使用多級降解法生產(chǎn)高固體份淀粉分散液的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實(shí)施方案設(shè)及一種用于制備淀粉分散液的工藝。更具體來說，實(shí)施方案 設(shè)及一種用于對淀粉進(jìn)行多級化學(xué)輔助機(jī)械降解W形成穩(wěn)定淀粉顆粒分散液的工藝。
[000引發(fā)明背景
[0003] 合成乳膠是紙張涂料工業(yè)用涂料的粘合劑體系中的重要組分。運(yùn)些應(yīng)用中所使用 的合成乳膠通常具有高固體含量（例如48-58重量％固體份）和允許方便處理的低粘度W 及在紙張涂料工藝中很好的流動(dòng)性和穩(wěn)定性。合成乳膠還實(shí)現(xiàn)極好的粒度控制、粘彈性控 審IJ(例如玻璃化溫度（Tg)和模量）和所生產(chǎn)的涂料的干濕強(qiáng)度。
[0004]除了合成乳膠外，淀粉能夠用于紙張涂料工業(yè)用涂料的粘合劑體系中。例如，已部 分地改用淀粉替代合成乳膠用于紙張涂料工業(yè)用涂料的粘合劑體系中。就它的優(yōu)點(diǎn)來說， 淀粉是一種具有優(yōu)良保水和增稠特性同時(shí)使所生產(chǎn)的涂料具備硬度、孔隙且抗粘連性的相 對低成本的材料。然而，淀粉在運(yùn)些應(yīng)用中的用途受到限制。運(yùn)些限制包括（例如）差的 涂覆流動(dòng)性和差的涂料組合物產(chǎn)品性能，尤其在乳膠替代程度增大時(shí)。
[0005] 為克服運(yùn)些挑戰(zhàn)，開發(fā)類似于合成乳膠能夠W高固體含量（例如至少約40重 量％ )儲存同時(shí)維持低的粘度（例如2000CP或更?。┣覂?yōu)選地平均粒徑不超過2微米的 淀粉產(chǎn)品將是有利的。 發(fā)明概要
[0006] 公開一種用于制備淀粉分散液的工藝，可W包括將飼料淀粉和水性液體組合W形 成淀粉漿液?？蒞對淀粉漿液進(jìn)行第一降解處理W形成第一混合物。第一降解處理期間淀 粉漿液的溫度可W低于膠凝溫度?？蒞將第一混合物加熱到介于膠凝溫度與溶解溫度之間 的溫度?？蒞對經(jīng)過加熱的第一混合物進(jìn)行第二降解處理W形成第二混合物。可W剪切第 二混合物W形成淀粉分散液。
[0007] 定女
[0008] 如本文中所使用，術(shù)語"一（a/an)"、"所述"、"一種（個(gè)）或一種（個(gè)）W上"和 "至少一種（個(gè)）"可W互換使用且包括多種（個(gè)）指示物，除非本文清楚地另作指明。
[0009]除非另外定義，否則所有科學(xué)術(shù)語和技術(shù)術(shù)語應(yīng)理解為具有其所屬技術(shù)中通常使 用的相同含義。出于本發(fā)明的目的，本文定義了其它特定的術(shù)語。
[0010] 如本文中所使用，"ym"是微米的縮寫。
[0011] 如本文中所使用，"°C"是攝氏度的縮寫。
[0012] 如本文中所使用，"cP"是厘泊的縮寫，是測量cgs體系粘度的單位。
[0013] 術(shù)語"包括"、"包含"和此兩詞語的變體在說明書和權(quán)利要求書中出現(xiàn)運(yùn)些術(shù)語的 地方不具限制性含義。因此，例如，包括"一個(gè)"飼料淀粉的工藝可W解釋為指包含"一（個(gè)） 種或一種（個(gè)）W上"飼料淀粉的工藝。此外，與"包含"或"含有"同義的術(shù)語"包括"具 包括性、開放性，且并不排除其它未陳述的元件或方法步驟。
[0014] 如本文中所使用，術(shù)語"和/或"指一種（個(gè)）、一種（個(gè)）W上或所有所列元件。
[0015] 還如本文中，W端點(diǎn)引用數(shù)值范圍包括在所述范圍內(nèi)所包含的全部數(shù)值（例如1 到 5,包括 1、1. 5、2、2. 75、3、3. 80、4、5 等）。
[0016] 如本文中所使用，術(shù)語"飼料淀粉"可W包括由各種比的直鏈淀粉和支鏈淀粉通過 糖巧鍵連接在一起所組成且呈結(jié)晶或半結(jié)晶狀態(tài)的碳水化合物聚合物。飼料淀粉可W選自 多種來源，包括（但不限于）玉米、馬鈴馨、木馨、稻谷、小麥、大麥W及其它谷物和/或塊莖 (例如塊根或塊莖），且其中可W包括蠟質(zhì)淀粉、天然淀粉、未改性天然淀粉和/或高直鏈 淀粉。特定的非限制實(shí)例尤其包括蠟質(zhì)玉米淀粉（例如高支鏈淀粉）和馬齒型淀粉（dent starch)。飼料淀粉還可W包括"改性"飼料淀粉，所述"改性"飼料淀粉可W包括改性淀粉 (特別是玉米、馬鈴馨、木馨），是由乙酷化、氯化、酸水解、酶催化作用或其它改性工藝制備 得到。運(yùn)種"改性"飼料淀粉可W進(jìn)行有目的性的改性W尤其得到其它成果，例如簇酸化淀 粉、徑乙基化淀粉、抗性淀粉（resistantstarch)、熱氧化淀粉、糊精類。在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施 方案中，所述飼料淀粉可W具有許多不同性質(zhì)和/或形式。此等可W包括（但不限于）干 粉和/或淀粉半成品（例如塊狀物）、和/或含水量在小于或等于80重量％范圍內(nèi)，例如， 在35到80重量％范圍內(nèi)；或抑或在35到75重量％ ;或抑或在35到65重量％的漿液。在 一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，所述飼料淀粉具有平均粒徑為約15到約40微米（ym);例如，15 到35ym;或抑或從15到30ym;或抑或從20到40ym的離散單位。本文所提供的兩種或 兩種W上飼料淀粉的混合物也是可行的，且將被視為是本文所提供且論述的"飼料淀粉"。
[0017] 如本文中所使用，術(shù)語"干"是指物質(zhì)（例如飼料淀粉）所吸收和/或結(jié)合的水的 重量不超過約8到約14%。
[0018] 如本文中所使用，術(shù)語"交聯(lián)劑"是指聚合物分子的至少兩條鏈由共價(jià)鍵或氨鍵連 接的化合物。交聯(lián)劑的不同種類可W包括（但不限于）氨基樹脂（尿甲醒樹脂和=聚氯胺 甲醒樹脂）、乙二醒樹脂和金屬離子（錯(cuò)絡(luò)合物）。如果本發(fā)明的分散液使用交聯(lián)劑，則交 聯(lián)劑可W至少部分地根據(jù)存在于淀粉顆粒、涂料的成分、粘合劑和/或膠粘劑組合物上的 反應(yīng)性基團(tuán)和/或經(jīng)過涂覆的基板的最終用途來選擇。術(shù)語不溶粘料（insolubilizer)也 通常結(jié)合淀粉用于界定交聯(lián)化學(xué)的作用。
[0019] 如本文中所使用，術(shù)語"表面活性劑"是指當(dāng)在溶于水或水溶液中時(shí)減小表面張力 或減小兩種液體間或液體與固體間的界面張力的化合物。
[0020] 如本文中所使用，術(shù)語"可溶性淀粉"是指在加熱至或到一范圍從膠凝溫度到低于 飼料淀粉的溶解溫度的溫度時(shí)從飼料淀粉顆粒釋放和/或滲出進(jìn)入水性液體中的淀粉，其 中可溶性淀粉存在于本發(fā)明的淀粉顆粒之間的水性液體中。在一個(gè)實(shí)施方案中，可溶性淀 粉的特征可W是其足夠地小而不能散射可見光譜（例如約380或400納米到約760或780 納米）的光。
[0021] 如本文中所使用，術(shù)語"分散液"是指包含分散在連續(xù)相中的顆粒的兩相體系。所 述分散液可W包含分散在水性液體中的膨脹淀粉顆?；蛐∏?，水性液體形成如本文中所述 的連續(xù)相。所述淀粉顆?？蒞具有不超過2微米的平均粒徑。
[0022] 如本文中所使用，術(shù)語"淀粉顆粒"是指使用本發(fā)明方法由飼料淀粉產(chǎn)生的離散單 元，其中所述離散單元具有非晶形結(jié)構(gòu)。所述淀粉顆粒可W具有不超過2微米的平均粒徑。
[0023] 如本文中所使用，術(shù)語"穩(wěn)定"或"穩(wěn)定性"是指本發(fā)明的淀粉顆粒維持于水性液 體中呈分散液（例如由所述水性液體中所述淀粉顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)度rownianmovement)引 起）的能力w及持續(xù)時(shí)間，其中所述淀粉顆粒的任何沉降可w通過攬拌反轉(zhuǎn)。本發(fā)明淀粉 顆粒的穩(wěn)定分散液在本文所給定的分散液條件下不會膠凝或"聚集（set-up)"。
[0024] 如本文中所使用，術(shù)語"高剪切混合器"是指通過機(jī)械攬拌使淀粉顆粒分散（或輸 送）到如本文所提供的水性液體中的高剪切混合設(shè)備。所述高剪切混合器可W是轉(zhuǎn)子定子 混合器。所述轉(zhuǎn)子定子混合器包括由電機(jī)（例如電動(dòng)機(jī)）供電的至少一個(gè)葉輪或轉(zhuǎn)子或一 系列葉輪和/或轉(zhuǎn)子和至少一個(gè)與轉(zhuǎn)子間建立密合間隙而在材料（例如飼料淀粉）離開轉(zhuǎn) 子時(shí)為其產(chǎn)生極高剪切區(qū)的固定組件（例如定子）。因素如轉(zhuǎn)子直徑和其轉(zhuǎn)速（例如變化 量和周期）、定子環(huán)的設(shè)計(jì)（如數(shù)量、尺寸）和齒的列數(shù)和其角度、轉(zhuǎn)子與定子間的距離（例 如間隙）、滯留時(shí)間和所用轉(zhuǎn)子定子混合器的數(shù)量均有可能會影響形成淀粉顆粒含于水性 液體中的分散液。此等高剪切混合設(shè)備的實(shí)例包括（但不限于）間歇式高剪切混合器、線 上高剪切混合器、線上超高剪切混合器和研磨機(jī)。在一個(gè)實(shí)施方案中，術(shù)語"高剪切混合器" 不包括擠壓機(jī)。
[0025] 如本文中所使用，術(shù)語"膠凝溫度"是指飼料淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)至少部分地從其結(jié)晶 和/或半結(jié)晶狀態(tài)轉(zhuǎn)變而與水性液體組合成粘性果凍狀產(chǎn)物的溫度。所述膠凝溫度可能會 隨壓力和/或分散液中使用的淀粉的種類改變。
[0026] 如本文中所使用，術(shù)語"溶解溫度"是指飼料淀粉實(shí)質(zhì)上未保留結(jié)晶度且變成分子 水平上由水性液體實(shí)質(zhì)上均勻地分散開和實(shí)質(zhì)上均勻地分散在其中的混合物的溫度。所述 溶解溫度可W隨壓力和/或分散液中使用的淀粉的種類改變。
[0027] 如本文中所使用，術(shù)語"膨脹（swell，swelling)"和/或"膨脹的（swollen)"是 指飼料淀粉的體積至少部分地因飼料淀粉初始結(jié)構(gòu)的結(jié)晶度失去且水性液體吸入所產(chǎn)生 的飼料淀粉非晶形結(jié)構(gòu)中而引起增大。
[002引如本文中所使用，術(shù)語"周圍條件"是指為約25°C的溫度（例如25°C)和為約 101. 325千帕（kPa)(例如1個(gè)大氣壓）的壓力。
[0029] 如本文中所使用，術(shù)語"單位機(jī)械能（specificmechanicalenergy) " (SME)定義 為每單位質(zhì)量的材料流動(dòng)通過高剪切混合器時(shí)的總機(jī)械能輸出。本文中提出的SME的單位 為焦/克（J/g)。
[0030] 如本文中所使用，術(shù)語"可再分散"定義為易于分散且水合成水性液體的粉末調(diào) 配物。通常使聚合物的水性分散液進(jìn)行其揮發(fā)性組分被蒸發(fā)（例如通過噴霧干燥或冷凍干 燥）的干燥操作來生產(chǎn)所述聚合物粉末?？蒞通過水性分散液的聚合物顆粒彼此不可逆地 粘聚形成二次顆粒來實(shí)現(xiàn)水性分散液介質(zhì)的蒸發(fā)。二次顆粒的形成使得可再分散性變糟， 此一般伴隨著粉末的性能性質(zhì)變糟。因此，在液體中具有很好的可再分散性為可再分散性 聚合物粉末的最重要性質(zhì)之一。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 本發(fā)明的實(shí)施方案描述一種高剪切混合器用于制備淀粉顆粒在水性液體中的分 散液的用途。所述淀粉顆粒由飼料淀粉形成。工藝中使飼料淀粉/水性液體混合物在預(yù)定 時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行多次降解處理協(xié)助于產(chǎn)生如本文所述的分散液。運(yùn)些降解處理可W在如本文中 進(jìn)一步論述的工藝中配置W降解（例如還原或分解）存在于水性介質(zhì)中的可溶性淀粉。將 飼料淀粉與水性液體組合。可W對已組合的飼料淀粉和水性液體進(jìn)行第一降解處理W形成 第一混合物。所述第一降解處理期間飼料淀粉/水性液體混合物的第一溫度比飼料淀粉的 膠凝溫度低。將第一混合物加熱到介于所述飼料淀粉的膠凝溫度與溶解溫度之間的第二溫 度。在第二溫度下，飼料淀粉的結(jié)構(gòu)可能會隨著其至少部分地失去其結(jié)晶結(jié)構(gòu)且吸收至少 一部分水性液體形成非晶形結(jié)構(gòu)而膨脹。
[0032] 此后，使經(jīng)過加熱的第一混合物進(jìn)行第二降解處理W形成第二混合物。剪切所述 飼料淀粉（例如存在于第二混合物中的飼料淀粉）W形成分散液的淀粉顆粒。飼料淀粉可 W在剪切期間膨脹，此可提高剪切工藝的有效性。分散液可W具有提高的儲存穩(wěn)定性、高固 體含量和低粘度，如本文中進(jìn)一步論述。多級降解法（例如工