SE513411C2

SE513411C2 - Användning av katjonisk stärkelse av amylopektintyp som retentionsförbättrande tillsats vid papperstillverkning

Info

Publication number: SE513411C2
Application number: SE9502630A
Authority: SE
Inventors: Olle Wikstroem
Original assignee: Sveriges Staerkelseproducenter
Priority date: 1995-07-17
Filing date: 1995-07-17
Publication date: 2000-09-11
Also published as: SE9502630L; SE9502630D0; RU2160806C2; JPH10509221A; AU6473496A; EP0796372A1; WO1997004168A1; CZ80197A3

Description

15 20 25 30 35 515 411 Ändamålet med uppfinningen Ändamålet med föreliggande uppfinning är att elimine- ra ovannämnda problem genom användning av en tillsats som ger hög retention, tillfredsställande avvattning och god styrkeutveckling. Detta ändamål uppnås genom användning av en retentionsförbättrande tillsats av inledningsvis nämnt slag, som har de i de efterföljande patentkraven angivna egenskaperna.

Sammanfattningfav uppfinningen Enligt föreliggande uppfinning används sålunda stärk- else av amylopektintyp eller derivat därav som retentions- förbättrande tillsats vid papperstillverkning.

Det i föreliggande ansökningstext genomgående använda uttrycket "stärkelse av amylopektintyp" avser stärkelse som erhållits från potatis som förändrats gentekniskt för undertryckande av bildning av stärkelse av amylostyp. Ut- trycket “derivat därav" avser stärkelse av amylopektintyp som derivatiserats på kemisk, fysikalisk och/eller enzyma- tisk väg. Stärkelsen av amylopektintyp har en amylopektin- halt överstigande 95%, företrädesvis överstigande 98%.

Resterande ingredienser i stärkelsen av amylopektintyp är amylos.

En detaljerad beskrivning av ovannämnda stärkelse av amylopektintyp och derivat därav och hur dessa framställs finns i den svenska patentskriften nr 9004096-5 (Amylogene HB).

Det i ansökningstexten genomgående använda uttrycket "retentionsförbättrande tillsats" avser en tillsats som förutom att ge ökad retention även ger förbättrad avvatt- ning och styrkeutveckling vid papperstillverkningen.

Stärkelsen av amylopektintyp skall före användningen enligt föreliggande uppfinning genom kemisk modifiering substitueras med katjoniska grupper. För detta ändamål används ammoniumföreningar, som företrädesvis är kvar- tenära, men som även kan vara primära eller tertiära. Det vid papperstillverkningen använda mäldsystemets kemiska sammansättning är avgörande för vilken substitutionsgrad 10 15 20 25 30 35 513 411 3 för stärkelsen av amylopektintyp som krävs för bästa resultat. Substitutionsgraden är sålunda mellan 0,01 och 0,30 (mellan 0,09 och 2,5%, uppmätt på motsvarande sätt med avseende på kväve), företrädesvis mellan 0,02 och 0,20 (mellan 0,18 och l,6%, uppmätt på motsvarande sätt med avseende på kväve).

Beredningen av den katjoniska stärkelsen av amylopek- tintyp är betydelsefull, eftersom löslighetsprofilen för stärkelsen av aminopektintyp kraftigt avviker från den för traditionell potatisstärkelse. Upplösningen av den katjo- niska stärkelsen av amylopektintyp skall utföras med mini- mal skjuvning, satsvis eller kontinuerligt, i temperatur- intervallet 60-l30°C, företrädesvis i temperaturinterval- let 65-95°C. Detta upplösningsförfarande ger en lösning av stärkelse av amylopektintyp med en bibehållen molekylvikt, samtidigt som lösningen är fri från svällda granuler eller rester därav. Resultatet blir sålunda en väl utkokt lös- ning som ger hög retention och snabb avvattning, trots att energitillförseln är lägre än den som krävs vid beredning av traditionell katjonisk stärkelse.

Vid papperstillverkningen sätts den katjoniska stärk- elsen av amylopektintyp till mälden under sådan omröring att den väl inblandas innan pappret formas. Vid en utfö- ringsform av föreliggande uppfinning kombineras den kat- joniska stärkelsen av amylopektintyp med en anjonisk kom- ponent, t ex kolloidal kiselsyra, anjonisk polyakrylamid eller bentonit, och då tillsätts komponenterna var för sig med tillräcklig omröring så att de kan samverka med var- andra och övriga mäldkomponenter.

De tillsatsmängder som krävs för uppnående av önskad effekt är beroende av mäldens sammansättning. Lämpliga tillsatser av den katjoniska stärkelsen av amylopektintyp är mellan 1 och 50 kg per ton papper, företrädesvis mellan 1 och 20 kg per ton papper.

Såsom nämnts ovan åstadkoms med hjälp av föreliggande uppfinning starkt förbättrade retentionsnivàer för såväl tillsatta fyllmedel som finfraktioner av fibermaterialet. 10 15 20 25 30 35 513 411 4 Vidare kan det framställda papprets styrkeegenskaper bibe- hållas, vattningstiderna i den använda pappersmaskinens våtända bibehàllas korta, trots att stärkelsen av amylopektintyp lösts för att ge maximal retention, dvs dess viskositet är maximalt hög. En ytterligare fördel med föreliggande upp- finning är att den är tillämplig på alla typer och kvali- teter av pappers- och kartongprodukter.

Det är tidigare känt att använda katjonisk stärkelse av amylopektintyp inom papperstillverkning, t ex av waxy maize-typ, men utförda försök, där vikten av berednings- förfarandet i kombination med det aktuella amylopektinets löslighetsprofil studerats, har lett fram till den över- raskande positiva effekten av samtidigt hög retention, tillfredsställande avvattning och god styrkeutveckling.

Nedan anges exempel som närmare åskådliggör använd- trots högre fyllmedelstillsatser. Dessutom kan av- ningen enligt uppfinningen, dels användning av den katjo- niska stärkelsen av amylopektin separat (exempel 1-3), dels utföringsformen där denna används tillsammans med en anjonisk komponent (exempel 4-6).

Exempel l För utvärdering av inverkan av den katjoniska stärk- elsen av amylopektintyp på retentionen utfördes laborato- riestudier i en s k DDA (Dynamic Drainage Analyser). De i mälden ingående massorna var 50% helblekt kemisk lövmassa och 50% helblekt kemisk barrmassa mald till 25°SR. Till mälden sattes 40% krita som fyllmedel. Mäldens pH-värde justerades till 8,2, och konduktiviteten uppmättes till 600 pS. Före försöken i DDA-apparaten späddes mälden till en koncentration av 2 g/liter. För mätning av retentionen utfördes koncentrationsbestämningar och askhaltsbestäm- ningar på såväl satsad mäld som på det genom viran dräne- rade vattnet. Katjonisk stärkelse av amylopektintyp med en substitutionsgrad av 0,05 jämfördes med en traditionell katjonisk potatisstärkelse med samma substitutionsgrad.

Det katjoniska amylopektinet och den katjoniska stärkelsen löstes vid ett antal temperaturer i intervallet 60-l30°C, -r 10 15 20 25 30 35 513 411 5 och tillsatsmängderna var 2,5, 5,0, 10,0 respektive 15,0 kg/ton. Vid en optimal beredning och tillsats av den katjoniska stärkelsen av amylopektintyp respektive den katjoniska potatisstärkelsen uppnåddes en förbättring av totalretentionen med ca 10% och av fyllmedelsretentionen ca 40% med den katjoniska stärkelsen av amylopektintyp.

Exempel 2 För utvärdering av inverkan av den katjoniska stärk- elsen av amylopektintyp på dränage utfördes laboratorie- studier i en DDA. De i mälden ingående massorna var 50% helblekt kemisk lövmassa och 50% helblekt kemisk barrmassa mald till 25°SR. Till mälden sattes 40% krita som fyllme- del. Mäldens pH-värde justerades till 8,2, och kondukti- viteten var 600 pS. Före försöken i DDA-apparaten späddes mälden till en koncentration av 2 g/liter. Dränagetiden mättes automatiskt av instrumentet och registrerades av en dator. Katjonisk stärkelse av amylopektintyp med en subs- titutionsgrad av 0,05 jämfördes med en traditionell kat- jonisk potatisstärkelse med samma substitutionsgrad. Den katjoniska stärkelsen av amylopektintyp och den traditio- nella katjoniska stärkelsen löstes vid ett antal tempera- turer i intervallet 60-l30°C, och tillsatsmängderna var 2,5, 5,0, 10,0 respektive 15,0 kg/ton. Dessa undersökning- ar visar att den katjoniska stärkelsen av aminopektintyp som lösts så att maximal retention erhållits, även ger en bibehållen snabb avvattning till skillnad från traditio- nell katjonisk stärkelse, som vid samma betingelser ger försämrad avvattning.

Exempel 3 För utvärdering av adsorptionen av den katjoniska stärkelsen av amylopektintyp till en mäld utfördes labora- toriestudier i en DDA. De i mälden ingående massorna var 50% helblekt kemisk lövmassa och 50% helblekt kemisk barr- massa mald till 25°SR. Till mälden sattes 40% krita som fyllmedel. Mäldensgpﬂ-värde justerades till 8,2, och kon- duktiviteten var 600 uS. Före försöken i DDA-apparaten späddes mälden till en koncentration av 2 g/liter. Katjo- 10 15 20 25 30 35 513 411 6 nisk stärkelse av amylopektintyp med en substitutionsgrad av 0,05 jämfördes med en traditionell katjonisk potatis- stärkelse med samma substitutionsgrad. Den katjoniska stärkelsen av amylopektintyp och den traditionella katjo- niska stärkelsen löstes vid ett antal temperaturer i intervallet 60-l30°C, och tillsatsmängderna var 2,5, 5,0, 10,0 respektive 15,0 kg/ton. Den i massakakan retenderade amylopektin- respektive stärkelsemängden bestämdes med hjälp av en metod där polymeren bryts ner med hjälp av två enzymer till glukos. Detektionen av glukosen sker därefter i ett HPLC-system. Dessa undersökningar visar betydelsen av en hög viskositet (molekylvikt) för att adsorption skall ske i hög grad. Den katjoniska stärkelsen av amylo- pektintyp har såsom nämnts ovan de unika egenskaperna att den kan beredas sà att en hög retention och tillfredsstäl- lande avvattning erhàlls, men även en stor egen adsorp- tionsförmàga.

Exempel 4 För utvärdering av samverkan av den katjoniska stärk- elsen av amylopektintyp med anjoniska komponenter och in- verkan pà retentionen utfördes laboratoriestudier i en DDA. Som anjonisk komponent användes en kolloidal kisel- syra. De i mälden ingående massorna var 50% helblekt kemisk lövmassa och 50% helblekt kemisk barrmassa mald till 25°SR. Till mälden sattes 40% krita som fyllmedel.

Mäldens pH-värde justerades till 8,2, och konduktiviteten var 600 uS. Före försöken i DDA-apparaten späddes mälden till en koncentration av 2 g/liter. För mätning av reten- tionen utfördes koncentrationsbestämningar och askhalts- bestämningar på såväl satsad mäld som på det genom viran dränerade vattnet. En katjonisk stärkelse av amylopektin- typ med en substitutionsgrad av 0,05 jämfördes med en traditionell katjonisk potatisstärkelse med samma substi- tutionsgrad. Den katjoniska stärkelsen av amylopektintyp och den traditionella katjoniska stärkelsen löstes vid ett antal temperaturer i intervallet 60-l30°C, och tillsats- mängderna var 2,5, 5,0, 10,0 respektive 15,0 kg/ton. Till- 10 15 20 25 30 35 513 411 7 satsen av kolloidal kiselsyra var sådan att förhållandet mellan katjonisk stärkelse av amylopektintyp respektive traditionell katjonisk stärkelse och kolloidal kiselsyra låg intervallet l,5:l till 10:1. Vid en optimal beredning och tillsättning av den katjoniska stärkelsen av amylo- pektintyp respektive den traditionella katjoniska potatis- stärkelsen och den kolloidala kiselsyran uppnåddes en för- bättring av totalretentionen med ca 25% och av fyllmedels- retentionen med ca 70% med den katjoniska stärkelsen av amylopektintyp.

Exempel 5 För utvärdering av samverkan av den katjoniska stärk- elsen av amylopektintyp med anjoniska komponenter och deras inverkan på dränage utfördes laboratoriestudier i en DDA. Som anjonisk komponent användes en kolloidal kisel- syra. De i mälden ingående massorna var 50% helblekt kemisk lövmassa och 50% helblekt kemisk barrmassa mald till 25°SR. Till mälden sattes 40% krita som fyllmedel.

Mäldens pH-värde justerades till 8,2, och konduktiviteten var 600 pS. Före försöken i DA-apparaten späddes mälden till en koncentration av 2 g/liter. Dränagetiden mättes automatiskt av instrumentet och registrerades av en dator.

En katjonisk stärkelse av amylopektintyp med en substi- tutionsgrad av 0,05 jämfördes med traditionell katjonisk potatisstärkelse med samma substitutionsgrad. Den katjo- niska stärkelsen av amylopektintyp och den traditionella katjoniska stärkelsen löstes vid ett antal temperaturer i intervallet 60-130°C, och tillsatsmängderna var 2,5, 5,0, 10,0 respektive 15,0 kg/ton. Tillsatsen av kolloidal kiselsyra var sådan att förhållandet mellan katjonisk stärkelse av amylopektintyp respektive traditionell kat- jonisk stärkelse och kolloidal kiselsyra låg i intervallet l,5:l till 10:1. Dessa undersökningar visar att katjonisk stärkelse av amylopektintyp, som lösts så att maximal re- tention erhållits, även i kombination med kolloidal kisel- syra ger en bibehållen snabb avvattning.

Exempel 6 10 15 20 25 30 35 513 411 8 För utvärdering av adsorptionen av katjonisk stärk- else av amylopektintyp till en mäld under inverkan av en anjonisk komponent utfördes laboratoriestudier i en DDA.

Som anjonisk komponent användes en kolloidal kiselsyra.

För utvärdering av adsorptionen av katjonisk stärkelse av amylopektintyp till en mäld utfördes laboratoriestudier i en DDA. De i mälden ingående massorna var 50% helblekt kemisk lövmassa och 50% helblekt kemisk barrmassa mald till 25°SR. Till mälden sattes 40% krita som fyllmedel.

Mäldens pH-värde justerades till 8,2, och konduktiviteten var 600 pS. Före försöken i DDA-apparaten späddes mälden till en koncentration av 2 g/liter. Katjonisk stärkelse av amylopektintyp med en substitutionsgrad av 0,05 jämfördes med traditionell katjonisk potatisstärkelse med samma substitutionsgrad. Den katjoniska stärkelsen av amylopek- tintyp och den traditionella katjoniska stärkelsen löstes vid ett antal temperaturer i intervallet 60-130°C, och tillsatsmängderna var 2,5, 5,0, 10,0 respektive 15,0 kg/ton. Tillsatsen av kolloidal kiselsyra var sådan att förhållandet mellan katjonisk stärkelse av amylopek- tintyp respektive traditionell katjonisk stärkelse och kolloidal kiselsyra låg intervallet l,5:1 till 10:1. Den i massakakan retenderade amylopektin- respektive stärkelse- mängden bestämdes med hjälp av en metod där polymererna bryts ner av två enzymer till glukos. Glukosdetektionen utförs därefter i ett HPLC-system. Dessa undersökningar visar vikten av en hög viskositet (molekylvikt) för åstad- kommande av adsorption i hög grad. Den anjoniska komponen- ten bidrar till ökad adsorption av den katjoniska stärkel- sen av amylopektintyp i högre grad än i kombination med traditionell katjonisk stärkelse.

Claims

10 15 20 25 30 35 513 411 PÅTENTKRAV

1. Användning av katjonisk stärkelse av amylopektin- typ, erhállen fràn potatis som ändrats gentekniskt för undertryckande av bildning av stärkelse av amylostyp, eventuellt tillsammans med en anjonisk komponent, som retentionsförbättrande tillsats i mäld vid papperstill- verkning, varvid den katjoniska stärkelsen upplöses med minimal skjuvning vid en temperatur av 60-l30°C.

2. Användning enligt kravet 1, varvid stärkelsen av amylopektintyp innehåller mer än 95% amylopektin, företrä- desvis mer än 98% amylopektin.

3. Användning enligt kravet 1, varvid ett eller flera derivat av stärkelsen av amylopektintyp som derivatiserats pà kemisk, fysikalisk och/eller enzymatisk väg används som retentionsförbättrande tillsats.

4. Användning enligt nàgot av föregående krav, varvid stärkelse av amylopektintyp eller derivat därav sätts till mälden i en halt av 1-50, företrädesvis 1-20, kg/ton till- verkat papper.

5. Användning enligt nàgot av föregående krav, varvid den anjoniska komponenten är kolloidal kiselsyra, anjonisk polyakrylamid och/eller bentonit.

6. Användning enligt något av föregàende krav, varvid stärkelse av amylopektintyp före tillsättning till mälden substitueras med katjoniska grupper genom kemisk modifie- ring med en ammoniumförening, företrädesvis en kvartenär ammoniumförening.

7. Användning enligt nàgot av föregående krav, varvid det katjoniska amylopektinets substitutionsgrad i mälden är 0,01-0,30, företrädesvis 0,02-0,20.

8. Användning enligt kravet 1, varvid den katjoniska stärkelsen av amylopektintyp upplöses med minimal skjuv- ning vid en temperatur av 65-95°C. .- vr