WO1998029454A1 - Biodegradable absorbing agent - Google Patents

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WO1998029454A1
WO1998029454A1 PCT/EP1997/007258 EP9707258W WO9829454A1 WO 1998029454 A1 WO1998029454 A1 WO 1998029454A1 EP 9707258 W EP9707258 W EP 9707258W WO 9829454 A1 WO9829454 A1 WO 9829454A1
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WO
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water
polysaccharide
absorbent
product
absorption
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Application number
PCT/EP1997/007258
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Inventor
Manfred Dieter Lechner
Waldemar Lazik
Original Assignee
Chp Carbohydrate Pirna Gmbh & Co. Kg
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Application filed by Chp Carbohydrate Pirna Gmbh & Co. Kg filed Critical Chp Carbohydrate Pirna Gmbh & Co. Kg
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L15/00Chemical aspects of, or use of materials for, bandages, dressings or absorbent pads
    • A61L15/16Bandages, dressings or absorbent pads for physiological fluids such as urine or blood, e.g. sanitary towels, tampons
    • A61L15/42Use of materials characterised by their function or physical properties
    • A61L15/60Liquid-swellable gel-forming materials, e.g. super-absorbents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B15/00Preparation of other cellulose derivatives or modified cellulose, e.g. complexes
    • C08B15/005Crosslinking of cellulose derivatives
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08BPOLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
    • C08B31/00Preparation of derivatives of starch
    • C08B31/003Crosslinking of starch
    • C08B31/006Crosslinking of derivatives of starch

Definitions

  • the invention relates to crosslinked polysaccharide derivatives and the production of absorption materials which are based entirely on renewable raw materials and are therefore in principle completely biodegradable. These absorbent materials can quickly absorb and bind aqueous liquids on a large scale. The benefit is based on their use in the production of water-storing agents for single use in hygiene articles, animal hygiene articles, moisture protection in packaging materials, etc.
  • Absorbents with high absorbency for aqueous liquids have long been known. They are not based on renewable raw materials and are fully synthetic absorbents made from petroleum products. These include, for example, crosslinked synthetic polymers and copolymers based on acrylic or methacrylic acid (US Pat. No. 4,018,951). These known synthetic absorbents are practically insoluble in water, absorb many times their weight in aqueous liquids and are hardly biodegradable.
  • the natural swelling agents from polysaccharides play only a minor role as absorption material for aqueous liquids, since they have a low absorption capacity.
  • a composition of pectin (15-60%) and cellulose material (15-80%) only absorbs two to five times the amount of aqueous liquids compared to the usual cellulose material.
  • the biodegradability of such native swelling agents is advantageous, since the natural polymers, such as cellulose, starch, proteins, and their derivatives are degraded in biological systems in a relatively short time.
  • the absorbers should consist entirely of derivatives of native origin.
  • the dry absorbers should have a high mechanical strength.
  • the absorbers are said to have a comparatively high absorption rate and absorption capacity for aqueous liquids.
  • the absorbers When swollen, the absorbers should have a sufficiently high gel stability and the absorber grains should be largely separated and be present in individual particles.
  • the absorbers should be sufficiently high
  • the absorbers should be largely biodegradable within a reasonable period of time.
  • the absorbers should have good storage stability when dry. 1
  • the present invention is based on the knowledge that absorber materials can be produced simply and quickly from renewable raw materials with very little solvent (water), using a starting mixture which essentially consists of the following components:
  • polyfunctional crosslinking agent preferably ⁇ as polybasic organic acids.
  • the absorbers obtained do not contain any questionable residual monomers like the polyacrylate-based absorbers.
  • the absorbers according to the invention have a comparatively high absorption capacity and absorption speed for aqueous liquids (even under pressure). They show no tendency to gel blocking (ie the outer layers of the absorber do not stick together when in contact with water and do not prevent the liquid from penetrating further into the absorber) and are mechanically stable. In the swollen state, they largely separate into individual particles, they are not aqueous and have a high gel stability. These properties can be set individually with the degree of crosslinking ⁇ properties.
  • the invention thus relates to a solid absorbent for water, aqueous solutions and / or body fluids, which by crosslinking an ionic carboxyl-containing polysaccharide derivative in the presence of 10-80% by weight of water (based on the polysaccharide derivative) at 110 - 180 ° C is available.
  • Crosslinking is usually carried out over a period of 15 to 60 minutes. In the case of implementation in a microwave oven can be considerably shorter t>
  • Response times can be realized; for example in the seconds range. Because of the temperature used according to the invention, drying of the product will take place at the same time on a regular basis. The drying can also be carried out in a separate step, if necessary at a lower temperature, e.g. after the crosslinking reaction is about 80% complete.
  • all ionic polysaccharide derivatives that can be covalently crosslinked are suitable. These include in particular carboxymethyl or carboxy derivatives of starch, cellulose, guar gum, locust bean gum, amylose and amylopectin, e.g.
  • the polysaccharide derivatives should have an average degree of substitution of less than three, preferably in the range from 0.3 to 2.0 and particularly preferably in the range from 0.3 to 1.5.
  • Fully neutralized polysaccharides are particularly easy to crosslink with multi-functional crosslinkers.
  • Dicarboxylic, tricarboxylic or polycarboxylic acids and / or their anhydrides or partially neutralized salts are preferably used for this purpose, e.g.
  • an absorbent or swelling agent for water, aqueous solutions and body fluids which can consist of 100% biodegradable, renewable raw materials.
  • the main component this absorbent is a polymer composition consisting of the crosslinked ionic carboxyl-containing polysaccharide derivative.
  • a mixture of several ionic polysaccharide derivatives can also be present.
  • other native polysaccharides can be used, such as xanthan, alginic acid, pectin, pectic acid, guar gum, tragacanth, karaya, carrageenans or gum arabic.
  • the invention also relates to a process for the preparation of the abovementioned absorbents and / or swelling agents.
  • fully neutralized ionic polysaccharide derivatives with a crosslinking agent and / or partially neutralized ionic polysaccharide derivatives without crosslinking agent are mixed or pasted with water (or another suitable polar solvent, such as ethanol) in a suitable mixing device.
  • the amount of water should be about 10-80 wt .-% (based on the polysaccharide derivative).
  • a quantity of water of 30-60% by weight is preferably used.
  • the mixture or paste is then crosslinked at 110-180 ° C, preferably at 130-160 ° C.
  • a drying reaction takes place at the same time, which has proven to be advantageous for later assembly into a solid absorbent.
  • the time for the crosslinking and drying is usually 5-60 minutes, preferably 15-30 minutes. The method according to the invention thus enables the production of a particularly advantageous product in a particularly simple and environmentally friendly manner.
  • the reaction time required for crosslinking is usually only 10-200 seconds.
  • the invention also relates to the use of the absorbent material described above for absorbing and / or retaining water and / or aqueous solutions, in particular aqueous body fluids such as urine or blood, in absorbent disposable products for hygienic, surgical and other medical purposes such as baby diapers, incontinence articles, Tampons and sanitary napkins.
  • the absorption material according to the invention can also be used to absorb and / or retain water and / or aqueous solutions in technical products, for example in cable jackets, animal hygiene articles, packaging materials, plant culture vessels, for soil improvement, etc.
  • the absorption material is suitable for subsequent controlled delivery of absorbed water and, if appropriate, of substances dissolved or bound in the aqueous polysaccharide gel (for example nutrients or active substances) to an environment, such as biological systems, seeds, plants or microorganisms. More networked products with a higher degree of substitution are also suitable as ion exchangers (biodegradable) or as agents for wastewater treatment.
  • ionic polysaccharide derivatives which can be covalently crosslinked are suitable for the preparation of the polysaccharide derivatives according to the invention.
  • the average degree of substitution (DS) must be less than three, otherwise there would be no free crosslinking sites or the selected H form would have to be selected Diols or polyols can be used as crosslinking agents (e.g. sorbitol).
  • the carboxymethyl derivatives and the carboxy derivatives in their fully or partially neutralized form, in particular the carboxymethyl starch and the carboxy starches, are preferably preferred a DS of 0.3-2.
  • the native ionic polysaccharides such as carrageenans, alginic acid, pectic acid, tragacanth, karaya, ghatti, gum arabic, xanthan, etc.
  • CMS carboxymethyl starch
  • CMAp amylopectin
  • CMS carboxymethyl starch
  • CMAp amylopectin
  • CMG carboxymethylguarane
  • CMC carboxymethylcellulose
  • Polysaccharide ethers especially cellulose ethers, have long been known. Methods for their preparation can be found in the general manuals for carbohydrates e.g. B. by R.L. Whistler (Methods in Carbohydrate Chemistry, Academic Press, New York and London, Vol. IV, pp. 304-312, 1964).
  • covalent crosslinking of the polysaccharide derivatives with organic acids is preferably carried out. If partially neutralized carboxymethyl starches are used, the crosslinking takes place via the non-neutralized carboxyl groups of the molecules, and the additional use of polybasic acids only leads to stronger crosslinking.
  • the crosslinking takes place via ester bonds, which are advantageous for biodegradability.
  • the following crosslinking agents are suitable: malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, maleic acid, malic acid, tartaric acid, itaconic acid, sebacic acid, citric acid, mucic acid, sugar acid, furandicarboxylic acid and butanetetracarboxylic acid. These acids can mainly be produced on the basis of renewable raw materials.
  • the dicarboxylic acids show similar crosslinking properties and are similar to sodium dihydrogen citrate (citric acid partially neutralized), which then results in analogous product properties.
  • non-partially neutralized acids should be used, preferably succinic acid, citric acid, glutaric acid and butanetetracarboxylic acid. This can be explained by the fact that during the reaction (or heating period) these acids can form anhydrides which react faster and more extensively, i.e. network. In contrast to other preparations, the acids do not have to be partially neutralized, since pH and degradation reactions are not critical during the relatively short heating.
  • crosslinking agent 0.05 to 0.2 mol, based on one mol of polysaccharide derivative, are required for the implementation.
  • the crosslinker is dissolved in a little water and partially neutralized with sodium hydroxide solution (option).
  • the crosslinker solution is mixed with an appropriate amount of carboxymethyl derivative to form a homogeneous dough. Kneading with a suitable apparatus (e.g. kneader, powerful mixer, etc.) is advantageous.
  • the water content in the dough should be 20-50%, preferably 35-40% water content.
  • the mixing or kneading time is 5-60 minutes, preferably 20 minutes, depending on the water content and mixing intensity.
  • the dough is placed in a preheated reaction apparatus.
  • All apparatuses are suitable for this that enable rapid heat transfer to the dough and thus rapid evaporation of the water.
  • Roller dryers, high-performance forced-air drying ovens, microwave ovens, waffle irons, drum dryers, jacket-heated high-performance mixers etc. can be used.
  • drum dryers and mixers are used, very fine-grained products are sometimes obtained (grain fractions are smaller than 150 ⁇ m), so that grinding is eliminated, but the product application options are severely restricted .
  • the temperature should be 110-170 ° C during production. At higher temperatures, however, the yellow-brown discoloration was too strong and worse Properties observed.
  • the residence time in the reaction apparatus is too long at low temperatures.
  • a temperature of 130-160 ° C should preferably be selected. This was also confirmed by thermogravimetric studies.
  • the dough surface In order to allow the dough water to evaporate quickly, the dough surface should be made as large as possible (e.g. by rolling it out). Depending on the initial water content, the specified temperature and the dough surface used, the product is ready after 10 - 50 minutes. With a dough surface of approx. 250 cm 2 (approx. 30 g) and a temperature of 150 ° C, the product is ready after 20 - 30 minutes. Guaran derivatives are completed in about 40 minutes.
  • microwave ovens make production much shorter, but requires sufficient experience in handling and implementation.
  • the product is finished after about 100 seconds and after about 120 seconds of treatment time it can be unusable; when using an RF output power of 500 W and a frequency of 2450 MHz.
  • the finished product in solid form is crushed, ground and sieved.
  • the grain fraction 200 - 500 ⁇ m is used for the absorption tests.
  • the method according to the invention leads to products which still contain a certain water-soluble fraction; with most products this at 10-15%, sometimes over 30%. This portion does not interfere with many uses, so that removal of the water-soluble portions is usually unnecessary. In some cases of further use of these absorbent products, the water-soluble portion is even advantageous since it increases its adhesive strength, for example on polysaccharide substrates or surfaces (cellulose, cellulose fiber or film, or starch film). If the water-soluble part interferes, it can be removed with various washing methods. In most cases, the removal of the water-soluble components also leads to better absorption properties.
  • the washing water can be cleaned again of the soluble components and reused by common separation processes (e.g. reverse osmosis).
  • the separated soluble fractions can be reused as starting material.
  • organic-aqueous mixtures preferably methanol / water, ethanol / water or acetone / water. This considerably reduces the swelling of the product and only about 5 to 10 liters of washing mixture are used per kilogram of product, the mixing ratio preferably being 50%.
  • CRC Cosmetic Resource Retention Capacity: The tea bag from the FSC determination is spun for 3 minutes at 2800 rpm in a commercial spin dryer (with an interior diameter of 24 cm), which corresponds to 26.6 times the acceleration due to gravity. The centrifuged product is then weighed. The calculation is carried out analogously to the formula given above.
  • AUL Absorption Under Load
  • the gel-like particles penetrate one another, so that there is not always an isolated swelling of the individual grain.
  • the granules can distribute themselves isolated on the net surface and swell freely, so that a higher AUL value is obtained. This phenomenon is more or less pronounced in all absorbers (including synthetic ones). This effect can also be observed at high gel strengths, since apparently the intrusion is inevitable. This is not gel blocking because all layers or grains are swollen after the test.
  • the test time is one hour at a test pressure of 4550 Pa (or 0.66 psi or 46.3 g / cm 2 or 300 g / in 2 ). Then the metal piece is removed and the potty (potty + plastic disc + swollen product) weighed:
  • cone and plate system cone diameter 2 cm, angle 2 °, temperature 25 ° C, frequency 1 Hz, specified
  • This test is an oscillation test with a predetermined deformation of the gel. Compliance with the deformation specification is very important, since this is a linear viscoelastic area. If larger deformations (e.g. more than 10%) were used, the gel would be irreversibly destroyed and the values would not be reproducible (since the linear viscoelastic range would change into the non-linear range; see also explanations in W.-M. Kulicke Flow behavior of substances and mixtures of substances, p.90, Sect. 2.2.1, Weghig & Wepf Verlag Basel, Heidelberg, New York 1986).
  • the required oscillating shear stress ⁇ , the gel strength (or storage modulus) G 'and the loss modulus G' 'or the tan ( ⁇ ) value are determined at the same time.
  • Shear stress ⁇ indicates how much force is required to deform the gel for the given factor.
  • the insoluble parts give a direct indication of the cross-linked part of the polysaccharide.
  • a glass filter bowl (size 2) is used to check the UA.
  • the beaker is distilled with 100 ml. Washed out water and this washing liquid is also filtered through the same glass filter pot.
  • the glass filter plate with swollen sample is dried for 6 hours in a forced air drying cabinet at 120 ° C. The glass filter plate is then cooled to room temperature and weighed:
  • the information in brackets (UA 1 ) refer to the insoluble portion of the starch derivative used, because the cross-linking only takes place on the starch derivative.
  • the proportion of the bound crosslinker in the purum product was determined, the proportion being in milligrams of crosslinker per gram of product. This titrimetric determination with copper sulfate is carried out according to the instructions in: H.Klaushofer, E. Berghofer, R.Pieber, Starch / Starch, Vol.31, pp.259-261, 1979.
  • Example 14 Sodium dihydrogen citrate and 16.2 g water. The finished dough was left closed for 18 hours.
  • Example 14 Sodium dihydrogen citrate and 16.2 g water. The finished dough was left closed for 18 hours.
  • Disodium hydrogen citrate hydrate Disodium hydrogen citrate hydrate and 16.2 g water. The finished dough was left closed for 18 hours.
  • Disodium hydrogen citrate hydrate Disodium hydrogen citrate hydrate and 16.2 g water. The finished dough was left closed for 18 hours.
  • Disodium hydrogen citrate hydrate and 10.8 g water Disodium hydrogen citrate hydrate and 10.8 g water.
  • Disodium hydrogen citrate hydrate and 10.8 g water Disodium hydrogen citrate hydrate and 10.8 g water.
  • the product was produced as in Example 4, but the ground product was again mixed with 16.2 g of water and processed again using the same method to determine whether it was worth re-wetting and heating.
  • Disodium hydrogen citrate hydrate and 10.8 g water Disodium hydrogen citrate hydrate and 10.8 g water.
  • Example 30 Disodium hydrogen citrate hydrate and 10g water.
  • Disodium hydrogen citrate hydrate and 10g water Disodium hydrogen citrate hydrate and 10g water.
  • Guar gum 1.2 g sodium dihydrogen citrate and 33.1 g water.
  • the following samples in the examples were produced according to the same scheme: dissolving the crosslinking agent in an appropriate amount of water, adding the derivative and then mixing or kneading (10 minutes).
  • the rolled-up dough (diameter: approx. 4-5 cm) was treated in a commercially available microwave oven, with a side radiation source and turntable, for 90-100 seconds, with an RF output power of 500 W and a frequency of 2450 MHz.
  • the dough expanded to twice its volume and a dry product was obtained after the treatment period, which was worked up as in the examples above.
  • Figures refer to a weight of 0.6 g (without bracket) and 0.05 g (with bracket). Numerical values with simple information refer to a weight of 0.15g.
  • Figures refer to a weight of 0.6 g (without bracket) and 0.05 g (with bracket). Numerical values with simple information refer to a weight of 0.15 g.

Abstract

A solid absorbing agent for water, aqueous solutions and body fluids is produced by cross-linking an ionic, carboxyl-containing polysaccharide derivative in the presence of 10-80 % by weight water (with respect to the polysaccharide derivative) at 110-180 °C. The solid absorbing material is characterised in that is consists of 100 % biodegradable renewable raw materials and in that it exhibits the qualities required of such materials in hygienic or medical articles, for example.

Description

Biologisch abbaubares AbsorptionsmittβlBiodegradable absorbent
Die Erfindung betrifft vernetzte Polysaccharidderivate und die Herstellung von Absorptionsmaterialien, die vollständig auf nachwachsenden Rohstoffen basieren und somit grundsätzlich vollständig biologisch abbaubar sind. Diese Absorptionsmaterialien können schnell wäßrige Flüssigkeiten in einem großem Umfang aufnehmen und binden. Der Nutzen beruht auf ihrer Verwendung zur Herstellung von wasserspeichernden Mitteln für den einmaligen Gebrauch in Hygieneartikeln, Tierhygieneartikeln, von Feuchteschutz in Verpackungsmaterialien usw.The invention relates to crosslinked polysaccharide derivatives and the production of absorption materials which are based entirely on renewable raw materials and are therefore in principle completely biodegradable. These absorbent materials can quickly absorb and bind aqueous liquids on a large scale. The benefit is based on their use in the production of water-storing agents for single use in hygiene articles, animal hygiene articles, moisture protection in packaging materials, etc.
Absorptionsmittel mit hohem Absorptionsvermögen für wäßrige Flüssigkeiten sind seit längerem bekannt. Sie basieren nicht auf nachwachsenden Rohstoffen und gehören zu den vollsynthetischen Absorptionsmitteln aus Erdölprodukten. Dazu zählen beispielsweise vernetzte synthetische Polymere und Copolymere auf Basis von Acryl- oder Methacrylsäure (US-PS 4 018 951) . Diese bekannten synthetischen Absorptionsmittel sind praktisch wasserunlöslich, absorbieren das Vielfache ihres Gewichtes an wäßrigen Flüssigkeiten und sind biologisch kaum abbaubar.Absorbents with high absorbency for aqueous liquids have long been known. They are not based on renewable raw materials and are fully synthetic absorbents made from petroleum products. These include, for example, crosslinked synthetic polymers and copolymers based on acrylic or methacrylic acid (US Pat. No. 4,018,951). These known synthetic absorbents are practically insoluble in water, absorb many times their weight in aqueous liquids and are hardly biodegradable.
Weiterhin werden gemäß DE-OS 42 06 856 Abmischungen von Polysacchariden, Polyacrylaten, diversen Hilfsstoffen (z.B. Fasern) und zusätzlichen Vernetzern (z.B. Zugabe von Boraten nach der Komponentenvermischung) vorgeschlagen, wobei das Poly- acrylat immer den Hauptabsorber darstellt. Die Polysaccharide werden als Bausteine für die Absorbermaterialien gesehen, um biologisch abbaubare Komponenten zu erhalten.Furthermore, mixtures of polysaccharides, polyacrylates, various auxiliaries (e.g. fibers) and additional crosslinkers (e.g. addition of borates after component mixing) are proposed according to DE-OS 42 06 856, the polyacrylate always being the main absorber. The polysaccharides are seen as building blocks for the absorber materials in order to obtain biodegradable components.
In den bisher, nach dem heutigen Stand der Technik, beschriebenen Verfahren besitzen die Polysaccharide keinen entscheidenden Beitrag als Absorber. In der US-A-4 959 341 wird die Herstellung eines auf Carboxy- methylcellulose basierenden Absorbers beschrieben, der aus einer Mischung von Carboxymethylcellulose, Cellulosefasern, einer hydrophoben Komponente und AI (OH) 2OOCCH3 1/3H3B03 als Vernetzer besteht, wobei der Boratvernetzer eine Vernetzung der Carboxymethylstärke erst während der Flüssigkeitsaufnähme bewirkt. Diese Absorber besitzen gute Absorptionseigenschaften, zeigen aber ein nachteiliges Gelblocking (d.h. beim Kontakt mit Wasser verkleben die äußeren Schichten des Absorbers und verhindern ein weiteres Vordringen in den Absorber) . Zudem werden diese Absorber durch mechanische Belastungen, wie Absiebung oder Förderung, leicht entmischt, so daß sie nicht mehr als homogenes Produkt vorliegen, was ihre Einsatzmöglichkeiten einschränkt.In the processes described so far according to the current state of the art, the polysaccharides have no decisive contribution as an absorber. US Pat. No. 4,959,341 describes the production of an absorber based on carboxymethyl cellulose, which consists of a mixture of carboxymethyl cellulose, cellulose fibers, a hydrophobic component and Al (OH) 2 OOCCH 3 1 / 3H 3 B0 3 as crosslinking agent exists, the borate crosslinker causing crosslinking of the carboxymethyl starch only during the absorption of liquid. These absorbers have good absorption properties, but show disadvantageous gel blocking (ie, when they come into contact with water, the outer layers of the absorber stick together and prevent further penetration into the absorber). In addition, these absorbers are easily separated by mechanical loads, such as sieving or conveying, so that they are no longer present as a homogeneous product, which limits their possible uses.
Die natürlichen Quellmittel aus Polysacchariden spielen als Absorptionsmaterial für wäßrige Flüssigkeiten nur eine untergeordnete Rolle, da sie ein geringes Absorptionsvermögen aufweisen. Eine Zusammensetzung aus Pektin (15-60%) und Cellulose- material (15-80%) absorbiert nur die zwei- bis fünffache Menge an wäßrigen Flüssigkeiten gegenüber dem üblichen Zellstoffmaterial. Vorteilhaft ist dagegen die biologische Abbaubarkeit solcher nativen Quellmittel, da die natürlichen Polymere, wie Cellulose, Stärke, Proteine, sowie ihre Derivate in biologischen Systemen in relativ kurzer Zeit abgebaut werden.The natural swelling agents from polysaccharides play only a minor role as absorption material for aqueous liquids, since they have a low absorption capacity. A composition of pectin (15-60%) and cellulose material (15-80%) only absorbs two to five times the amount of aqueous liquids compared to the usual cellulose material. In contrast, the biodegradability of such native swelling agents is advantageous, since the natural polymers, such as cellulose, starch, proteins, and their derivatives are degraded in biological systems in a relatively short time.
Bei der Entwicklung von Absorbern (insbesondere Superabsorbern) steht nicht nur ein sehr hohes freies Quellvermögen, auch Free Swelling Capacity (FSC) genannt, im Vordergrund, sondern kommt es auch auf die Gelfestigkeit an. Absorptionskapazität (freie Quellkapazität) und Gelfestigkeit stellen jedoch bei einem vernetzten System gegenläufige Eigenschaften dar, wie es z.B. in US-PS Re 32 649 beschrieben ist. Das bedeutet, daß Polymere mit besonders hohem Absorptionsvermögen nur eine geringe Festigkeit des gequollenen Gels aufweisen mit der Folge, daß das Gel unter einem angewendeten Druck deformierbar ist und die weitere Flüssigkeitsverteilung und -aufnähme verhindert. Es muß aber ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Absorptionsvermögen und Gelstärke angestrebt werden, damit bei der Anwendung derartiger Absorber die Flüssigkeitsaufnahme und der Flüssig- keitstransport gewährleistet sind. Es kommt nicht nur darauf an, daß der Absorber Flüssigkeit unter nachfolgender Einwirkung einer Belastung zurückhalten kann, nachdem der Absorber frei quellen konnte, sondern auch darauf, Flüssigkeiten gegen einen gleichzeitigen Druck aufzunehmen, wie es unter praktischenWhen developing absorbers (especially superabsorbers), the focus is not only on a very high free swelling capacity, also called free swelling capacity (FSC), but also on the gel strength. Absorption capacity (free swelling capacity) and gel strength, however, are opposing properties in a networked system, as described, for example, in US Pat. No. Re 32,649. This means that polymers with a particularly high absorption capacity have only a low strength of the swollen gel, with the result that the gel is deformable under an applied pressure and prevents further liquid distribution and absorption. However, a balanced relationship between absorbency and gel strength has to be striven for, so that during use such absorber the liquid absorption and liquid transport are guaranteed. It is not only important that the absorber can retain liquid under the action of a load after the absorber has been able to swell freely, but also that liquids can be taken up against a simultaneous pressure, as is the case under practical conditions
Gegebenheiten bei Hygieneartikeln geschieht, wenn eine Person auf einem Sanitätsartikel sitzt oder liegt oder es durchThe situation with hygiene articles happens when a person sits or lies on a medical article or through it
Körperbewegungen zur Entwicklung von Scherkräften auf dasBody movements to develop shear forces on the
Absorbergel kommt. Bei auftretenden Scherkräften ist dieAbsorber gel is coming. When shear forces occur, the
Gelfestigkeit von besonderer Bedeutung.Gel strength of particular importance.
Es besteht somit ein Bedürfnis nach Absorptionsmitteln mit höheren Absorptionskapazitäten für wäßrige Flüssigkeiten und höheren Gelfestigkeiten, die gleichzeitig vollständig biologisch abbaubar sein sollen, die die zuvor beschriebenen Mängel nicht aufweisen, sich insbesondere für den Einsatz in Einweg- artiksln εignεn und die folgsnusn Vorausssuzuncjsn εriünεriiThere is therefore a need for absorbents with higher absorption capacities for aqueous liquids and higher gel strengths, which at the same time are said to be completely biodegradable, which do not have the deficiencies described above, in particular for use in disposable items and the consequent precautions
I. Die Absorber sollen vollständig aus Derivaten nativen Ursprungs bestehen.I. The absorbers should consist entirely of derivatives of native origin.
II. Die trockenen Absorber sollen eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen.II. The dry absorbers should have a high mechanical strength.
III. Die Absorber sollen eine vergleichsweise hohe Aufnahmegeschwindigkeit und Absorptionskapazität für wäßrige Flüssigkeiten besitzen.III. The absorbers are said to have a comparatively high absorption rate and absorption capacity for aqueous liquids.
IV. Die Absorber sollen im gequollenen Zustand eine ausreichend hohe Gelstabilität aufweisen und die Absorberkörner weitgehend separiert, in einzelnen Partikeln vorliegen.IV. When swollen, the absorbers should have a sufficiently high gel stability and the absorber grains should be largely separated and be present in individual particles.
V. Die Absorber dürfen nicht zum Gelblocking neigen.V. The absorbers must not tend to gel blocking.
VI. Die Absorber sollen eine genügend hoheVI. The absorbers should be sufficiently high
Absorptionskapazität unter Belastung nach freier Quellung und unter Druck während der Quellung für wäßrige Flüssigkeiten besitzen.Have absorption capacity under load after free swelling and under pressure during swelling for aqueous liquids.
VII. Die Absorber sollen weitgehend und in einem angemessenen Zeitraum biologisch abbaubar sein.VII. The absorbers should be largely biodegradable within a reasonable period of time.
VIII. Die Absorber sollen im trockenen Zustand eine gute Lagerstabilität aufweisen. 1VIII. The absorbers should have good storage stability when dry. 1
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich Absorbermaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen mit sehr wenig Lösemittel (Wasser) einfach und schnell herstellen lassen, und zwar unter Verwendung einer Ausgangsmischung, die im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen besteht:The present invention is based on the knowledge that absorber materials can be produced simply and quickly from renewable raw materials with very little solvent (water), using a starting mixture which essentially consists of the following components:
- Ein ionisches carboxylgruppenhaltiges Polysaccharid- Derivat, oder eine Mischung aus mehreren ionischen oder teilneutralisierten Polysaccharid-Derivaten.- An ionic carboxyl-containing polysaccharide derivative, or a mixture of several ionic or partially neutralized polysaccharide derivatives.
- Gegebenenfalls mehrfach funktionelle Vernetzer, vorzugs¬ weise mehrbasige organische Säuren.- Optionally, polyfunctional crosslinking agent, preferably ¬ as polybasic organic acids.
- Wenig Wasser (10 - 80 Gew.-% bezogen auf das Polysaccharid- Derivat) als Homogenisierungsmittel in der Ausgangsmischung (geringerer Anteil als von den Feststoffkomponenten Poly- saccharid und Vernetzer) bei relativ kurzer Herstellungszeit oder Reaktionszeit.- Little water (10 - 80 wt .-% based on the polysaccharide derivative) as a homogenizing agent in the starting mixture (less than the solid components polysaccharide and crosslinker) with a relatively short production time or reaction time.
Aufgrund der nativen Herkunft enthalten die erhaltenen Absorber keine bedenklichen Restmonomere wie die Absorber auf Polyacry- latbasis. Die erfindungsgemäßen Absorber besitzen eine vergleichsweise hohe Aufnahmekapazität und Absorptionsgeschwin- digkeit für wäßrige Flüssigkeiten (auch unter Druck) . Sie zeigen keine Neigung zum Gelblocking (d.h. beim Kontakt mit Wasser verkleben die äußeren Schichten des Absorbers nicht und verhindern nicht ein weiteres Vordringen der Flüssigkeit in den Absorber) und sind mechanisch stabil. In gequollenem Zustand separieren sie weitgehend in einzelne Partikel, sie sind nicht wäßrig und weisen eine hohe Gelstabilität auf. Diese Eigen¬ schaften können individuell mit dem Vernetzungsgrad eingestellt werden.Because of the native origin, the absorbers obtained do not contain any questionable residual monomers like the polyacrylate-based absorbers. The absorbers according to the invention have a comparatively high absorption capacity and absorption speed for aqueous liquids (even under pressure). They show no tendency to gel blocking (ie the outer layers of the absorber do not stick together when in contact with water and do not prevent the liquid from penetrating further into the absorber) and are mechanically stable. In the swollen state, they largely separate into individual particles, they are not aqueous and have a high gel stability. These properties can be set individually with the degree of crosslinking ¬ properties.
Gegenstand der Erfindung ist also ein festes Absorptionsmittel für Wasser, wäßrige Lösungen und/oder Körperflüssigkeiten, welches durch Vernetzung eines ionischen carboxylgruppenhalti- gen Polysaccharid-Derivats in Gegenwart von 10 - 80 Gew.-% Wasser (bezogen auf das Polysaccharid-Derivat) bei 110 - 180 °C erhältlich ist. Üblicherweise wird die Vernetzung über einen Zeitraum von 15 bis 60 min durchgeführt. Im Falle der Umsetzung in einem Mikrowellengerät können beträchtlich kürzere t>The invention thus relates to a solid absorbent for water, aqueous solutions and / or body fluids, which by crosslinking an ionic carboxyl-containing polysaccharide derivative in the presence of 10-80% by weight of water (based on the polysaccharide derivative) at 110 - 180 ° C is available. Crosslinking is usually carried out over a period of 15 to 60 minutes. In the case of implementation in a microwave oven can be considerably shorter t>
Reaktionszeiten realisiert werden; beispielsweise im Sekundenbereich. Wegen der erfindungsgemäß eingesetzten Temperatur wird regelmäßig zugleich eine Trocknung des Produktes stattfinden. Die Trocknung kann aber auch in einem separaten Schritt durchgeführt werden, gegebenenfalls bei geringerer Temperatur, z.B. nachdem die Vernetzungsreaktion zu etwa 80 % abgeschlossen ist. Prinzipiell eignen sich alle ionischen Polysaccharid-Derivate, die sich kovalent vernetzen lassen. Hierzu zählen insbesondere Carboxymethyl- bzw. Carboxy-Derivate von Stärke-, Cellulose-, Guaran, Johannisbrotkernmehl-, Amylose- und Amylopektin, z.B. Carboxy ethyl-Stärke, Carboxy- Stärke, Dicarboxy-Stärke, Tricarboxy-Stärke, Carboxymethyl- amylopektin, Carboxymethylamylose, Carboxymethylguaran oder Carboxymethylcarobin in teil- oder vollneutralisierter Form. Die Polysaccharid-Derivate sollten einen durchschnittlichen Substitutionsgrad von weniger als drei aufweisen, bevorzugt im Bereich von 0,3 - 2,0 und besonders bevorzugt im Bereich von 0,3 - 1,5. Vollneutralisierte Polysaccharide lassen sich besonders einfach mit mehrfach funktionellen Vernetzern vernetzen. Bevorzugt werden zu diesem Zwecke Dicarbon-, Tricarbon- oder Polycarbonsauren und/oder deren Anhydride oder teilneutralisierte Salze eingesetzt, z.B. Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Maleinsäure, Äpfelsäure, Weinsäure, Itaconsäure, Sebacinsäure, Citronen- säure, Schleimsäure, Zuckersäure, Furandicarbonsäure, Butan- tetracarbonsäure, Polyacrylsäure usw. Im Falle von teilneutralisierten ionischen Polysacchariden kann man auch ohne VernetzerZusatz arbeiten. Der Vernetzer wird üblicherweise in einer Konzentration von 0,001 bis 0,4 Mol (bezogen auf 1 Mol Polysaccharid-Derivat), bevorzugt 0,005 bis 0,15 Mol, eingesetzt. Im Falle von teilneutralisierten Polysaccharid-Deriva- ten, d.h. ohne Vernetzer, hat sich ein molares Verhältnis der Säuregruppen (H-Form) zu freien Hydroxylgruppen (OH-Gruppen) von 0,003 bis 0,2 bewährt.Response times can be realized; for example in the seconds range. Because of the temperature used according to the invention, drying of the product will take place at the same time on a regular basis. The drying can also be carried out in a separate step, if necessary at a lower temperature, e.g. after the crosslinking reaction is about 80% complete. In principle, all ionic polysaccharide derivatives that can be covalently crosslinked are suitable. These include in particular carboxymethyl or carboxy derivatives of starch, cellulose, guar gum, locust bean gum, amylose and amylopectin, e.g. Carboxyethyl starch, carboxy starch, dicarboxy starch, tricarboxy starch, carboxymethylamylopectin, carboxymethylamylose, carboxymethylguarane or carboxymethylcarobin in partially or fully neutralized form. The polysaccharide derivatives should have an average degree of substitution of less than three, preferably in the range from 0.3 to 2.0 and particularly preferably in the range from 0.3 to 1.5. Fully neutralized polysaccharides are particularly easy to crosslink with multi-functional crosslinkers. Dicarboxylic, tricarboxylic or polycarboxylic acids and / or their anhydrides or partially neutralized salts are preferably used for this purpose, e.g. Malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, maleic acid, malic acid, tartaric acid, itaconic acid, sebacic acid, citric acid, mucic acid, sugar acid, furanedicarboxylic acid, butanetetracarboxylic acid, polyacrylic acid etc. In the case of partially neutralized ionic polysaccharides, it is also possible to work without a crosslinking agent. The crosslinker is usually used in a concentration of 0.001 to 0.4 mol (based on 1 mol of polysaccharide derivative), preferably 0.005 to 0.15 mol. In the case of partially neutralized polysaccharide derivatives, i.e. without crosslinker, a molar ratio of the acid groups (H form) to free hydroxyl groups (OH groups) of 0.003 to 0.2 has proven itself.
Erfindungsgemäß wird also ein Absorptionsmittel oder auch Quellmittel für Wasser, wäßrige Lösungen und Körperflüssigkeiten erhalten, das zu 100 % aus biologisch abbaubaren nachwachsenden Rohstoffen bestehen kann. Die Hauptkomponente dieses Absorptionsmittels ist eine PolymerZusammensetzung, die aus dem vernetzten ionischen carboxylgruppenhaltigen Polysaccharid-Derivat besteht. Es kann aber auch eine Mischung aus mehreren ionischen Polysaccharid-Derivaten vorliegen. Weiterhin können zusätzlich zu den vernetzten Polysaccharid-Derivaten andere native Polysaccharide zum Einsatz gelangen, wie beispielsweise Xanthan, Alginsäure, Pektin, Pektinsäure, Guaran, Traganth, Karaya, Carrageenane oder Gummi Arabicum.According to the invention, an absorbent or swelling agent for water, aqueous solutions and body fluids is thus obtained which can consist of 100% biodegradable, renewable raw materials. The main component this absorbent is a polymer composition consisting of the crosslinked ionic carboxyl-containing polysaccharide derivative. However, a mixture of several ionic polysaccharide derivatives can also be present. In addition to the crosslinked polysaccharide derivatives, other native polysaccharides can be used, such as xanthan, alginic acid, pectin, pectic acid, guar gum, tragacanth, karaya, carrageenans or gum arabic.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der zuvor erwähnten Absorptionsmittel und/oder Quellmittel. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vollneutralisierte ionische Polysaccharid-Derivate mit einem Vernetzer und/oder teilneutralisierte ionische Polysaccharid- Derivate ohne Vernetzer mit Wasser (oder einem anderen geeigneten polaren Lösungsmittel, wie beispielsweise Ethanol) in einer dafür geeigneten Mischvorrichtung vermischt bzw. angeteigt. Die Wassermenge sollte etwa 10 - 80 Gew.-% (bezogen auf das Polysaccharid-Derivat) betragen. Vorzugsweise wird eine Wassermenge von 30 - 60 Gew.-% eingesetzt. Die Mischung oder Anteigung wird dann bei 110 - 180°C, vorzugsweise bei 130 - 160 °C, vernetzt. Bei der hier angegebenen Temperatur findet zugleich eine Trocknungsreaktion statt, die sich für die spätere Konfektionierung zu einem festen Absorptionsmittel als günstig erwiesen hat. Der Zeitraum für die Vernetzung und Trocknung beträgt üblicherweise 5 - 60 min, bevorzugt 15 - 30 min. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also die Herstellung eines besonders vorteilhaften Produktes in besonders einfacher und umweltschonender Weise.The invention also relates to a process for the preparation of the abovementioned absorbents and / or swelling agents. In the process according to the invention, fully neutralized ionic polysaccharide derivatives with a crosslinking agent and / or partially neutralized ionic polysaccharide derivatives without crosslinking agent are mixed or pasted with water (or another suitable polar solvent, such as ethanol) in a suitable mixing device. The amount of water should be about 10-80 wt .-% (based on the polysaccharide derivative). A quantity of water of 30-60% by weight is preferably used. The mixture or paste is then crosslinked at 110-180 ° C, preferably at 130-160 ° C. At the temperature specified here, a drying reaction takes place at the same time, which has proven to be advantageous for later assembly into a solid absorbent. The time for the crosslinking and drying is usually 5-60 minutes, preferably 15-30 minutes. The method according to the invention thus enables the production of a particularly advantageous product in a particularly simple and environmentally friendly manner.
Als besonders bevorzugt hat sich herausgestellt, die Vernetzung und Trocknung in einem Mikrowellengerät durchzuführen. Hierbei beträgt die für die Vernetzung notwendige Reaktionszeit üblicherweise lediglich 10 - 200 sec.It has turned out to be particularly preferred to carry out the crosslinking and drying in a microwave device. The reaction time required for crosslinking is usually only 10-200 seconds.
Darüberhinaus hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, die Vermischung der Polysaccharid-Derivate in trockenem bzw. in leicht angefeuchtetem bis gequollenem Zustand mit gegebenenfalls Vernetzer und Wasser in einer mechanischen Mischein- richtung vorzunehmen, beispielsweise einem Trogkneter, Einwellenmischer, Einschneckenextruder, Zweiwellenmischer mit gleichläufiger und gegenläufiger Doppelschnecke, Zweiwellen- durchlaufkneter, kontinuierlichem Mehrwellengerät (beispielsweise Vierschneckenextruder) usw.In addition, it has proven to be advantageous to mix the polysaccharide derivatives in the dry or in a slightly moistened to swollen state with any crosslinking agent and water in a mechanical mixer. direction, for example a trough kneader, single-shaft mixer, single-screw extruder, twin-shaft mixer with co-rotating and counter-rotating twin-screw, twin-shaft continuous kneader, continuous multi-shaft device (for example, four-screw extruder), etc.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung des zuvor beschriebenen Absorptionsmaterials zur Aufnahme und/oder Zurückhaltung von Wasser und/oder wäßrigen Lösungen, insbesondere von wäßrigen Körperflussigkeiten wie Urin oder Blut, in absorbierenden Wegwerferzeugnissen für hygienische, chirurgische und andere medizinische Zwecke wie Babywindeln, Inkontinenzartikeln, Tampons und Damenbinden. Das erfindungsgemäße Absorptionsmaterial läßt sich aber auch zur Aufnahme und/oder Zurückhaltung von Wasser und/oder wäßrigen Lösungen in technischen Produkten einsetzen, beispielsweise in Kabelummantelungen, Tierhygieneartikeln, Verpackungsmaterialien, Pflanzen- kulturgefäßen, zur Bodenverbesserung usw. Darüberhinaus eignet sich das Absorptionsmaterial zur nachfolgenden gesteuerten Abgabe von absorbiertem Wasser sowie gegebenenfalls von in dem wäßrigen Polysaccharid-Gel gelösten oder gebundenen Substanzen (beispielsweise Nähr- oder Wirkstoffe) an eine Umgebung, wie biologische Systeme, Saatgut, Pflanzen oder Mikroorganismen. Stärker vernetzte Produkte mit höherem Substitutionsgrad eignen sich auch als Ionentauscher (biologisch abbaubar) oder als Mittel zur Abwasserbehandlung.The invention also relates to the use of the absorbent material described above for absorbing and / or retaining water and / or aqueous solutions, in particular aqueous body fluids such as urine or blood, in absorbent disposable products for hygienic, surgical and other medical purposes such as baby diapers, incontinence articles, Tampons and sanitary napkins. However, the absorption material according to the invention can also be used to absorb and / or retain water and / or aqueous solutions in technical products, for example in cable jackets, animal hygiene articles, packaging materials, plant culture vessels, for soil improvement, etc. In addition, the absorption material is suitable for subsequent controlled delivery of absorbed water and, if appropriate, of substances dissolved or bound in the aqueous polysaccharide gel (for example nutrients or active substances) to an environment, such as biological systems, seeds, plants or microorganisms. More networked products with a higher degree of substitution are also suitable as ion exchangers (biodegradable) or as agents for wastewater treatment.
Wie bereits oben ausgeführt, eignen sich alle ionischen Polysaccharid-Derivate, die sich kovalent vernetzen lassen, zur Herstellung der erfindungsgemäßen Polysaccharid-Derivate. Im Falle von Stärke-, Cellulose-, Guaran-, Johannisbrotkernmehl-, Amyloεe- und A ylopektin-Derivaten muß der durchschnittliche Substitutionsgrad (DS) kleiner als drei sein, sonst wären keine freie Vernetzungsstellen vorhanden oder es müßten zu der entsprechenden H-Form ausgewählte Diole oder Polyole als Vernetzungsmittel verwendet werden (z. B. Sorbit). Vorzuziehen sind die Carboxymethyl-Derivate und die Carboxy-Derivate in ihrer voll- oder teilneutralisierten Form, insbesondere die Carboxy-methylstärke und die Carboxystärken, vorzugsweise mit einem DS von 0,3-2. Die nativen ionischen Polysaccharide, wie Carrageenane, Alginsäure, Pektinsäure, Traganth, Karaya, Ghatti, Gummi Arabicum, Xanthan usw., lassen sich schlechter vernetzen, sind wenig temperaturbeständig und zudem viel teurer. Bei gleichen Vernetzermengen lassen sich Carboxy- methylstärke (CMS) und -amylopektin (CMAp) sehr gut, Carboxy- methylamylose (CMAm) gut, Carboxymethylguaran (CMG) weniger gut und Carboxymethylcellulose (CMC) schlecht vernetzen, was der allgemeinen Reaktivität der jeweiligen Polysaccharide entspricht.As already stated above, all ionic polysaccharide derivatives which can be covalently crosslinked are suitable for the preparation of the polysaccharide derivatives according to the invention. In the case of starch, cellulose, guar gum, locust bean gum, amylose and a ylopectin derivatives, the average degree of substitution (DS) must be less than three, otherwise there would be no free crosslinking sites or the selected H form would have to be selected Diols or polyols can be used as crosslinking agents (e.g. sorbitol). The carboxymethyl derivatives and the carboxy derivatives in their fully or partially neutralized form, in particular the carboxymethyl starch and the carboxy starches, are preferably preferred a DS of 0.3-2. The native ionic polysaccharides, such as carrageenans, alginic acid, pectic acid, tragacanth, karaya, ghatti, gum arabic, xanthan, etc., are more difficult to crosslink, are not temperature-resistant and are also much more expensive. With the same amount of crosslinker, carboxymethyl starch (CMS) and amylopectin (CMAp) can be very well crosslinked, carboxymethylamylose (CMAm) can be good, carboxymethylguarane (CMG) can be crosslinked poorly, and carboxymethylcellulose (CMC) can be poorly crosslinked, which corresponds to the general reactivity of the respective polysaccharides .
Polysaccharidether, insbesondere Celluloseether , sind seit längerem bekannt. Methoden zu ihrer Herstellung finden sich in den allgemeinen Handbüchern für Kohlenhydrate z. B. von R.L. Whistler (Methods in Carbohydrate Chemistry, Academic Press, New York und London, Vol. IV, S. 304-312, 1964).Polysaccharide ethers, especially cellulose ethers, have long been known. Methods for their preparation can be found in the general manuals for carbohydrates e.g. B. by R.L. Whistler (Methods in Carbohydrate Chemistry, Academic Press, New York and London, Vol. IV, pp. 304-312, 1964).
Zur Herstellung des unlöslichen Produktes wird bevorzugt eine kovalente Vernetzung der Polysaccharidderivate mit organischen Säuren durchgeführt. Bei Verwendung von teilneutralisierten Carboxymethylstärken erfolgt die Vernetzung über die nicht neutralisierten Carboxylgruppen der Moleküle und eine zusätzliche Verwendung von mehrbasigen Säuren bewirkt lediglich eine stärkere Vernetzung. Die Vernetzungen erfolgen über Esterbindungen, die für eine biologische Abbaubarkeit vorteilhaft sind. Es sind die folgenden Vernetzungsmittel geeignet: Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Maleinsäure, Äpfelsäure, Weinsäure, Itaconsäure, Sebacinsäure, Citronensäure, Schleimsäure, Zuckersäure, Furandicarbonsäure und Butantetracarbonsäure. Diese Säuren sind überwiegend auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen herstellbar. Die Dicarbonsäuren zeigen ähnliche Vernetzungseigenschaften und ähneln dem Natriumdihydrogencitrat (Citronensäure zu 1/3 teilneutralisiert) , woraus sich dann analoge Produkteigenschaften ergeben.To produce the insoluble product, covalent crosslinking of the polysaccharide derivatives with organic acids is preferably carried out. If partially neutralized carboxymethyl starches are used, the crosslinking takes place via the non-neutralized carboxyl groups of the molecules, and the additional use of polybasic acids only leads to stronger crosslinking. The crosslinking takes place via ester bonds, which are advantageous for biodegradability. The following crosslinking agents are suitable: malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, maleic acid, malic acid, tartaric acid, itaconic acid, sebacic acid, citric acid, mucic acid, sugar acid, furandicarboxylic acid and butanetetracarboxylic acid. These acids can mainly be produced on the basis of renewable raw materials. The dicarboxylic acids show similar crosslinking properties and are similar to sodium dihydrogen citrate (citric acid partially neutralized), which then results in analogous product properties.
Die Anhydride dieser Säuren direkt einzusetzen ist weniger vorteilhaft, da sie sich in Wasser unzureichend lösen und die Homogenisierung der Komponenten nicht ausreichend gelingt. 3Using the anhydrides of these acids directly is less advantageous because they dissolve insufficiently in water and the components are not homogenized sufficiently. 3
Für gute bis sehr gute Gelstärken sind nicht teilneutralisierte Säuren einzusetzen, vorzugsweise Bernsteinsäure, Citronensäure, Glutarsäure und Butantetra-carbonsäure. Dies ist damit zu erklären, daß diese Säuren während der Reaktion (bzw. Erhitzungsperiode) Anhydride bilden können, die schneller und umfangreicher reagieren, d.h. vernetzen. Im Gegensatz zu anderen Herstellungen müssen die Säuren hierbei nicht teilneutralisiert werden, da pH-Wert und Abbaureaktionen während des relativ kurzen Erhitzens nicht entscheidend sind.For good to very good gel strengths, non-partially neutralized acids should be used, preferably succinic acid, citric acid, glutaric acid and butanetetracarboxylic acid. This can be explained by the fact that during the reaction (or heating period) these acids can form anhydrides which react faster and more extensively, i.e. network. In contrast to other preparations, the acids do not have to be partially neutralized, since pH and degradation reactions are not critical during the relatively short heating.
Je nach Art des Vernetzungsmittels und des gewünschten Vernetzungsgrades (bzw. der Gelstärke), werden 0,05 bis 0,2 Mol, bezogen auf ein Mol Polysaccharid-Derivat, für die Durchführung benötigt.Depending on the type of crosslinking agent and the desired degree of crosslinking (or the gel strength), 0.05 to 0.2 mol, based on one mol of polysaccharide derivative, are required for the implementation.
Zuerst wird der Vernetzer in wenig Wasser gelöst und mit Natronlauge teilneutralisiert (Option) . Die Vernetzerlösung wird mit entsprechender Menge an Carboxymethyl-Derivat zu einem homogenen Teig vermischt. Vorteilhaft ist eine Verknetung mit einer dafür geeigneten Apparatur (z.B. Kneter, leistungsstarke Mischer etc.). Der Wasseranteil im Teig sollte 20-50 % betragen, vorzugsweise sind 35 - 40% Wasseranteil zu verwenden. Die Ver ischungs- bzw. Verknetungsdauer beträgt je nach Wasseranteil und Mischintensität 5 - 60 Minuten, vorzugsweise 20 Minuten.First, the crosslinker is dissolved in a little water and partially neutralized with sodium hydroxide solution (option). The crosslinker solution is mixed with an appropriate amount of carboxymethyl derivative to form a homogeneous dough. Kneading with a suitable apparatus (e.g. kneader, powerful mixer, etc.) is advantageous. The water content in the dough should be 20-50%, preferably 35-40% water content. The mixing or kneading time is 5-60 minutes, preferably 20 minutes, depending on the water content and mixing intensity.
Der Teig wird in eine vorgeheizte Reaktionsapparatur eingebracht. Prinzipiell sind hierfür alle Apparaturen geeignet, die eine schnelle Wärmeübertragung auf den Teig und somit eine schnelle Verdampfung des Wassers ermöglichen. Einsetzbar sind Walzentrockner, leistungsstarke Umlufttrockenöfen, Mikrowellenöfen, Waffeleisen, Trommeltrockner, mantelbeheizte leistunsstarke Mischer usw. Bei Verwendung von Trommeltrocknern und Mischern werden teilweise sehr feinkörnige Produkte erhalten (Kornfraktionen sind kleiner als 150 μm) , so daß die Vermahlung entfällt aber die Produktanwendungsmöglichkeiten stark eingeschränkt werden. Die Temperatur sollte während der Herstellung bei 110 - 170°C liegen. Bei höheren Temperaturen wurden aber zu starke gelb-braune Verfärbungen und schlechtere Eigenschaften beobachtet. Bei niedrigen Temperaturen ist die Verweilzeit in der Reaktionsapparatur zu lang. Vorzugsweise sollte eine Temperatur von 130 - 160°C gewählt werden. Dies wurde auch durch thermogravimetrische Untersuchungen bestätigt.The dough is placed in a preheated reaction apparatus. In principle, all apparatuses are suitable for this that enable rapid heat transfer to the dough and thus rapid evaporation of the water. Roller dryers, high-performance forced-air drying ovens, microwave ovens, waffle irons, drum dryers, jacket-heated high-performance mixers etc. can be used.When drum dryers and mixers are used, very fine-grained products are sometimes obtained (grain fractions are smaller than 150 μm), so that grinding is eliminated, but the product application options are severely restricted . The temperature should be 110-170 ° C during production. At higher temperatures, however, the yellow-brown discoloration was too strong and worse Properties observed. The residence time in the reaction apparatus is too long at low temperatures. A temperature of 130-160 ° C should preferably be selected. This was also confirmed by thermogravimetric studies.
Um eine schnelle Verdampfung des Teigwassers zu ermöglichen, sollte die Teigfläche möglichst groß gestaltet werden (z.B. durch ausrollen) . Je nach anfänglichem Wassergehalt, vorgegebener Temperatur und eingesetzter Teigoberfläche, ist das Produkt nach 10 - 50 Minuten hergestellt. Bei einer Teigfläche von ca. 250 cm2 (ca. 30 g) und einer Temperatur von 150°C ist das Produkt nach 20 - 30 Minuten hergestellt. Bei den Guaran-Derivaten ist Fertigstellung nach ca. 40 Minuten erfolgt.In order to allow the dough water to evaporate quickly, the dough surface should be made as large as possible (e.g. by rolling it out). Depending on the initial water content, the specified temperature and the dough surface used, the product is ready after 10 - 50 minutes. With a dough surface of approx. 250 cm 2 (approx. 30 g) and a temperature of 150 ° C, the product is ready after 20 - 30 minutes. Guaran derivatives are completed in about 40 minutes.
Durch den Einsatz von Mikrowellenöfen ist die Herstellung wesentlich kürzer, erfordert aber eine ausreichende Erfahrung in der Handhabung und Durchführung. Beispielsweise ist das Produkt nach ca. 100 Sekunden fertiggestellt und nach ca. 120 Sekunden Behandlungszeit kann es unbrauchbar sein; bei Verwendung einer HF-Ausgangsleistung von 500 W und einer Frequenz von 2450 MHz.The use of microwave ovens makes production much shorter, but requires sufficient experience in handling and implementation. For example, the product is finished after about 100 seconds and after about 120 seconds of treatment time it can be unusable; when using an RF output power of 500 W and a frequency of 2450 MHz.
Nachdem das Produkt trocken ist (Ende der Reaktion) erzielt ein weiteres Erhitzen keine besonderen Vorteile (z.B. bessere Produkteigenschaften) . Durch das schnelle Verdampfen des Wassers bläht sich das Produkt auf, wobei es sehr porös wird (was die schnelle Aufnahmegeschwindigkeit durch die Kapillarkräfte in den Poren erklärt; dieses ist aus REM-Aufnahmen ableitbar) . Die Aufblähung ist um so stärker, je mehr Wasser eingesetzt wurde.After the product is dry (end of the reaction), further heating has no special advantages (e.g. better product properties). The rapid evaporation of the water causes the product to swell, making it very porous (which explains the rapid absorption rate due to the capillary forces in the pores; this can be derived from SEM images). The more water is used, the greater the bloating.
Das fertige Produkt in fester Form wird zerkleinert, gemahlen und gesiebt. Die Kornfraktion 200 - 500 μm wird für die Absorptionsprüfungen verwendet.The finished product in solid form is crushed, ground and sieved. The grain fraction 200 - 500 μm is used for the absorption tests.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt in den beschriebenen Ausführungsformen zu Produkten, die noch einen gewissen wasserlöslichen Anteil enthalten; bei den meisten Produkten ist dieser bei 10 - 15%, manchmal über 30%. Für viele Verwendungszwecke stört dieser Anteil nicht, so daß sich ein Entfernen der wasserlöslichen Anteile meistens erübrigt. In einigen Fällen der weiteren Verwendung dieser saugfähigen Produkte ist der wasserlösliche Anteil sogar vorteilhaft, da er seine Haft-festigkeit beispielsweise auf Polysaccharid- Unterlagen oder -Oberflächen erhöht (Zellstoffe, Cellulose- Faser oder -Filme, oder Stärke-Folien) . Sollte der wasserlösliche Anteil stören, so kann er mit verschiedenen Waschverfahren entfernt werden. In den meisten Fällen führt die Entfernung der wasserlöslichen Anteile auch zu besseren Absorptionseigenschaften. Dieses Verhalten ist verständlich, da die Absorptionsergebnisse auf ein Gramm Produkt bezogen werden und bei den technischen Produkten mit löslichen Anteilen die gesamte Einwaage berücksichtigt wird, obwohl die löslichen Anteile nichts zur Absorptionskapazität beitragen. Vorteilhaft bei der Auswaschung der löslichen Anteile haben sich Wasser oder wäßrig-organische Lösemittel gezeigt. Bei Verwendung von voll entsalztem Wasser zur Auswaschung muß aber mir einem erheblichen Überschuß an Wasser gegenüber dem Absorber gerechnet werden. Üblicherweise muß auf ein Kilogramm Produkt ca. 50 - 100 Liter Wasser eingesetzt werden. Der Waschprozeß wird durch Rühren des gequollenen Produktes in der Waschflüssigkeit mit anschließender Filtration durchgeführt. Vorzugsweise eignet sich hierzu ein Trommelfilter, wobei das Waschwasser am leichtesten durch Zentrifugation abgetrennt wird.In the described embodiments, the method according to the invention leads to products which still contain a certain water-soluble fraction; with most products this at 10-15%, sometimes over 30%. This portion does not interfere with many uses, so that removal of the water-soluble portions is usually unnecessary. In some cases of further use of these absorbent products, the water-soluble portion is even advantageous since it increases its adhesive strength, for example on polysaccharide substrates or surfaces (cellulose, cellulose fiber or film, or starch film). If the water-soluble part interferes, it can be removed with various washing methods. In most cases, the removal of the water-soluble components also leads to better absorption properties. This behavior is understandable since the absorption results are based on one gram of product and the total weight is taken into account for technical products with soluble components, although the soluble components do not contribute to the absorption capacity. Water or aqueous-organic solvents have been found to be advantageous for washing out the soluble fractions. When using fully demineralized water for washing out, however, a considerable excess of water compared to the absorber must be expected. Usually about 50 - 100 liters of water must be used for one kilogram of product. The washing process is carried out by stirring the swollen product in the washing liquid with subsequent filtration. A drum filter is preferably suitable for this purpose, the washing water being most easily separated off by centrifugation.
Durch gängige Trennverfahren (z.B. Umkehrosmose) kann das Waschwasser wieder von den löslichen Anteilen gereinigt und wiederverwendet werden. Die Abgetrennten löslichen Anteile können als Ausgangsstoff wieder eingesetzt werden. Um die erheblichen Mengen Waschwasser zu reduzieren, empfiehlt sich die Verwendung von organisch-wäßrigen Mischungen, vorzugsweise Methanol/Wasser, Ethanol/Wasser oder Aceton/Wasser . Damit wird die Quellung des Produktes erheblich reduziert und auf ein Kilogramm Produkt werden nur ca. 5 - 10 Liter Waschmischung eingesetzt, wobei das Mischungsverhältnis vorzugsweise 50 % beträgt. TestmethodenThe washing water can be cleaned again of the soluble components and reused by common separation processes (e.g. reverse osmosis). The separated soluble fractions can be reused as starting material. In order to reduce the considerable amounts of wash water, the use of organic-aqueous mixtures, preferably methanol / water, ethanol / water or acetone / water, is recommended. This considerably reduces the swelling of the product and only about 5 to 10 liters of washing mixture are used per kilogram of product, the mixing ratio preferably being 50%. Test methods
FSC (Free Swellinq Capacitv) :FSC (Free Swellinq Capacitv):
In einen handelsüblichen Teebeutel werden 0,2 - 0,25 g Produkt eingewogen. Das offene Ende des Teebeutels wird verschweißt und der Teebeutel wird in eine Fotoschale mit einer 0,9 %igen NaCl- Lösung gelegt. Der Teebeutel wird kurz angedrückt, damit es durch die Flüssigkeit von allen Seiten benetzt wird. Die Testzeit beträgt eine Stunde. Anschließend läßt man den Teebeutel 5 Minuten, an einer Wäscheklammer hängend, abtropfen. Der Teebeutel wird danach gewogen (Angaben in Gramm, g)und der Absorptionswert bestimmt:Weigh 0.2-0.25 g of product into a commercially available tea bag. The open end of the tea bag is sealed and the tea bag is placed in a photo bowl with a 0.9% NaCl solution. The tea bag is pressed briefly so that the liquid wets it from all sides. The test time is one hour. The tea bag is then left to drain for 5 minutes, hanging on a clothespin. The tea bag is then weighed (in grams, g) and the absorption value is determined:
g (NaCl - Lösung) Auswaage (Teebeutel) - Teebeutel blindwert FSC in ~ g (Produkt) Einwaageg (NaCl solution) Weighing out (tea bag) - tea bag blank FSC in ~ g (product) weight
CRC (Centrifuqe Retention Capacity) : Der Teebeutel aus der FSC-Bestimmung wird in einer handelsüblichen Wäscheschleuder (bei einem Innenraumdurchmesser von 24 cm) 3 Minuten bei 2800 Upm geschleudert, was einer 26,6 - fachen Erdbschleunigung entspricht. Das zentrifugierte Produkt wird anschließend gewogen. Die Berechnung erfolgt analog der oben angegebenen Formel.CRC (Centrifuqe Retention Capacity): The tea bag from the FSC determination is spun for 3 minutes at 2800 rpm in a commercial spin dryer (with an interior diameter of 24 cm), which corresponds to 26.6 times the acceleration due to gravity. The centrifuged product is then weighed. The calculation is carried out analogously to the formula given above.
Absorption Unter Last (Absorption Under Load, AUL) : Bei diesem Testverfahren werden runde Kunststofftöpfchen (d = 2,985cm) verwendet, die an einem Ende offen und am anderen Ende mit einem Netz (Maschenweite 100 - 150 μm) abgeschlossen sind. In diese Töpfchen wird das Produkt eingewogen und gleichmäßig auf dem Netz verteilt. Die Einwaage des Produktes bei zwei Prüfungen beträgt 0,05 g und 0,4 g, da festgestellt wurde, daß sich der AUL-Wert mit zunehmender Einwaage verschlechtert. Die übliche Einwaage beträgt 0,15 g. Dieses Phänomen ist nicht auf Fehler zurückzuführen, sondern auf das Verhalten der Gelpartikel unter Druck: Bei höheren Einwaagen sind mehrere Partikelschichten vorhanden, die übereinander liegen. Durch den äußeren Druck während der Absorption ist ein enger Kontakt zwischen den Schichten vorhanden und somit auch ein guter Flüssigkeitstransport. Jedoch dringen die geligen Partikel ineinander ein, so daß nicht immer eine isolierte Quellung des einzelnen Korns gegeben ist. Bei geringen Einwaagen können sich die Körnchen isoliert auf der Netzfläche verteilen und freier quellen, so daß ein höherer AUL-Wert erhalten wird. Dieses Phänomen ist bei allen Absorbern mehr oder weniger stark ausgeprägt (auch bei den synthetischen) . Auch bei hohen Gelstärken ist dieser Effekt zu beobachten, da scheinbar das Ineinanderdringen unvermeidbar ist. Es handelt sich hierbei nicht um ein Gelblocking, da alle Schichten oder Körner nach dem Test gequollen vorliegen.Absorption Under Load (AUL): This test procedure uses round plastic pots (d = 2.985cm), which are open at one end and closed at the other end with a mesh (mesh size 100 - 150 μm). The product is weighed into these pots and evenly distributed on the net. The weight of the product in two tests is 0.05 g and 0.4 g, since it was found that the AUL value worsens with increasing weight. The usual weight is 0.15 g. This phenomenon is not due to errors, but to the behavior of the Gel particles under pressure: With higher weights, there are several layers of particles that lie on top of each other. Due to the external pressure during absorption, there is close contact between the layers and thus also good liquid transport. However, the gel-like particles penetrate one another, so that there is not always an isolated swelling of the individual grain. At low weights, the granules can distribute themselves isolated on the net surface and swell freely, so that a higher AUL value is obtained. This phenomenon is more or less pronounced in all absorbers (including synthetic ones). This effect can also be observed at high gel strengths, since apparently the intrusion is inevitable. This is not gel blocking because all layers or grains are swollen after the test.
Auf das Produkt wird nach der Einwaage eine mit dem Töpfchenrand abschließende kleine Kunststoffscheibe (d = 2,985 cm; m =After weighing, a small plastic disc (d = 2.985 cm; m =
7,59 g ± 0,01 g) gelegt und mit einem zylindrischen Metallstück7.59 g ± 0.01 g) and with a cylindrical piece of metal
(m = 316g ± 0,24 g) beschwert. Das Tara-Gewicht (Töpfchen mit Scheibe, ohne Metallstück) und Einwaage werden gewogen. In eine Fotoschale wird eine Glasfritte gelegt. Die Fritte wird mit einem Filterpapier (mit der gleichen Größe) versehen. In die Fotoschale wird soviel 0,9 %ige NaCl-Lösung eingefüllt, daß die Flüssigkeitsoberfläche mit der Oberfläche der Fritte abschließt.(m = 316g ± 0.24 g) weighted. The tare weight (potty with disc, without metal piece) and sample weight are weighed. A glass frit is placed in a photo bowl. The frit is covered with filter paper (of the same size). Sufficient 0.9% NaCl solution is poured into the photo bowl so that the liquid surface is flush with the surface of the frit.
Anschließend werden auf die vorbereiteten Fritten die Töpfchen gestellt. Die Testzeit beträgt eine Stunde bei einem Testdruck von 4550 Pa (oder 0,66 psi oder 46,3 g/cm2 bzw. 300 g/in2). Dann wird das Metallstück abgenommen und die Töpfchen (Töpfchen + Kunststoffscheibe + gequollenes Produkt) gewogen:Then the pots are placed on the prepared fries. The test time is one hour at a test pressure of 4550 Pa (or 0.66 psi or 46.3 g / cm 2 or 300 g / in 2 ). Then the metal piece is removed and the potty (potty + plastic disc + swollen product) weighed:
g (NaCl - Lösung) Auswaage - (Tara + Einwaage)g (NaCl solution) balance - (tare + weight)
AUL in — — — r- = — g (Produkt) EinwaageAUL in - - - r- = - g (product) weight
Gelstärke (Speichermodul G ' ) Die Gelstärke G' der gequollenen Absorber wurde in Anlehnung an US-PS Re 32 649 (bzw. EP 02 05 674) bestimmt.Gel strength (storage module G ') The gel strength G 'of the swollen absorbers was determined on the basis of US Pat. No. Re 32,649 (or EP 02 05 674).
- Gerät: Rheometer CSL 100, TA Instruments Ltd. (Leatherhead, Surrey, KT22 7UQ, England)- Device: Rheometer CSL 100, TA Instruments Ltd. (Leatherhead, Surrey, KT22 7UQ, England)
- Meßbedingungen: Kegel-Platte-System, Kegeldurchmesser 2 cm, Winkel 2°, Temperatur 25 °C, Frequenz 1 Hz, vorgegebene- Measuring conditions: cone and plate system, cone diameter 2 cm, angle 2 °, temperature 25 ° C, frequency 1 Hz, specified
Deformation=2% .Deformation = 2%.
Bei diesem Test handelt es sich um ein Oszillationsversuch mit vorgegebener Deformation des Gels. Die Einhaltung der Deformationsvorgabe ist sehr wichtig, da es sich hierbei um einen linear viskoelastischen Bereich handelt. Bei Anwendung von größeren Deformationen (z.B. mehr als 10%) würde das Gel irreversibel zerstört werden und die Werte wären nicht reproduzierbar (da der linear viskoelastische Bereich in den nicht-linearen Bereich übergehen würde; s. auch Ausführungen in W.-M. Kulicke Fließverhalten von Stoffen und Stoffgemischen, S.90, Abschn. 2.2.1, Hüthig & Wepf Verlag Basel, Heidelberg, New York 1986) .This test is an oscillation test with a predetermined deformation of the gel. Compliance with the deformation specification is very important, since this is a linear viscoelastic area. If larger deformations (e.g. more than 10%) were used, the gel would be irreversibly destroyed and the values would not be reproducible (since the linear viscoelastic range would change into the non-linear range; see also explanations in W.-M. Kulicke Flow behavior of substances and mixtures of substances, p.90, Sect. 2.2.1, Hüthig & Wepf Verlag Basel, Heidelberg, New York 1986).
Hierbei werden gleichzeitig die erforderliche oszillierende Schubspannung σ, die Gelstärke (oder Speichermodul) G' und der Verlustmodul G ' ' bzw. der tan ( δ) -Wert ermittelt. DieThe required oscillating shear stress σ, the gel strength (or storage modulus) G 'and the loss modulus G' 'or the tan (δ) value are determined at the same time. The
Schubspannung σ gibt an, wieviel Kraft notwendig ist, um das Gel bei dem vorgegebenen Faktor zu deformieren. Über den Speichermodul wird die Gelstärke erhalten. Mit Hilfe des tan ( δ) -Wertes (= G ' ' /G ' ) wird ermittelt, ob das Gel elastische Eigenschaft oder viskos-fließende Eigenschaft aufweist (bei einem tan( ) < 1 ist das Gel elastisch und einem tan(<5) > 1 ist es viskos fließend) . Anschaulich dargestellt ist das Gel "glibberig", wenn hierbei die resultierende Schubspannung σ < 10 Pa und das G ' < 100 Pa. Andererseits ist das Gel (sehr) fest, wenn σ > 100 Pa und G ' > 5000 Pa sind. Unlösliche Anteile (UA) :Shear stress σ indicates how much force is required to deform the gel for the given factor. The gel strength is obtained via the memory module. With the help of the tan (δ) value (= G '' / G ') it is determined whether the gel has elastic properties or viscous flowing properties (with a tan () <1 the gel is elastic and a tan (<5 )> 1 it is viscous flowing). The gel is "slippery" if the resulting shear stress σ <10 Pa and the G '<100 Pa. On the other hand, the gel is (very) firm when σ> 100 Pa and G '> 5000 Pa. Insoluble shares (UA):
Die unlöslichen Anteile geben einen direkten Hinweis auf den vernetzen Anteil des Polysaccharides. Zur Prüfung der UA wird ein Glasfiltertigel (Gr.2) benutzt.The insoluble parts give a direct indication of the cross-linked part of the polysaccharide. A glass filter bowl (size 2) is used to check the UA.
In ein Becherglas werden ca. l g genau eingewogen und mit 300 ml bidestilliertem Wasser versetzt. Die Lösung wird 30 Minuten gerührt. Danach läßt man die Lösung 5 Minuten stehen, wobei sich das Gel absetzt und eine überstehende Lösung sich bildet. Die überstehende Lösung wird über den Glasfiltertigel abdekantiert und das verbleibende Gel mit 300 ml frischem bidestillierten Wasser aufgefüllt. Es wird weitere 30 Minuten gerührt. Dieser Vorgang wird noch zweimal wiederholt.Weigh exactly 1 g into a beaker and add 300 ml of double-distilled water. The solution is stirred for 30 minutes. The solution is then left to stand for 5 minutes, the gel settling out and a supernatant solution being formed. The supernatant solution is decanted off over the glass filter plate and the remaining gel is filled up with 300 ml of fresh, double-distilled water. The mixture is stirred for a further 30 minutes. This process is repeated two more times.
Zuletzt wird die gesamte Lösung filtriert. Das Becherglas wird noch mit 100 ml bidest. Wasser ausgewaschen und diese Waschflüssigkeit ebenfalls über den selben Glasfiltertigel filtriert. Der Glasfiltertigel mit gequollener Probe wird 6 Stunden in einem Umlufttrockenschrank bei 120 °C getrocknet. Danach wird der Glasfiltertigel auf Raumtemperatur abgekühlt und gewogen:Finally, the entire solution is filtered. The beaker is distilled with 100 ml. Washed out water and this washing liquid is also filtered through the same glass filter pot. The glass filter plate with swollen sample is dried for 6 hours in a forced air drying cabinet at 120 ° C. The glass filter plate is then cooled to room temperature and weighed:
Auswaage - TiegelScales - crucibles
UA - — — • 100 %UA - - - • 100%
EinwaageWeight
Auswirkungen der Waschhäufigkeit auf die unlöslichen Anteile UA (in %) zweier Proben:Effects of the washing frequency on the insoluble parts UA (in%) of two samples:
Häufigkeit: lx 2x 3xFrequency: lx 2x 3x
Probe 1 : 82,1 80,4 80,2Sample 1: 82.1 80.4 80.2
(98,2) (96,2) (95,9)(98.2) (96.2) (95.9)
Probe 2 : 78,3 75,8 75,7Sample 2: 78.3 75.8 75.7
(95,0) (92,0) (91,9)(95.0) (92.0) (91.9)
Die Angaben in Klammern (UA1) beziehen sich auf den unlöslichen Anteil des benutzten Stärkederivates, denn die Vernetzung vollzieht sich nur an dem Stärkederivat. Beispiel zu UA und UA': Bei Probe 1 wurden Citronensäure und Carboxymethylstärke (CMSOl) als Ausgangsmaterial zur Vernetzung eingesetzt. Der Anteil der Citronensäure an der Trockenmasse betrug 12,3%, der CMSOl-Anteil war 83,6% und der Rest von 4,1% entfiel auf NaCl (als Verunreinigung von CMSOl) . Da der Vernetzungsgrad im Normalfall gering ist (bzw. sein sollte; ca. 1 - 5%) und NaCl keine Rolle spielt, kann lediglich die CMSOl die unlöslichen Anteile ausmachen. D.h. bei dieser vernetzten Probe sind ohnehin 16,4% (12,3%+4,1%) lösliche Anteile vorhanden. Es werden nur die übrigen 83,6% der Probe auf Unlöslichkeit untersucht. Bei Ermittlung von 82,1% an unlöslichen Anteilen UA der gesamten Probe, sind 98,2% (= UA') der CMSOl unlöslich geworden (98,2% = 82,1/83,6 * 100%). Diese Betrachtungsweise ist mehr theoretischer Natur, da mit dieser Angabe ein direkter Hinweis auf den Vernetzungsgrad der CMS gewonnen wird.The information in brackets (UA 1 ) refer to the insoluble portion of the starch derivative used, because the cross-linking only takes place on the starch derivative. Example of UA and UA ': In sample 1, citric acid and carboxymethyl starch (CMSOl) were used as the starting material for crosslinking. The share of citric acid in the dry matter was 12.3%, the CMSOl share was 83.6% and the rest of 4.1% was NaCl (as an impurity of CMSOl). Since the degree of crosslinking is normally low (or should be; approx. 1 - 5%) and NaCl is irrelevant, only the CMSOl can make up the insoluble components. This means that 16.4% (12.3% + 4.1%) soluble components are present in this cross-linked sample. Only the remaining 83.6% of the sample is examined for insolubility. When 82.1% of the insoluble parts UA of the entire sample were determined, 98.2% (= UA ') of the CMSOl became insoluble (98.2% = 82.1 / 83.6 * 100%). This approach is more of a theoretical nature, since this information gives a direct indication of the degree of networking of the CMS.
Bestimmung des Vernetzerqehaltes:Determination of the crosslinker content:
Hierbei wurden der Anteil des gebundenen Vernetzers in dem purum Produkt bestimmt, wobei der Anteil in Milligramm Vernetzer pro Gramm Produkt erfolgte. Diese titrimetrische Bestimmung mit Kupfersulfat erfolgt gemäß der Vorschrift in: H.Klaushofer, E.Berghofer, R.Pieber, Stärke/Starch, Vol.31, S.259-261, 1979. The proportion of the bound crosslinker in the purum product was determined, the proportion being in milligrams of crosslinker per gram of product. This titrimetric determination with copper sulfate is carried out according to the instructions in: H.Klaushofer, E. Berghofer, R.Pieber, Starch / Starch, Vol.31, pp.259-261, 1979.
AusgangsstoffeRaw materials
Es werden hierbei die üblichen Kurzbezeichnungen mit einerThere are the usual short names with a
Kennziffer für den entsprechenden Substitutionsgrad verwendet, z.B.:Code used for the corresponding degree of substitution, e.g .:
CMSOl = Carboxymethylstärke mit DS=0,1CMSOl = carboxymethyl starch with DS = 0.1
CMS07 = Carboxymethylstärke mit DS=0,7CMS07 = carboxymethyl starch with DS = 0.7
CMC12 = Carboxymethylcellulose mit DS=1,2CMC12 = carboxymethyl cellulose with DS = 1.2
CMG15 = Carboxymethylguaran mit DS=1,5CMG15 = carboxymethylguaran with DS = 1.5
CMApl2 = Carboxymethyamylopektin mit DS=1,2CMApl2 = carboxymethyamylopectin with DS = 1.2
Bezugsquellen:Sources of supply:
- CMSOl - Emsize CMS 60, Emsland-Stärke GmbH (49820 Emiichheim)- CMSOl - Emsize CMS 60, Emsland -force GmbH (49820 Emiichheim)
- Andere CMS - Hergestellt nach der Methode von: J.W. Sloan, C.L. Mehltretter, F.R. Senti, Journal of Chemical and Engineering Data, Vol.7, S.156-158, 1962.- Other CMS - Manufactured using the method of: J.W. Sloan, C.L. Mehltretter, F.R. Senti, Journal of Chemical and Engineering Data, Vol.7, pp.156-158, 1962.
- CMC12 (Mw = 250.000 g/mol) - Aldrich Chemical Company, Inc., (Milwaukee, WI 53233 USA)CMC12 (M w = 250,000 g / mol) - Aldrich Chemical Company, Inc., (Milwaukee, WI 53233 USA)
- CMG15 - Meyhall Chemical AG (CH-8280 Kreuzungen)- CMG15 - Meyhall Chemical AG (CH-8280 crossings)
- Gum Guar, Gum Ghatti, Gum Tragacanth (Tragant) , Gu Karaya- Gum Guar, Gum Ghatti, Gum Tragacanth (tragacanth), Gu Karaya
Sigma Chemical Co., (St. Louis, MO 63178 USA)Sigma Chemical Co., (St. Louis, MO 63178 USA)
- Andere Polysaccharide in BioChemika-Qualitat und organische Säuren in p.a. -Qualität - Fluka Chemie AG (CH-9470 Buchs)- Other polysaccharides in BioChemika quality and organic acids in p.a. Quality - Fluka Chemie AG (CH-9470 Buchs)
- Vergleichsprobe 1 (VI) : FAVOR® SXM (Vernetztes Polyacrylat, Hergestellt von der Chemischen Fabrik Stockhausen, Krefeld)- Comparative sample 1 (VI): FAVOR® SXM (cross-linked polyacrylate, manufactured by the Chemische Fabrik Stockhausen, Krefeld)
- Vergleichsprobe 2 (V2): ι-Carrageenan (BioChemika , Art. -Nr. 22045, Fluka) HerStellungsbeispiele- Comparative sample 2 (V2): ι-carrageenan (BioChemika, Art. No. 22045, Fluka) Manufacturing examples
Alle nachfolgenden Proben in den Beispielen wurden nach dem gleichen Prinzip hergestellt: Auflösung des Vernetzers in entsprechender Wassermenge, Zugabe des Derivates und anschließender Vermischung bzw. Verknetung (10 Minuten) , 20 Minuten erhitzen bei 150 °C und einer Teigfläche von 250 cm2 in einem Waffeleisen (oder im Umlufttrockenofen mit gleichen Resultaten) , Vermahlung und Absiebung auf 200 - 500 μm; dieses Produkt wird nachfolgend als Technisches Produkt bezeichnet. Der Rest der Absiebung wird zwei Mal mit einem Überschuß Wasser (auf lg werden 100 ml Wasser verwendet) gewaschen, filtriert und bei 120 °C 4 Stunden (je nach Wassergehalt) im Umlufttrocken-schrank getrocknet. Ist das Gel sehr stark gequollen, so empfiehlt sich ein Zentrifugieren oder eine Druckfiltration des Gels. Dieses Produkt wird Purum Produkt genannt.All of the following samples in the examples were produced according to the same principle: dissolving the crosslinking agent in an appropriate amount of water, adding the derivative and then mixing or kneading (10 minutes), heating for 20 minutes at 150 ° C. and a dough area of 250 cm 2 in one Waffle iron (or in a forced-air drying oven with the same results), grinding and sieving to 200 - 500 μm; this product is referred to below as a technical product. The rest of the sieving is washed twice with an excess of water (100 ml of water are used on 1 g), filtered and dried at 120 ° C. for 4 hours (depending on the water content) in a circulating air drying cabinet. If the gel is very swollen, centrifuging or pressure filtration of the gel is recommended. This product is called the Purum product.
Beispiel 1:Example 1:
Produkt hergestellt aus 30 g CMSOl, 1,118 g Citronensäure undProduct made from 30 g CMSOl, 1.118 g citric acid and
16,2 g Wasser.16.2 g water.
Beispiel 2:Example 2:
Produkt hergestellt aus 30 g CMSOl, 1,677 g Citronensäure undProduct made from 30 g CMSOl, 1.677 g citric acid and
16,2 g Wasser.16.2 g water.
Beispiel 3:Example 3:
Produkt hergestellt aus 30 g CMSOl, 1,957 g Citronensäure undProduct made from 30 g CMSOl, 1.957 g citric acid and
16,2 g Wasser.16.2 g water.
Beispiel 4:Example 4:
Produkt hergestellt aus 30 g CMSOl, 1,246 gProduct made from 30 g CMSOl, 1.246 g
Natriu dihydrogencitrat und 16,2 g Wasser.Natriu dihydrogen citrate and 16.2 g water.
Beispiel 5:Example 5:
Produkt hergestellt aus 30 g CMSOl, 1,87 gProduct made from 30 g CMSOl, 1.87 g
Natriumdihydrogencitrat und 16,2 g Wasser. Beispiel 6 :Sodium dihydrogen citrate and 16.2 g water. Example 6:
Produkt hergestellt aus 30 g CMSOl, 2,181 gProduct made from 30 g CMSOl, 2.181 g
Natriumdihydrogencitrat und 16,2 g Wasser.Sodium dihydrogen citrate and 16.2 g water.
Beispiel 7:Example 7:
Produkt hergestellt aus 30 g CMSOl, 4,269gProduct made from 30 g CMSOl, 4.269g
Dinatriumhydrogencitrat-Hydrat und 16,2 g Wasser.Disodium hydrogen citrate hydrate and 16.2 g water.
Beispiel 8:Example 8:
Produkt hergestellt aus 30 g CMSOl, 5,337 gProduct made from 30 g CMSOl, 5.337 g
Dinatriumhydrogencitrat-Hydrat und 16,2 g Wasser.Disodium hydrogen citrate hydrate and 16.2 g water.
Beispiel 9:Example 9:
Produkt hergestellt aus 30 g CMSOl, 6,404 gProduct made from 30 g CMSOl, 6.404 g
Dinatriumhydrogencitrat-Hydrat und 16,2 g Wasser.Disodium hydrogen citrate hydrate and 16.2 g water.
Beispiel 10:Example 10:
Produkt hergestellt aus 30 g CMSOl, 1,118 g Citronensäure und 16,2 g Wasser. Der fertige Teig wurde 18 Stunden verschlossen stehengelassen .Product made from 30 g CMSOl, 1.118 g citric acid and 16.2 g water. The finished dough was left closed for 18 hours.
Beispiel 11:Example 11:
Produkt hergestellt aus 30 g CMSOl, 1,677 g Citronensäure und 16,2 g Wasser. Der fertige Teig wurde 18 Stunden verschlossen stehengelassen.Product made from 30 g CMSOl, 1.677 g citric acid and 16.2 g water. The finished dough was left closed for 18 hours.
Beispiel 12 :Example 12:
Produkt hergestellt aus 30 g CMSOl, 1,246 g Natriumdihydrogencitrat und 16,2 g Wasser. Der fertige Teig wurde 18 Stunden verschlossen stehengelassen.Product made from 30 g CMSOl, 1.246 g sodium dihydrogen citrate and 16.2 g water. The finished dough was left closed for 18 hours.
Beispiel 13:Example 13:
Produkt hergestellt aus 30 g CMSOl, 1,87 gProduct made from 30 g CMSOl, 1.87 g
Natriumdihydrogencitrat und 16,2 g Wasser. Der fertige Teig wurde 18 Stunden verschlossen stehengelassen. Beispiel 14 :Sodium dihydrogen citrate and 16.2 g water. The finished dough was left closed for 18 hours. Example 14:
Produkt hergestellt aus 30 g CMSOl, 4,269 gProduct made from 30 g CMSOl, 4.269 g
Dinatriumhydrogencitrat-Hydrat und 16,2 g Wasser. Der fertige Teig wurde 18 Stunden verschlossen stehengelassen.Disodium hydrogen citrate hydrate and 16.2 g water. The finished dough was left closed for 18 hours.
Beispiel 15:Example 15:
Produkt hergestellt aus 30 g CMSOl, 6,404 gProduct made from 30 g CMSOl, 6.404 g
Dinatriumhydrogencitrat-Hydrat und 16,2 g Wasser. Der fertige Teig wurde 18 Stunden verschlossen stehengelassen.Disodium hydrogen citrate hydrate and 16.2 g water. The finished dough was left closed for 18 hours.
Beispiel 16:Example 16:
Produkt hergestellt aus 20 g CMS07, 0,615 g Citronensäure undProduct made from 20 g CMS07, 0.615 g citric acid and
10,8 g Wasser.10.8 g water.
Beispiel 17:Example 17:
Produkt hergestellt aus 20 g CMS07 , 0,923 g Citronensäure undProduct made from 20 g CMS07, 0.923 g citric acid and
10,8 g Wasser.10.8 g water.
Beispiel 18:Example 18:
Produkt hergestellt aus 20 g CMSOl, 0,686 gProduct made from 20 g CMSOl, 0.686 g
Natriumdihydrogencitrat und 10,8 g Wasser.Sodium dihydrogen citrate and 10.8 g water.
Beispiel 19:Example 19:
Produkt hergestellt aus 20 g CMSOl, 1,028 gProduct made from 20 g CMSOl, 1.028 g
Natriumdihydrogencitrat und 10,8 g Wasser.Sodium dihydrogen citrate and 10.8 g water.
Beispiel 20:Example 20:
Produkt hergestellt aus 20 g CMSOl, 2,348 gProduct made from 20 g CMSOl, 2.348 g
Dinatriumhydrogencitrat-Hydrat und 10,8 g Wasser.Disodium hydrogen citrate hydrate and 10.8 g water.
Beispiel 21:Example 21:
Produkt hergestellt aus 20 g CMSOl, 3,522 gProduct made from 20 g CMSOl, 3.522 g
Dinatriumhydrogencitrat-Hydrat und 10,8 g Wasser.Disodium hydrogen citrate hydrate and 10.8 g water.
Beispiel 22:Example 22:
Produkt hergestellt wie in Beispiel 18, jedoch wurde das gemahlene Produkt nochmals mit 10,8 g Wasser versetzt und wieder nach dem gleichen Verfahren verarbeitet, um festzustellen, ob eine nochmalige Anfeuchtung und Erhitzen lohnend ist.Product prepared as in Example 18, however, the ground product was again mixed with 10.8 g of water and processed again according to the same procedure to determine whether rewetting and heating is worthwhile.
Beispiel 23:Example 23:
Produkt hergestellt wie in Beispiel 20, jedoch wurde das gemahlene Produkt nochmals mit 10,8 g Wasser versetzt und wieder nach dem gleichen Verfahren verarbeitet, um festzustellen, ob eine nochmalige Anfeuchtung und Erhitzen lohnend ist.Product prepared as in Example 20, but the ground product was again mixed with 10.8 g of water and processed again according to the same procedure in order to determine whether rewetting and heating is worthwhile.
Beispiel 24:Example 24:
Produkt hergestellt wie in Beispiel 4, jedoch wurde das gemahlene Produkt nochmals mit 16,2 g Wasser versetzt und wieder nach dem gleichen Verfahren verarbeitet, um festzustellen, ob eine nochmalige Anfeuchtung und Erhitzen lohnend ist.The product was produced as in Example 4, but the ground product was again mixed with 16.2 g of water and processed again using the same method to determine whether it was worth re-wetting and heating.
Beispiel 25:Example 25:
Produkt hergestellt wie in Beispiel 24, um festzustellen, ob sich die Wiederholungsprozedur reproduzierbar gestalten läßt und die Eigenschaften ähnlich ausfallen.Product produced as in Example 24 to determine whether the repeat procedure can be made reproducible and whether the properties are similar.
Beispiel 26:Example 26:
Produkt hergestellt aus 20 g CMApl2, 0,578 gProduct made from 20 g CMApl2, 0.578 g
Natriumdihydrogencitrat und 10,8 g Wasser.Sodium dihydrogen citrate and 10.8 g water.
Beispiel 27:Example 27:
Produkt hergestellt aus 20 g CMApl2 , 1,98 gProduct made from 20 g CMApl2, 1.98 g
Dinatriumhydrogencitrat-Hydrat und 10,8 g Wasser.Disodium hydrogen citrate hydrate and 10.8 g water.
Beispiel 28:Example 28:
Produkt hergestellt aus 20 g CMApl2, 1,164 gProduct made from 20 g CMApl2, 1.164 g
Natriumdihydrogencitrat und 10,8 g Wasser.Sodium dihydrogen citrate and 10.8 g water.
Beispiel 29:Example 29:
Produkt hergestellt aus 15 g CMAp04, 1,8 gProduct made from 15 g CMAp04, 1.8 g
Dinatriumhydrogencitrat-Hydrat und 10g Wasser. Beispiel 30 :Disodium hydrogen citrate hydrate and 10g water. Example 30:
Produkt hergestellt aus 15 g CMAp04 , 3,7 gProduct made from 15 g CMAp04, 3.7 g
Dinatriumhydrogencitrat-Hydrat und 10g Wasser.Disodium hydrogen citrate hydrate and 10g water.
Beispiel 31:Example 31:
Produkt hergestellt aus 15 g CMC12 , 0,402 g Citronensäure undProduct made from 15 g CMC12, 0.402 g citric acid and
16,2 g Wasser.16.2 g water.
Beispiel 32:Example 32:
Produkt hergestellt aus 15 g CMC12, 0,448 gProduct made from 15 g CMC12, 0.448 g
Natriumdihydrogencitrat und 16,2 g Wasser.Sodium dihydrogen citrate and 16.2 g water.
Beispiel 33:Example 33:
Produkt hergestellt aus einer Mischung mit 15 g CMSOl und 1,5 gProduct made from a mixture with 15 g CMSOl and 1.5 g
Xanthan, 2,3 g Dinatriumhydrogencitrat-Hydrat und 10 g Wasser.Xanthan, 2.3 g disodium hydrogen citrate hydrate and 10 g water.
Beispiel 34:Example 34:
Produkt hergestellt aus einer Mischung mit 15 g CMSOl und 3,5 gProduct made from a mixture of 15 g CMSOl and 3.5 g
Xanthan, 2,6 g Dinatriumhydrogencitrat-Hydrat und 10 g Wasser.Xanthan, 2.6 g disodium hydrogen citrate hydrate and 10 g water.
Beispiel 35:Example 35:
Produkt hergestellt aus einer Mischung mit 15 g CMSOl und 1,5 g Alginsäure (Na-Salz) , 2,3 g Dinatriumhydrogencitrat-Hydrat und 10 g Wasser.Product made from a mixture with 15 g CMSOl and 1.5 g alginic acid (Na salt), 2.3 g disodium hydrogen citrate hydrate and 10 g water.
Beispiel 36:Example 36:
Produkt hergestellt aus einer Mischung mit 15 g CMSOl und 3,5 g Alginsäure (Na-Salz), 2,6 g Dinatriumhydrogencitrat-Hydrat und 10 g Wasser.Product made from a mixture with 15 g CMSOl and 3.5 g alginic acid (Na salt), 2.6 g disodium hydrogen citrate hydrate and 10 g water.
Beispiel 37:Example 37:
Produkt hergestellt aus einer Mischung mit 20 g CMSOl und 4,6 gProduct made from a mixture of 20 g CMSOl and 4.6 g
Guaran, 1,2 g Natriumdihydrogencitrat und 33,1 g Wasser.Guar gum, 1.2 g sodium dihydrogen citrate and 33.1 g water.
Beispiel 38:Example 38:
Produkt hergestellt aus einer Mischung mit 20 g CMSOl und 4,6 gProduct made from a mixture of 20 g CMSOl and 4.6 g
Guaran, 3,6 g Dinatriumhydrogencitrat-Hydrat und 36,9 g Wasser. Beispiel 39 :Guaran, 3.6 g disodium hydrogen citrate hydrate and 36.9 g water. Example 39:
Produkt hergestellt aus einer Mischung mit 20 g CMSOl und 4,6 gProduct made from a mixture of 20 g CMSOl and 4.6 g
Tragant, 1,2 g Natriumdihydrogencitrat und 36,9 g Wasser.Tragacanth, 1.2 g sodium dihydrogen citrate and 36.9 g water.
Beispiel 40:Example 40:
Produkt hergestellt aus einer Mischung mit 20 g CMSOl und 4,6 gProduct made from a mixture of 20 g CMSOl and 4.6 g
Tragant, 3,7 g Dinatriumhydrogencitrat-Hydrat und 37 g Wasser.Tragacanth, 3.7 g disodium hydrogen citrate hydrate and 37 g water.
Beispiel 41:Example 41:
Produkt hergestellt aus einer Mischung mit 20 g CMSOl und 4,6 gProduct made from a mixture of 20 g CMSOl and 4.6 g
Karaya, 1,2 g Natriumdihydrogencitrat und 36,9 g Wasser.Karaya, 1.2 g sodium dihydrogen citrate and 36.9 g water.
Beispiel 42:Example 42:
Produkt hergestellt aus einer Mischung mit 20 g CMSOl und 4,6 gProduct made from a mixture of 20 g CMSOl and 4.6 g
Karaya, 3,7 g Dinatriumhydrogencitrat-Hydrat und 37 g Wasser.Karaya, 3.7 g disodium hydrogen citrate hydrate and 37 g water.
Die nachfolgenden Proben in den Beispielen wurden nach dem gleichen Schema hergestellt: Auflösung des Vernetzers in entsprechender Wassermenge, Zugabe des Derivates und anschließender Vermischung bzw. Verknetung (10 Minuten) . Der zusammengerollte Teig (Durchmesser: ca. 4 - 5 cm) wurde in einem handelsüblichen Mikrowellenofen, mit einer seitlichen Strahlungsquelle und Drehteller, 90 - 100 Sekunden behandelt, bei einer HF-Ausgangsleistung von 500 W und einer Frequenz von 2450 MHz. Der Teig blähte sich auf das doppelte Volumen aus und man erhielt nach der Behandlungsdauer ein trockenes Produkt, das wie bei den obigen Beispielen aufgearbeitet wurde.The following samples in the examples were produced according to the same scheme: dissolving the crosslinking agent in an appropriate amount of water, adding the derivative and then mixing or kneading (10 minutes). The rolled-up dough (diameter: approx. 4-5 cm) was treated in a commercially available microwave oven, with a side radiation source and turntable, for 90-100 seconds, with an RF output power of 500 W and a frequency of 2450 MHz. The dough expanded to twice its volume and a dry product was obtained after the treatment period, which was worked up as in the examples above.
Beispiel 43:Example 43:
Produkt hergestellt aus 20 g CMS07, 0,615 g Citronensäure undProduct made from 20 g CMS07, 0.615 g citric acid and
10,8 g Wasser.10.8 g water.
Beispiel 44:Example 44:
Produkt hergestellt aus 20 g CMS07, 0,615 g Citronensäure undProduct made from 20 g CMS07, 0.615 g citric acid and
10,8 g Wasser (Wiederholung des Beispiels 43). Beispiel 45 :10.8 g water (repetition of example 43). Example 45:
Produkt hergestellt aus 20 g CMS07, 0,923 g Citronensäure undProduct made from 20 g CMS07, 0.923 g citric acid and
10,8 g Wasser. 10.8 g water.
ErläuterungenExplanations
Tabelle 1 und 2: Spalte 1: Beispiel-NummerTables 1 and 2: Column 1: Example number
Spalte 2: Eingesetztes Carboxymethyl-Derivat Spalte 3: Verwendeter Vernetzer (CiS=Citronensäure; NaCiS=Natriumdihydrogen-citrat; Na2CiS=Dinatriumhydrogencitrat) Spalte 4: Molares Verhältnis F von Vernetzer und Polysaccharid- DerivatColumn 2: Carboxymethyl derivative used Column 3: Crosslinker used (CiS = citric acid; NaCiS = sodium dihydrogen citrate; Na 2 CiS = disodium hydrogen citrate) Column 4: Molar ratio F of crosslinker and polysaccharide derivative
Spalte 5: FSC vom technischen Produkt Spalte 6: CRC vom technischen ProduktColumn 5: FSC of the technical product Column 6: CRC of the technical product
Spalte 7: AUL vom technischen Produkt. Zahlenwerte mit doppelter Angabe beziehen sich auf eine Einwaage von 0,6 g (ohne Klammer) und 0,05 g (mit Klammer). Zahlenwerte mit einfacher Angabe beziehen sich auf eine Einwaage von 0,15 g. Spalte 8: Unlösliche Anteile in % vom technischen Produkt Spalte 9: Unlösliche Anteile in % bezogen auf das Polysaccharid-DerivatColumn 7: AUL of the technical product. Numerical values with double information refer to a weight of 0.6 g (without brackets) and 0.05 g (with brackets). Numerical values with simple information refer to a weight of 0.15 g. Column 8: Insoluble fractions in% of the technical product Column 9: Insoluble fractions in% based on the polysaccharide derivative
Spalte 10: Schubspannung für 2% Deformation der gequollenen technischen ProbeColumn 10: shear stress for 2% deformation of the swollen technical sample
Spalte 11: Speichermodul G ' in Pa der gequollenen technischen ProbeColumn 11: Storage module G 'in Pa of the swollen technical sample
Spalte 12: Verlustwinkel δ bzw. tan(<5) der gequollenen technischen ProbeColumn 12: Loss angle δ or tan (<5) of the swollen technical sample
Spalte 13: FSC des purum ProduktesColumn 13: FSC of the purum product
Spalte 14 : CRC des purum ProduktesColumn 14: CRC of the purum product
Spalte 15: AUL des purum Produktes. Zahlenwerte mit doppelterColumn 15: AUL of the purum product. Numerical values with double
Angabe beziehen sich auf eine Einwaage von 0,6 g (ohne Klammer) und 0,05 g (mit Klammer). Zahlenwerte mit einfacher Angabe beziehen sich auf eine Einwaage von 0,15g.Figures refer to a weight of 0.6 g (without bracket) and 0.05 g (with bracket). Numerical values with simple information refer to a weight of 0.15g.
Spalte 16: Gebundener Vernetzer in Milligramm pro Gramm purumColumn 16: Bound crosslinker in milligrams per gram of purum
Produktproduct
Spalte 17: Schubspannung in Pa für 2% Deformation der gequollenen purum ProbeColumn 17: shear stress in Pa for 2% deformation of the swollen purum sample
Spalte 18: Speichermodul G ' in Pa der gequollenen purum ProbeColumn 18: Storage module G 'in Pa of the swollen purum sample
Spalte 19: Verlustwinkel δ bzw. tan(<5) der gequollenen purum Probe Abkürzungen: entf. = entfällt (Bestimmung entfällt hierbei) n.b. = nicht bestimmt (Bestimmung nicht durchgeführt) n.mögl. = nicht möglich (Bestimmung nicht möglich)Column 19: Loss angle δ or tan (<5) of the swollen purum sample Abbreviations: = not applicable (determination not applicable) nb = not determined (determination not carried out) not possible = not possible (determination not possible)
∞ = unendlich (Wert ist unendlich und nicht bestimmbar) ∞ = infinite (value is infinite and cannot be determined)
Tabelle 3 : ITTable 3: IT
Spalte 1: Beispiel-NummerColumn 1: Example number
Spalte 2 : Eingesetztes Carboxymethyl-Derivat Spalte 3: Anteil des Carboxymethyl-Derivates in der Polysaccharid-MischungColumn 2: Carboxymethyl derivative used Column 3: Proportion of the carboxymethyl derivative in the polysaccharide mixture
Spalte 4: Zusätzlich zugemischtes Polysaccharid Spalte 5: Anteil des zusätzlichen Polysaccharides in der Polysaccharid-MischungColumn 4: additionally mixed polysaccharide Column 5: proportion of the additional polysaccharide in the polysaccharide mixture
Spalte 6: Verwendeter Vernetzer (CiS=Citronensäure; NaCiS=Natriumdihydrogen-citrat; Na2CiS=Dinatriumhydrogencitrat) Spalte 7: Molares Verhältnis F von Vernetzer und Polysaccharid- DerivatColumn 6: Crosslinker used (CiS = citric acid; NaCiS = sodium dihydrogen citrate; Na 2 CiS = disodium hydrogen citrate) Column 7: Molar ratio F of crosslinker and polysaccharide derivative
Spalte 8 : FSC vom technischen Produkt Spalte 9: CRC vom technischen ProduktColumn 8: FSC of the technical product Column 9: CRC of the technical product
Spalte 10: AUL vom technischen Produkt. Zahlenwerte mit doppelter Angabe beziehen sich auf eine Einwaage von 0,6 g (ohne Klammer) und 0,05 g (mit Klammer). Zahlenwerte mit einfacher Angabe beziehen sich auf eine Einwaage von 0,15 g. Spalte 11: Unlösliche Anteile in % vom technischen Produkt Spalte 12: Unlösliche Anteile in % bezogen auf das Polysaccharid-DerivatColumn 10: AUL of the technical product. Numerical values with double information refer to a weight of 0.6 g (without brackets) and 0.05 g (with brackets). Numerical values with simple information refer to a weight of 0.15 g. Column 11: Insoluble parts in% of the technical product Column 12: Insoluble parts in% based on the polysaccharide derivative
Spalte 13: Schubspannung für 2% Deformation der gequollenen technischen ProbeColumn 13: shear stress for 2% deformation of the swollen technical sample
Spalte 14: Speichermodul G ' in Pa der gequollenen technischen ProbeColumn 14: Storage module G 'in Pa of the swollen technical sample
Spalte 15: Verlustwinkel δ bzw. tan(<?) der gequollenen technischen ProbeColumn 15: Loss angle δ or tan (<?) Of the swollen technical sample
Spalte 16: FSC des purum ProduktesColumn 16: FSC of the purum product
Spalte 17: CRC des purum ProduktesColumn 17: CRC of the purum product
Spalte 18: AUL des purum Produktes. Zahlenwerte mit doppelterColumn 18: AUL of the purum product. Numerical values with double
Angabe beziehen sich auf eine Einwaage von 0,6 g (ohne Klammer) und 0,05 g (mit Klammer). Zahlenwerte mit einfacher Angabe beziehen sich auf eine Einwaage von 0,15 g.Figures refer to a weight of 0.6 g (without bracket) and 0.05 g (with bracket). Numerical values with simple information refer to a weight of 0.15 g.
Spalte 19: Schubspannung in Pa für 2% Deformation der gequollenen purum ProbeColumn 19: shear stress in Pa for 2% deformation of the swollen purum sample
Spalte 20: Speichermodul G ' in Pa der gequollenen purum ProbeColumn 20: Storage module G 'in Pa of the swollen purum sample
Spalte 21: Verlustwinkel δ bzw. tan ( δ) der gequollenen purum Probe Abkürzungen: entf. = entfällt (Bestimmung entfällt hierbei) n.b. = nicht bestimmt (Bestimmung nicht durchgeführt) n.mögl. = nicht möglich (Bestimmung nicht möglich) oo = unendlich (Wert ist unendlich und nicht bestimmbar) Column 21: Loss angle δ or tan (δ) of the swollen purum sample Abbreviations: = not applicable (determination not applicable) nb = not determined (determination not carried out) not possible = not possible (determination not possible) oo = infinite (value is infinite and cannot be determined)
TabellelTable
Figure imgf000031_0001
Figure imgf000031_0001
Tabelle2Table 2
0303
5β n5β n
H l H-H o H W CΛH l H-H o H W CΛ
03 tr ►03 tr ►
H HH H
O
Figure imgf000032_0001
t-1
O
Figure imgf000032_0001
t- 1
Tabelle 3Table 3
03 m s n03 ms n
H H
Figure imgf000033_0001
M co 03 r >
HH
Figure imgf000033_0001
M co 03 r>
H HH H
3 3

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Biologisch abbaubares, festes Absorptionsmittel für Wasser, wäßrige Lösungen und Körperflüssigkeiten, mit hoher Absorptionskapazität und hoher Gelfestigkeit, das kein Verkleben der äußeren Schichten der Absorptionsmittelteilchen beim Kontakt mit Wasser zeigt mit der Folge, daß ein weiteres Vordringen der Flüssigkeit in das Absorptionsmittelteilchen verhindert wird, erhältlich durch Vernetzung eines ionischen Carboxymethyl- oder Carboxy-Polysaccharid-Derivats in Gegenwart von 10 bis 80 Gew.-% (bezogen auf das Polysaccharid-Derivat) Wasser bei 110 - 180°C, wobei in dem Fall, daß Vernetzungsmittel eingesetzt werden, die Vernetzungsmittel Dicarbon-, Tricarbon- oder Polycarbonsauren sind.1. Biodegradable, solid absorbent for water, aqueous solutions and body fluids, with high absorption capacity and high gel strength, which shows no sticking of the outer layers of the absorbent particles on contact with water, with the result that further penetration of the liquid into the absorbent particles is prevented , obtainable by crosslinking an ionic carboxymethyl or carboxy polysaccharide derivative in the presence of 10 to 80% by weight (based on the polysaccharide derivative) of water at 110-180 ° C., in the event that crosslinking agents are used, the crosslinking agents are dicarboxylic, tricarboxylic or polycarboxylic acids.
2. Absorptionsmittel nach Anspruch 1, wobei die eingesetzten Polysaccharid-Derivate einen durchschnittlichen Substitutions- grad kleiner als 3, vorzugsweise im Bereich von 0,3 bis 2,0, haben.2. Absorbent according to claim 1, wherein the polysaccharide derivatives used have an average degree of substitution less than 3, preferably in the range from 0.3 to 2.0.
3. Absorptionsmittel nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Vernetzungsmittel Dicarbon-, Tricarbon- oder Polycarbonsauren eingesetzt wurden.3. Absorbent according to claim 1 or 2, wherein dicarboxylic, tricarboxylic or polycarboxylic acids have been used as crosslinking agents.
4. Absorptionsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vernetzer in einer Konzentration von 0,001 bis 0,4 Mol (bezogen auf 1 Mol Polysaccharid-Derivat), bevorzugt 0,005 bis 0,2 Mol, eingesetzt wurden.4. Absorbent according to one of the preceding claims, wherein the crosslinking agents were used in a concentration of 0.001 to 0.4 mol (based on 1 mol of polysaccharide derivative), preferably 0.005 to 0.2 mol.
5. Absorptionsmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Polysaccharid-Derivate neutralisierte oder teilneutralisierte Carboxymethyl- bzw. Carboxy-Derivate eingesetzt werden. 5. Absorbent according to one of the preceding claims, wherein neutralized or partially neutralized carboxymethyl or carboxy derivatives are used as polysaccharide derivatives.
6. Absorptionsmittel nach Anspruch 5, wobei das Polysaccharid-Derivat sich von Stärke, Cellulose, Guaran, Johannisbrotkernmehl, Amylose oder Amylopektin ableitet.6. Absorbent according to claim 5, wherein the polysaccharide derivative is derived from starch, cellulose, guar gum, locust bean gum, amylose or amylopectin.
7. Absorptionsmittel nach Anspruch 5, wobei in Abwesenheit eines Vernetzers teilneutralisierte Polysaccharid-Derivate mit einem molaren Verhältnis der Säuregruppen (H-Form) zu freien Hydroxylgruppen (OH-Gruppen) von 0,003 bis 0,2 eingesetzt wurden.7. Absorbent according to claim 5, wherein in the absence of a crosslinker partially neutralized polysaccharide derivatives with a molar ratio of the acid groups (H form) to free hydroxyl groups (OH groups) of 0.003 to 0.2 were used.
8. Verfahren zur Herstellung eines Absorptionsmittels nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein vollneutralisiertes ionisches Carboxymethyl- oder Carboxy- Polysaccharid-Derivat mit einem Vernetzer oder ein ionisches teilneutralisiertes Polysaccharid-Derivat ohne Vernetzer in Gegenwart einer Wassermenge von 10 bis 80 Gew.-% (bezogen auf das Polysaccharid-Derivat) vermischt werden und im Anschluß daran 10 - 50 min bei 110 bis 180°C eine Vernetzung durchgeführt wird.8. A method for producing an absorbent according to any one of the preceding claims, characterized in that a fully neutralized ionic carboxymethyl or carboxy polysaccharide derivative with a crosslinking agent or an ionic partially neutralized polysaccharide derivative without crosslinking agent in the presence of an amount of water from 10 to 80 wt. -% (based on the polysaccharide derivative) are mixed and then a crosslinking is carried out for 10 - 50 min at 110 to 180 ° C.
9. Verwendung des Absorptionsmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Aufnahme und/oder Zurückhaltung von Wasser und/oder wäßrigen Lösungen, insbesondere von wäßrigen Körperflussigkeiten, wie Urin oder Blut, in absorbierenden Erzeugnissen für hygienische und medizinische Zwecke.9. Use of the absorption material according to one of claims 1 to 7 for the absorption and / or retention of water and / or aqueous solutions, in particular of aqueous body fluids, such as urine or blood, in absorbent products for hygienic and medical purposes.
10. Verwendung eines Absorptionsmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Aufnahme und/oder Zurückhaltung von Wasser und/oder wäßrigen Lösungen und/oder wäßrigen Dispersionen in Verpackungsmaterialien, Pflanzenkulturgefäßen oder Kabelummantelungen .10. Use of an absorption material according to one of claims 1 to 7 for the absorption and / or retention of water and / or aqueous solutions and / or aqueous dispersions in packaging materials, plant culture vessels or cable jackets.
11. Verwendung eines Absorptionsmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Aufnahme und/oder Zurückhaltung von Wasser und/oder wäßrigen Lösungen und zur nachfolgenden gesteuerten Abgabe des absorbierten Wassers sowie ggf. der in wäßrigen Polysaccharid-Gel gelösten oder gebundenen Substanzen als Nähr- oder Wirkstoffe an eine Umgebung. 11. Use of an absorption material according to one of claims 1 to 7 for the absorption and / or retention of water and / or aqueous solutions and for the subsequent controlled release of the absorbed water and, if appropriate, the substances dissolved or bound in aqueous polysaccharide gel as nutrients or Active ingredients in an environment.
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