrobi, jed¬ nakze rozpuszczalnik moze byc zastosowany w ilosciach od okolo 6 do 30*/t miareczkowalnej. al- *• kalicznosci. Wiadomo, ze wyzsze stezenie skrobi albo bardziej zmodyfikowane rodzaje skrobi zwy¬ kle wymagaja mniejszej ilosci rozpuszczalnika skro¬ biowego dla utworzenia pasty.Nastepujace przyklady przedstawiaja wynalazek *• i jego zalety.Przyklad I. Przygotowano wodna zawiesine, zawierajaca niezmodyfikowana skrobie kukury¬ dziana o stezeniu suchej masy i przepompowano ja przy pomocy pompy typu Mayno ze stala szyb- * koscia przeplywu 1,89 dmtym do otworu pompy odsrodkowej.Stosowano pompe odsrodkowa model Warthing- ton 3/8 CNG-4 z wzorcowym napelnieniem wiel¬ kosci wirówki. Wirówka z dwoma prostymi lopat- w kami okolo 1,11 cm szerokosci. Lopatki wystawaly na odleglosc 3,49 cm do wewnatrz od zakonczenia zewnetrznego i byly ustawione ku tylowi z obro¬ tem pod katem okolo 47° od punktu przeciecia promienia i krawedzi wewnetrznej lopatki. Jedno- *o czesnie pompowano do pompy odsrodkowej roztwór wodorotlenku sodu (30*/f s. m.).Ilosc zuzytego wodorotlenku sodu kontrolowano przez odpowiednie zwiekszanie albo zmniejszanie jego szybkosci przeplywu. Wszystkie szybkosci « przeplywu mierzono przy pomocy dokladnych apa¬ ratów mierzacych objetosci w funkcji czasu.Przeciwcisnienie w ukladzie bylo utrzymywane na poziomie 5,06 HPa za pomoca zaworu regula¬ cyjnego cisnienia. Wodna zawiesina skrobiowa i M rozpuszczalnik skrobiowy (wodorotlenek sodu) mie¬ szano i zelatynizbwalio skrobie i zdyspergowano przez mechaniczne sciecie pompa odsrodkowa, któ¬ ra pracowala przy stalej •szybkosci 3600 obr/m.Objetosc pompy byla taka, ze przecietnie czas po- ci bytu w komorze reakcyjnej wynosi okolo 2,4 do 2,9 sekund.Próbki pasty skrobiowej opuszczajace pompe od¬ srodkowa zbierano i badano poczatkowo, to zna¬ czy, zwykle natychmiastowo po zebraniu dla zmia- ^ reczkowania alkalicznosci i poczatkowej lepkosci.Lepkosc próbki byla takze badana po 24 godzinach.Próbka #5 w tabeli 1 (pasty skrobiowej) byla takze gotowana tradycyjnym sposobem, to znaczy przez ogrzewanie do 99°C bez stosowania zasady utrzy- m 8 mywania przez 10 minut z mieszaniem w zbiorni¬ ku okresowym.Wyniki sa zsumowane w tabeli 1.Tabela 1 Numer próbki 1 2 3 4 5 Zmiareczkowana alkalicznosc* 9,5% 1M% 14,4 16,4 tfraHna Lepkosc wedlug Brook- fielda (mPas) [ poczatkowa 7930 9600 4920 4940 7200** po 24 godzinach 15160 8170 4200 3430 twardy zel * — zmiareczkowana alkalicznosc wyznaczona ja¬ ko •/• NaOH na sucha substancje podstawowej skrobi. ** — lepkosc w 82°C.Badanie mikroskopowe pokazalo, ze przy pozio¬ mie 9,5^/f wodorotlenku sodowego w przeliczeniu na sucha mase skrobi ziarna skrobi sa napeczniale ale nie calkowicie zdyspergowane, podczas gdy przy 14f/t wodorotlenku sodu (próbka 3) pasta byla homogeniczna, dobrze zdyspergowana i lepkosc pa¬ sty po uplywie 24 godzin byla zwykle taka sama jak byla poczatkowa.Pasty skrobiowe próbek 2, 3 i 4, po poddaniu scinaniu mechanicznemu mialy stala lepkosc pod wzgledem trwalosci podczas scinania i trwalosci podczas przechowywania.Tradycyjnie zagotowana skrobia (próbka 5) utrzy¬ mywana w temperaturze pokojowej utworzyla twardy zel.Przyklad II. Zastosowano czynnosci takie same jak w przykladzie I. Przerobiono podobna skrobie kukurydziana o stezeniu w przyblizeniu 15^/i suchej masy z tym, ze pompa odsrodkowa byla wylaczona tak, ze nie poddano pasty skrobio¬ wej mechanicznemu scinaniu.Tabela 2 Nr próbki 1 2 Zmiarecz¬ kowana alkalicz¬ nosc 19,0% 19,0% Scinanie Je*t .Nie Lepkosc wedlug Brookficlda (mPas) poczat¬ kowa 5680 56000 : po 24 godz. 6060 10900 Wplyw mechanicznego scinania na lepkosc pasty jest widoczny. Chociaz uzyto bardzo wysokie ste¬ zenie wodorotlenku sodowego, w przeciwienstwie do próbki 1, próbki 2, która nie zostala poddana scinaniu, nie miala lepkosci trwalej (trwalosc pod¬ czas scinania) po wyjsciu z pompy odsrodkowej ani nie odznaczala sie trwaloscia podczas przecho¬ wywania.119 849 Przyklad III. Postepujac podobnie jak w przykladzie I przerabiano zawiesine niezmodyfiko- wanej skrobi kukurydzianej o stezeniu 12*/§ suchej masy, stosujac zmieniajace sie stezenie wodorotlen¬ ku sodu. Próbki byly badane na miareczkowana alkalicznosc, lepkosc i poddane badaniu mikrosko¬ powemu, z nastepujacym wynikiem: Znane próbki 1 2 Zmiarecz¬ kowana alkali¬ cznosc 9,8% 12,8% Tabela 3 Lepkosc wg Brooknelda (mPas) poczat¬ kowa 8290 7520 po 24 godz. w temp. pokojowej twardy zel 5710 1 Badanie mikros¬ kopowe Duze balono¬ we zia¬ renka skrobi Brak struktur ziarni¬ stych, skrobia bardzo dobrze zdysper- 1 gowana | Próbka 1, trzymana przez 24 godziny w tempe¬ raturze pokojowej stanowi twardy zel. Badania mikroskopowe przedstawia próbke 1, która nie by¬ la dokladnie zdyspergowana.Badanie mikroskopowe próbki 2 przy wyzszym poziomie substancji alkalicznej przedstawialo pro¬ dukt, dokladnie zdyspergowany i wyniki lepkosci wskazuja, ze jest trwaly pod wzgledem trwalosci podczas scinania i trwalosci podczas przechowy¬ wania.Przyklad IV. Przygotowano zawiesine skro¬ biowa o stezeniu 4(rVf suchej masy stosujac skro¬ bie modyfikowana kwasem, majaca plynnosc al¬ kali w przyblizeniu 60 Buel i obrabiano ja sto¬ sujac rózne stezenia alkali w sposób jak w przy¬ kladzie I.Uzyskane wyniki sa zebrane w tabeli 4.Tabela 4 Nr próbki 1 2 3 4 Zmiarecz- kowana alkali¬ cznosc 6,95% 9,4% 10,7% 1W% Lepkosc wg Brooknelda (mPas) | poczatkowa zbyt lepka aby badac 19080 14920 21840 po 24 godzinach 1 zbyt lepka aby badac zbyt lepka aby badac zbyt lepka aby badac 17960 II 11 35 10 Przyklad ten dowodzi, ze mozna przerabiac we¬ dlug wynalazku zawiesiny skrobiowe o duzym ste¬ zeniu suchej masy.Poddano przemianie cieplnej, próbke zawiesiny takiej samej skrobi zawierajacej 35f/t suchej masy przez ogrzewanie tej zawiesiny do 99°C i mieszajac przez 10 minut w zbiorniku okresowym bez stoso¬ wania alkali. Otrzymana pasta byla w tempera¬ turze 82°C zbyt lepka aby ja badac, co porówny¬ wano z powyzszymi próbkami (2—4), które byly badane w temperaturze pokojowej. Poczatkowe lepkosci powyzszych past skrobiowych zawieraja¬ cych 40^/t suchej masy wykazuja polepszona lep¬ kosc i wlasnosci uzytkowe produktu w procesie konwersji chemiczno-mechanicznym sposobem we¬ dlug wynalazku.Przyklad V. Przygotowano zawiesine skro¬ biowa ze skrobi modyfikowanej kwasem o plyn¬ nosci okolo 25 Buel zawierajaca 30Vo suchej masy i dzialano na nia zasada jak w przykladzie I.Wynik analizy pasty stabilnej podczas scinania byl nastepujacy.Zmiareczkowana alkalicznosc 10,5% Lepkosc wg Brooknelda (mPas) Poczatkowa 8660 Po 24 godzinach 20560 Chociaz wyniki badania swiadcza, ze produkt nie posiadal dobrej trwalosci przechowywania (po¬ niewaz zastosowano niewielka ilosc zasady), jed¬ nak odznaczal sie dobrymi wlasnosciami uzytko¬ wymi.Przygotowano blonke przez lanie pasty skrobio¬ wej na szklo przy pomocy urzadzenia do otrzymy¬ wania warstwy, stosowanego w chromatografii cienkowarstwowej. Blonka byla przejrzysta, gietka i dosc mocna. Odcieto próbke blonki i badano na wytrzymalosc, na rozciaganie z nastepujacymi wy¬ nikami szerokosc blonki — 2,54 cm, grubosc blonki — 0,009 cm, wytrzymalosc blonki — 27,5 #, = 991 #/cmf.Przyklad VI. Przygotowano zawiesine skro¬ biowa stosujac skrobie modyfikowana kwasem (plynnosc 25 Buel) zawierajaca 25*/f suchej masy.Zawiesine te przerobiono jak opisano w odniesie¬ niu do przykladu I.Otrzymano paste stabilna podczas scinania bada¬ no na zasadnosc i lepkosc z nastepujacymi wyni¬ kami.Zmiareczkowana alkalicznosc 10,1% Poczatkowa lepkosc (mPas) | 2876 W celu badania jakosci pasty jako lepiszcza do tektury przygotowano próbki falistej przez odle¬ wanie warstewki pasty o grubosci 1,27 X10r* cm na arkusz propylenowy.119 842 ii Zakonczenia rowka pojedynczej powierzchni czo¬ lowej tektury zanurzono na te zakonczenia, na¬ stepnie pojedyncza powierzchnia czolowa zostala przycisnieta do podwójnej okladziny tylnej. Do je¬ dnej próbki pasty dodano w przyblizeniu 10% zy¬ wicy Parez 613 w celu nadania' wlasciwosci wodo¬ odpornych.Próbki byly obrabiane w rózny sposób jak przed¬ stawiono w tabeli w celu utwardzenia zywicy, a na zakonczenie badano te próbki pod wzgledem wlas¬ ciwosci wodoodpornych przez moczenie w miek¬ kiej wodzie.Dane zostaly zebrane w tabeli 5. 12 Przyklad VIII. Przygotowano zawiesiny- o stezeniu suchej masy 12^/c stosujac niemodyfiko- wana skrobie kukurydziana i wode, przy dwóch temperaturach: 15,5°C i 54°C, otrzymujac zawie¬ siny o temperaturze odpowiednio 20°C i 49°C.Kazda zawiesina byla przerabiana, w sposób jak opisano w przykladzie I, z tym wyjatkiem ze pom¬ pa odsrodkowa pracowala z szybkoscia 1600 obr/m i stosowano rózne ilosci wodorotlenku sodowego.Próbki otrzymanej pasty analizowano na mia¬ reczkowana alkalicznosc i lepkosc poczatkowa i na¬ stepnie rozdzielono na cztery próbki do przecho¬ wywania w temperaturze: pokojowej, 49°C, 65,5°C, Tabela 5 Numer próbki 1 2 3 4 Dodatek Parez 613 zadne 10% 10% 10% Obróbka próbki suszenie powietrzem suszenie powietrzem 10 sekund przy 149°C 10 minut przy 96°C Badanie wsiakania wody samorzutne rozwarstwienie sie w ciagu 15 minut samorzutne rozwarstwienie sie w ciagu 15 minut samorzutne rozwarstwienie sie w ciagu 60 minut ciagnie wlókno po 30 godzinach Powyzsze wyniki wskazuja, ze otrzymana pasta skrobiowa moze byc korzystnie zastosowana lacz¬ nie z tworzywem zywicznym jako lepiszcze do tektury i ze daje ona spoiwo wodoodporne lub wodoszczelne.Przyklad VII. Przygotowano zawiesiny skro¬ bi, stosujac skrobie róznych rodzajów i skrobie kukurydziane poddane róznym obróbkom wstep¬ nym. Skrobie te nastepnie obrabiano jak opisano w przykladzie I z tym ze próbki I do VI obrabia¬ no przy pomocy pompy odsrodkowej pracujacej z szybkoscia 1600 obr/min. Dane odnoszace sie do osmiu próbek sa zebrane w tabeli 6. 30 35 82°C. Po uplywie 24 godzin wszystkie próbki do¬ prowadzono do temperatury pokojowej i badano lepkosc wedlug Brookfielda.Wyniki tych analiz sa podane w tabeli 7.Dane zawarte w tabeli 7 wskazuja na glówne trzy czynniki: 1. Wyzsza temperature konwersji daja w wyniku obnizenia lepkosci, co wskazuje na dodatkowy wplyw energii chemicznej (rozpuszczalnik), mecha¬ nicznej {sila scinania) i cieplnej (temperatura) w trakcie tworzenia pasty. 2. Do stabilnosci podczas przechowywania sa wy¬ magane wyzsze ilosci rozpuszczalnika.Numer próbki 1 2 3 4 5 6 7 8 Obr/m 1600 1600 1600 1600 1600 1 600 3600 3 600 Rodzaj skrobi Kukurydza „ „ » Tapioka Pszenica Woskowa kukurydza Wysoka Amyloza Tabela Wstepna obróbka skrobi Modyfikowanie kwasem plynnosc 60 Buel Sieciowanie moczniko- wo-formaldehydowe Eter hydroksyetylowy 80 Buel Skrobia utleniona 0,55% karboksyl Zadna Zadna Zadna Zadna 6 Stezenie sicrobi 30% 10% 25% 30% 12% 12% 12% ;12% Zmiareczkowana alkalicznosc 11,5% 16,2% 11,7% 11,9% 12,7% 14,4% 16,2% 15,2% Poczatkowa lep¬ kosc wg Brook¬ fielda (mPas) przy 100 obr/m 3 320 14 340* 684 572 8 700 17 120 9160 5 060 1 — lepkosc wg Brookfielda przy szybkosci 50 obr/m13 119 842 Tabela 7 14 Zmiareczkowana alkalicznosc 8,7 8,7% 10,3% 10,3% 11,8% 12,3% 13,8% 14,0% 15,6% 15,8% Temperatura zawiesiny °C 20 49 20 49 20 49 20 49 29 49 Lepkosc wg Brooknelda po uplywie 24 godz* (mPas) poczatko¬ wa* 21040 6440 19 760 3 990 15 760 2 880 8 280 2 312 6 780 1912 pokojowa 40 000 38 120 36 280 19 360 15 200 4 380 7 640 3 130 4 670 2 784 49°C 29 880 17 640 19 840 6 340 10 000 3 600 7 380 3 060 4 880 2 628 65,5°C 23 560 13 680 17 300 6 220 8 720 2 930 7 160 2 536 3 450 2 264 82°C 20 320 9 430 12 760 7 310 8 200 1976 4 750 1265 2 476 1376 * — Badano bez regulacji temperatury i prawie natychmiast po wyjsciu z pompy odsrodkowej. 3. Podniesione temperatury przechowywania wy¬ kazuja dwoisty wplyw na wlasciwosci pasty, a) Jak mozna sie bylo spodziewac, stabilnosc pod¬ czas przechowywania jest lepsza nawet przy niz¬ szych ilosciach rozpuszczalnika, 3. alkalicznie przygotowana paste skrobiowa o- trzymana wedlug wynalazku. W próbkach badano wydajnosc produktu (stezenie) i procent czesci nie¬ rozpuszczalnych w produkcie i w odpadach.Wyniki sa nastepujace (tabeli 8).Tabela 8 Numer próbki 1 2 3 Zastosowana skrobia Zadna Przygotowana tradycyjnie Przygotowana alkalicznie Ilosc skrobi na tone rudy 0 0,108 0,104 Wydajnosc produktu, % 58,2 60,6 61,9 % nieroz. skladników w produkcie 36 8,3 4,8 % nierozpusz¬ czalnych skladników w odpadach 88,0 96,3 93,2 % wzrost wydajnosci 4,3 6,5 1 b) przy wyzszych ilosciach rozpuszczalnika obser¬ wuje sie dodatkowe zmniejszenie lepkosci szczegól¬ nie gwaltownie gdy temperatura wzrosnie od 65,5°C do 82°C. 45 Przyklad IX. Skrobia jest korzystnym do¬ datkiem w procesie flotacji przy uzyskiwaniu i oczyszczaniu superfosfatów kostnych.W tym celu przygotowano paste skrobiowa o za¬ wartosci 30°/o suchej masy o miareczkowanej alka- 5° licznosci 11,5% stosujac czynnosci opisane w przy¬ kladzie I. Nastepnie próbki pasty przechowywano w temperaturze pokojowej w celu oceny w proce¬ sie flotacji superfosforowej.W celu porównania, przygotowano paste skro- 55 biowa bardziej tradycyjnym sposobem, to znaczy, gotowano przy niskim stezeniu (okolo 2°/o) do 99°C z mieszaniem, dodawano lD/o wodorotlenku sodu i przechowywano w temperaturze pokojowej.Prowadzono procesy flotacji z obiegiem aminy M próbek fosforanowych stosujac: 1. próbke kontrolna tzn. bez skrobi, 2. tradycyjnie przygotowana paste skrobiowa oraz •* Wyniki wskazuja, ze pasta skrobiowa przygoto¬ wana wedlug wynalazku powiazanego z hydratacja chemiczna i mechaniczna ma zastosowanie prak¬ tyczne. W porównaniu z tradycyjnie przygotowana pasta skrobiowa stwierdzono, ze pasta skrobiowa przygotowana wedlug wynalazku polepsza wydaj¬ nosc produktu przy wzbogacaniu rud fosforowych.Mozliwosc przygotowywania past skrobiowych w zasadzie natychmiastowo przy wysokich steze¬ niach suchej masy bez uzycia ciepla jest szcze¬ gólnie istotna dla wiekszosci zastosowan wydo¬ bywczych poniewaz 1) para wodna zwykle jest niemozliwa do uzy¬ skania w miejscu wzbogacenia rudy, 2) trudno jest poddawac obróbce skrobie przy pomocy zródel ciepla takich jak gaz albo elek¬ trycznosc (jest to. szczególnie trudne przy duzym stezeniu suchej masy), 3) przechowywanie tradycyjnie przygotowanej pasty skrobiowej, jest bardzo trudne nawet przy niskiej zawartosci suchej masy, oraz 4) mozliwosc konwersji przy duzym stezeniu su¬ chej masy zmniejsza koszta inwestycyjne zwiazane z przeróbka i zbiornikami zarobnikowymi.119 842 15 PrzykladX. Przygotowano lepiszcze skrobio¬ we przez dzialanie na skrobia modyfikowana kwa¬ sem (plynnosc 25 Buel) o zawartosci 20t/t suchej, 13^/t roztworem wodorotlenku sodu, jak opisano w przykladzie I.Przygotowane lepiszcze wykazywalo lepkosc wg Brookfielda 3700 mPas 100 obr/m. Lepiszcze to zastosowano do polaczenia pojedynczej powierzch¬ ni czolowej tektury z podwójna okladzina tylna na tradycyjnym, falowaczu tektury papierowej dzia¬ lajacym z zimna (49—65,5°C) sekcja goracej plyty.Przed badaniem polaczonej tektury kondycjono- wano ja. W trakcie badania, wartosc wiazaca war¬ stwy lepiszcza wynosila 41,5 kg.Przyklad XI. Przygotowano lepiszcze skro¬ biowe przez dzialanie na skrobie kukurydziana modyfikowana kwasem (plynnosc 60 Buel) o za¬ wartosci 25°/t suchej masy, 14f/t roztworem wodo- lt 15 18 powano przy kontrorlowanej szybkosci przeplywu do statycznego mieszalnika o nazwie Kenics Static Mixer, skladajacego sie z kilku kierunkowych ele¬ mentów spiralnych zawartych wewnatrz obudowy rurowej.Równoczesnie, dodawano roztwór wodorotlenku sodu (3&I* stezenia) utrzymujac ustalone stezenie w przeliczeniu na sucha mase skrobi.W celu uzyskania jednolitego przeplywu i zwiek- szenia mieszania, koniecznym bylo utrzymywanie przeciwcisnienia w urzadzeniu na poziomie okolo 6,3 MPa. Produkt otrzymany w urzadzeniu nie byl dobrze zdyspergowany i byl niejednolity.Badano próbke na miareczkowania alkalicznosc i na lepkosc. W celu porównania, podano tez dane dla próbki tej samej skrobi obrabiane jak w przy¬ kladzie I przy stosowaniu mechanicznego scinania (tabela 9).Tabela 9 Nr 1 2 Urzadzenie mieszajace Mieszalnik sta¬ tyczny scinanie mecha¬ nicznie Zmiareczkowana alkalicznosc 16,6% 16,8% Lepkosc wg Brookfielda (mPas) przy 100 obr/m poczatkowa 24 240 3 260 po 24 go¬ dzinach 24 360 2 800 rotlenku sodu jak opisano w przykladzie I. Lep¬ kosc lepiszcza wg Brookfielda wynosila 2100 mPas przy 100 obr/m.To lepiszcze zastosowano do polaczenia wyzlo¬ bionego medium z okladzina przy obnizonej (mniej niz 71°C) temperaturze roboczej na tradycyjnym urzadzeniu do produkcji tektury falistej o jednym licu. Tektura o jednym licu przylegala dobrze na grzbiecie i po kondycjonowaniu przejawiala dobre wlasnosci lepiace warstwy.Przyklad XII. Przygotowano papke skrobio¬ wa stosujac niemodyfikowana skrobie kukurydzia¬ na o zawartosci 12*/t suchej masy. Skrobie pom- Dane wskazuja, ze samo dokladne mieszanie alkali i skrobi jakie ma miejsce w mieszalniku statycznym nie daje produktu podobnego do tego który jest wytwarzany w sposób opisany tutaj.Przyklad XIII. Przygotowano papke skro¬ biowa o zawartosci suchej masy . 20^/t stosujac skrobie modyfikowana kwasem o plynnosci (okolo 25 Buel) i obrabiano w sposób opisany w przykla¬ dzie I z tym, ze jako rozpuszczalnik skrobi sto¬ sowano 40^/i wodorotlenku sodu.Próbki badano na miareczkowalna alkalicznosc i lepkosc.Otrzymane wyniki sa podane w tabeli 10.Tabela 10 Numer próbki 1 2 3 4 5 6 Zmiareczkowana alkalicznosc* 9,4% 12,5% 14,0% 15,6% 17,0% 18,5% % KOH na s.m. skrobi 13,2 17,5 19,6 21,8 23,8 25,9 1 Lepkosc wg Brookfielda (mPas) przy 100 obr/m | poczatkowa 13 240 3 960 2 564 2156 1924 1840 po 24 go¬ dzinach 11840 2 920 2200 2044 2060 2000 1 * — wyrazona jako NaOH.i«tm 17 Przyklad XIV. Przygotowano wodna zawie¬ sine stosujac skrobie o zawartosci 20^/t suchej masy modyfikowanej kwasem o plynnosci 25 Buel.Zawiesine skrobi przeksztalcono wedlug sposobu opisanego w przykladzie I.Otrzymana paste analiizowano i jedna czwarta próbki zamrazano na 24 godziny dla okreslenia wlasciwosci kraepnrecia-tajania. Fróttki oceniano wizualnie, po wyjsciu z. zamrazalnika, nastepnie pozostawiono do ogrzania do temperatury pokojo¬ wej, oceniano powtórnie i okreslano lepkosc. Prób¬ ka byla jednolita i nie wsfcaoywala synerezy.Wyniki badania byly nastepujace: Zmiareczkowana alkalicznosc 12,85% Lepkosc wg Brookfielda (mPas) przy 100 obr/m poczatkowa 2 648 i po 24 godzinach 3 028 Przedstawiono wyniki wskazuja, zei produkt ma dobra stabilnosc wlasnosci krzepniecia-tajania.Przyklad XV. Przygotowywano wodna za¬ wiesine stosujac skrobie modyfikowana kwasem o plynnosci 60 Buel w stezeniu 35f/§ suchej masy.Dodawano do tej zawiesiny wodorotlenek sodu z szybkoscia zapewniajaca okolo 12,5#/t stezenia wo¬ dorotlenku sodu w przeliczeniu na sucha mase skrobi. Zawiesine obrabiano w sposób jak opisano w przykladzie I, przy pomocy pompy :odsrodko¬ wej pracujacej z rózna szybkoscia obrotowa.Uzyskane dane dla wytworzonych past sa zawar¬ te w tabeli 11.Pasta A B G D E Tabela Szybkosc pompy obr/m 370 600 1010 1350 1590 11 Lepkosc poczatkowa wg Broofcfielda (mPas)J 13 920, 1168ft 7-700 7 180 7 140 Pasta A wykonywala lepkosc w przyblizenia 1,95 raza wieksza niz pasta E, która byla stabilna podczas scinania i byla wystarczajaco sklajstrowa- na albo zzelatynizowana i zdyspergowana aby sto¬ sowac ja w przypadkach wymagajacych uzycia past o stosunkowo duzej lepkosci.Przyklad XVI. Przygotowano wodna zawie¬ sine stosujac niemodyfikowana skrobie o stezeniu l5Vi suchej masy. Do zawiesiny tej dodawano wo¬ dorotlenek sodu z szybkoscia zapewniajaca okolo 9,2*/t stezenie wodorotlenku sodu w przeliczeniu na sucha mase skrobi. Zawiesine obrabiano w spo¬ sób jak opisano w przykladzie przy pomocy pompy pracujacej z rózna szybkoscia obrotowa^.Dane dla otrzymanych past sa nastepujace (ta¬ bela 12). 10 ir 30 49 18 Tabela 12 Pasta R G H I 1 Szybkosc pompy (obr/m) 370 60fe 1310 ' 1350 b03& , Lepkosc poczatkowa wg Brookfielda (mPas) | ^ 280 14 400 16 200 11320 CO 600 Pasta F wykazywala- lepkosc okolo 1,82 razy wietesza niz pasta J, która byla stabilna podczas scinania i byla wystarczajaco sklajstrowana albo zzelatynizowana i zdyspergowana aby stosowac ja w przypadkach wymagajacych uzycia past o sto¬ sunkowo duzej, lepkosci.Korzysci* wynalazku sa znaczne. Dzieki sposobo¬ wi wedlug wynalazku skrobia moze byc uwodnio¬ na albo zzelatynizowana w miejscach, gdzie zródla ciepla, takie jak pcaca. wodna sa nieosiagalne. Skro¬ bia mozfr byc* uwodniona w- sposób ciagly bez po¬ trzeby miksecówr ca Ariiych' pojemnosciach, które bylyby wymagane? w periodycznych procesach ze- latynizacji.Produkt otrzymany* w ten- sRoeób stanowi cal¬ kowicie zdyspergowana jednorodna, zzelatynizowa¬ na forme skrobi majaca bardzo dobre wlasnosci lepiace, wlasnosci tworzenia blonki i wlasciwosci krzepniecia-tajania.Stosujac ten wynalazek mozna otrzymac pasty stabilne podczas scinania i/lub stabilne podczas przechowywania, które maja wiele róznych zasto¬ sowan finalnych.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania pasty skrobiowej na dro¬ dze zelatynizowania i dyspergowania skrobi, zna¬ mienny tym, ze do wodnej zawiesiny skrobi do- dajer sie rozpuszczalnik skrobiowy, po czym pod¬ daje sie. mechanicznemu dzialaniu sily scinajacej w temperaturze ponizej 100°C w czasie mniejszym niz 5 minut dla otrzymania zdyspergowanej, w zasadzie homogenicznej pasty skrobiowej majacei lepkosc od 1 do 2 razy wieksza od lepkosci pasty w punkcie osiagniecia stabilnosci podczas scinania, a nastepnie usuwa sie dzialanie sily scinajacej. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako rozpuszczalnik skrobiowy stosuje sie wodoro¬ tlenek sodu, 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako rozpuszczalnik skrobiowy stosuje sie wodoro¬ tlenek potasu. 4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze rozpuszczalnik skrobiowy wprowadza sie w sposób ciagly do wodnej zawiesiny skrobi, po czym te mieszanine poddaje sie mechanicznemu dzialaniu sily scinajacej dla otrzymania zelatynizowanej, dys¬ pergowanej,, zasadniczo homogenicznej pasty skro¬ biowej, po czym paste skrobiowa usuwa sie w sfcfesób ciagly.119 842 Fig. 1 *<5; r-o; o-r WZÓR 1 WZÓR 2 Fig. 2 Siyikoic ielnOnia /RP*1/ Fig. 3 WZGraf. Z-d 2 — 535/83 — 80 + 16 Cena 100 zl PL PL PL PL PL PL PL