JPH09501448A - 熱可塑性デンプンの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 補充可能な粗原料を基本にして熱可塑性デンプンを製造するための方法、および、必要ならこれをさらに粒子に加工する方法が開示されている。低粘度デンプンを押出過程中に低剪断応力下で改変し、これをストリップ、糸の形態で、または他の幾何形状で、増加した粘度で押出機から放出させる。本発明の利点は、主に、デンプン生成物の改善された品質、押出機設備の機械部品の保存性、および押出機の名目生産量の増加にある。

Description

【発明の詳細な説明】 熱可塑性デンプンの製造方法 本発明は、ストリップ、糸の形態で、または他の幾何形状で押出すことにより 、補充可能な粗原料を基本にして、バイオポリマー性熱可塑性デンプンを製造す る方法に関する。この押出物をさらに粒状物に加工することができる。 従来技術において、熱可塑性デンプンおよび他の修飾化デンプンからの粒状物 は、押出機の出口のところで熱い修飾化デンプンを回転刃により粒状片に直接切 断するように押出することによって得られる。この押出工程中に、デンプンは加 圧および加温下に砕解される。通常、１０〜２０％の天然の水含量が十分であり 、所望により、溶剤、添加剤および可塑剤を添加することができる。この可塑性 の熱デンプン塊は、押出機における反応条件および高い剪断応力によって機械的 および／または物理化学的な損傷を受け易い。即ち、望ましくない副作用として 、デンプンポリマーの不可避の分子分解を受ける。デンプンのフィルム強度は分 子量に依存して低下するので、結果として、押出されたデンプンの結合強度およ びフィルム強度が低下する。二軸スクリュー押出機は、破壊されたデンプンの高 い粘度および粘着性のゆえに、平均以上の摩耗を示す。従って、いずれかの極め て高価な耐摩耗性の機械部品を押出機ケーシングに使用しなければならず、かつ 、スクリュー材料またはそのそれぞれの構成要素は比例量以上の摩耗を受け易く 、これが製造された熱可塑性デンプンの高いコストおよび一定しない品質を与え る。押出機の摩耗と引裂の問題およびデンプン熱可塑性プラスチックの品質の問 題のゆえに、例えばGB-A-2 208 652に開示されているこの方法は、これまで広く 受入れられていなかった。 本発明の目的は、好ましくは粒状または繊維の形態にあるデンプン押出物を製 造するための改良法であって、生成物の品質を改善し、押出機の装備の機械的摩 耗を減少させつつその能力を増大させる改良法を提供することである。 この目的は、請求の範囲に記載した特徴によって達成される。 本発明は次のコンセプトに基づくものである：熱可塑性デンプンを、押出過程 において低粘度および低剪断強度で砕解し、物理化学的に改変する。この高粘度 液体の熱可塑性デンプンを、ストリップ、フィラメントの形態で、または他の幾 何形状で押出機から放出させ、次いで調整を行なって該デンプンを圧縮、安定化 および注意深く後処理する。次いで、この固化したデンプンを粒状化またはさら に繊維に加工してもよく、さらに後の調整工程において所望の残留水分に調節お よび包装してもよい。 本発明は次の利点を示す：熱可塑性デンプンの保護、分子の分解がないこと、 相当に改善された品質、押出機装備の保護、内部摩擦が相当に最小化されること により摩耗がないこと、および特に低いトルクおよびエネルギー供給時の高い収 量。例えば、本発明の方法は、現在既知の方法に比べて二軸スクリュー押出機の 名目生産量の３倍量を与える。 本発明を実施例により説明する。 添付した図面の図１は、粒状化熱可塑性デンプンを製造するための方法の発明 原理を示す。 図１に示すように、熱可塑性デンプンを製造するための方法に従って、出発原 料をミキサー１中で混合する。補充可能な粗原料、例えばトウモロコシ、コムギ 、ジャガイモ、タピオカ、雑種トウモロコシまたは他の穀物もしくはデンプン含 有の根もしくは塊茎からのポリマー炭水化物などからの粗原料の混合物を用い、 追加の適当な乳化剤、例えばグリセリンモノステアレートなどをこの混合物に加 える。混合した後、この均質な塊を緩衝容器２に加え、この容器には連続工程の ために十分量の混合物を常に保持させる。この容器から供給スクリュー３が混合 物を計量装置４に輸送し、この計量装置が二軸スクリュー押出機６に第１の入口 ５から予め決定した量の混合物を供給する。この混合物の供給と同時に、さらに 別の添加剤、特に可塑、可溶化、疎水化、染色、皮膜形成、皮膜形成増強および ／または繊維助剤を、第２の入口７から二軸スクリュー押出機６に供給する。さ らに、特に可塑化を増強するためのグリセリンおよび／または支持テキスチャー を形成させるための紡織繊維を用いることができる。全体として、これら追加の 添 加剤は溶融粘度をさらに低下させるように働き、従って、押出中のデンプンに対 してより低い剪断応力を与える結果によりデンプンポリマーの分子構造を維持す るように寄与する。また、押出機の機械部品の機械的応力が大きく低下し、押出 機ケーシングまたは押出機スクリューにおける摩耗の早期の徴候を妨げることが できる。混合物中の補充可能な粗原料の割合は５０〜９０％であるのが好ましい が、製造するデンプン製品の性質に対する要求に依存して、より高いかまたはよ り低い割合であってもよい。反応中に粗原料混合物は、加圧および加温(例えば 、加熱装置８による加熱)下に二軸スクリュー押出機６中で分解され、物理化学 的に改変される。適切な温度コントロール装置が、押出機６中の場所および時間 に関して温度プロフィールを調節するように働き、処理を最適なものにする（例 えば、ドイツ特許出願 P 42 28 016.0中の調節に従う）。二軸スクリュー押出機 ６を離れる直前に、溶融物の粘度は湿気の除去によって上昇し、同時にその温度 が低下し、例えば２５〜１５０ｂａｒの圧力下および例えば３０〜２２０℃、好 ましくは３０〜９９℃の温度で、デンプンをストリップ、糸の形態または他の幾 何形状で吐出させ、所望により連続フィラメントに紡ぐ。 二軸スクリュー押出機６に続く、例えば回転コンベヤーベルトの形態にある処 理ライン９において、押出物を暴気装置１０によって物理化学的に後処理するこ とができる。特に、テキスチャーを固化および安定化するように調整することが できる。 粒状物を製造するときには、固化したデンプンをミル中で粉砕し、粒状化し、 そして乾燥機１２中に入れて液体、揮発性可塑剤および助剤を除去する。この乾 燥工程は、乾燥機１２中での粒状物の連続回転、乾燥機１２の通風(例えば、送 風機１３および排気装置１４ならびに加熱装置１５による)からなる。最後に、 粒状物をコンベヤー１６によってふるい１７に供給して選別し、次いでこれらを 充填ステーション１８において重量測定し、包装する。ふるい１７に供給する粒 状物の量をコントロールするために、ふるいにオーバーフロー容器１９を設置す る。 以下に挙げる実施例は、混合物の組成および方法の条件を説明することを意図 するものである。 均質混合ミキサー１において、トウモロコシデンプン１００kgとグリセリンモ ノステアレート１kgの混合物を製造する。この混合物を、４５kg／時の流速で二 軸スクリュー押出機６[ベルナー・ウント・プフライデラー社(Werner & Pf1eide rer AG)(ドイツ)の「コンチヌア(Continua)３７」、約４０mmのスクリュー直径 を有する]に連続供給する。同時に、グリセリンを１５kg／時の流速で加える。 最後の２つの区域を冷却することによって、ダイのところでの出口温度を９０℃ に調節する。２１０ｒｐｍのスクリュー速度で６２ｂａｒの塊圧力が生じる。放 出されたフィラメントをコンベヤーベルト９上で後処理し、ミル１１に供給する 。この粉砕された物質を櫂形乾燥機１２中で連続乾燥して２％の含水量にする。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年８月２日 【補正内容】 明細書 熱可塑性デンプンの製造方法 本発明は、ストリップ、糸の形態で、または他の幾何形状で押出すことにより 、補充可能な粗原料を基本にして、バイオポリマー性熱可塑性デンプンを製造す る方法に関する。この押出物をさらに粒状物に加工することができる。 従来技術において、熱可塑性デンプンおよび他の修飾化デンプンからの粒状物 は、押出機の出口のところで熱い修飾化デンプンを回転刃により粒状片に直接切 断するように押出することによって得られる。この押出工程中に、デンプンは加 圧および加温下に砕解される。通常、１０〜２０％の天然の水含量が十分であり 、所望により、溶剤、添加剤および可塑剤を添加することができる。この可塑性 の熱デンプン塊は、押出機における反応条件および高い剪断応力によって機械的 および／または物理化学的な損傷を受け易い。即ち、望ましくない副作用として 、デンプンポリマーの不可避の分子分解を受ける。デンプンのフィルム強度は分 子量に依存して低下するので、結果として、押出されたデンプンの結合強度およ びフィルム強度が低下する。二軸スクリュー押出機は、破壊されたデンプンの高 い粘度および粘着性のゆえに、平均以上の摩耗を示す。従って、いずれかの極め て高価な耐摩耗性の機械部品を押出機ケーシングに使用しなければならず、かつ 、スクリュー材料またはそのそれぞれの構成要素は比例量以上の摩耗を受け易く 、これが製造された熱可塑性デンプンの高いコストおよび一定しない品質を与え る。押出機の摩耗と引裂の問題およびデンプン熱可塑性プラスチックの品質の問 題のゆえに、例えばGB-A-2 208 652に開示されているこの方法は、これまで広く 受入れられていなかった。 WO-A-94 04 600は、炭水化物の形態にある植物粗原料から１段階で生物分解性 フィルムを連続生産するための方法を開示している。植物粗原料の改変および可 塑化ならびにフィルムの製造は、単一の加工工程において中断されることなく行 われる。 CH-A-679 564は、出発原料（少なくとも一部がデンプンまたはデンプン誘導体 ）を押出機中で水および／またはアルコールと共に連続圧縮し（この結果、ゲル 化する）、そして外形形成手段により加工する押出法を開示している。この押出 過程中は、ほぼ同じ温度を維持する。 本発明の目的は、好ましくは粒状または繊維の形態にあるデンプン押出物を製 造するための改良法であって、生成物の品質を改善し、押出機の装備の機械的摩 耗を減少させつつその能力を増大させる改良法を提供することである。 この目的は、請求の範囲に記載した特徴によって達成される。 本発明は次のコンセプトに基づくものである：熱可塑性デンプンを、押出過程 において低粘度および低剪断強度で砕解し、物理化学的に改変する。この高粘度 液体の熱可塑性デンプンを、ストリップ、糸の形態で、または他の幾何形状で押 出機から放出させ、次いで調整を行なって該デンプンを圧縮、安定化および注意 深く後処理する。次いで、この固化したデンプンを粒状化またはさらに繊維に加 工してもよく、さらに後の調整工程において所望の残留水分に調節および包装し てもよい。 本発明は次の利点を示す：熱可塑性デンプンの保護、分子の分解がないこと、 相当に改善された品質、押出機装備の保護、内部摩擦が相当に最小化されること により摩耗がないこと、および特に低いトルクおよびエネルギー供給時の高い収 量。例えば、本発明の方法は、現在既知の方法に比べて二軸スクリュー押出機の 名目生産量の３倍量を与える。 本発明を実施例により説明する。 添付した図面の図１は、粒状化熱可塑性デンプンを製造するための方法の発明 原理を示す。 図１に示すように、熱可塑性デンプンを製造するための方法に従って、出発原 料をミキサー１中で混合する。補充可能な粗原料、例えばトウモロコシ、コムギ 、ジャガイモ、タピオカ、雑種トウモロコシまたは他の穀物もしくはデンプン含 有の根もしくは塊茎からのポリマー炭水化物などからの粗原料の混合物を用い、 追加の適当な乳化剤、例えばグリセリンモノステアレートなどをこの混合物に加 え る。混合した後、この均質な塊を緩衝容器２に加え、この容器には連続工程のた めに十分量の混合物を常に保持させる。この容器から供給スクリュー３が混合物 を計量装置４に輸送し、この計量装置が二軸スクリュー押出機６に第１の入口５ から予め決定した量の混合物を供給する。この混合物の供給と同時に、さらに別 の添加剤、特に可塑、可溶化、疎水化、染色、皮膜形成、皮膜形成増強および／ または繊維助剤を、第２の入口７から二軸スクリュー押出機６に供給する。さら に、特に可塑化を増強するためのグリセリンおよび／または支持テキスチャーを 形成させるための紡織繊維を用いることができる。全体として、これら追加の添 請求の範囲 １．補充可能なデンプン含有粗原料を基本にして、そして所望により固体およ び／または液体添加物を用いて、好ましくは粒状または繊維形態にある熱可塑性 デンプンを製造するための方法であって、以下の工程からなる方法： ａ）第１区域において補充可能な粗原料を所望により固体および／または液体 添加物と混合して均質な粗原料混合物を得、 ｂ）この粗原料混合物の用量を第２区域に加え、 ｃ）さらに別の添加剤の用量を第２区域に加え、 ｄ）この粗原料混合物を加熱および反応させ、第３区域において第１粘度を有 する溶融物を生成させ、 ｅ）この溶融物を第４および第５区域において冷却および可塑化し、第１粘度 より高い第２粘度を有する熱可塑性デンプンを押出し、 ｆ）この押出物を第６区域において調整し、そして ｇ）この押出物を第７区域において放出させる。 ２．放出させた押出物を第８区域において乾燥させる請求項１に記載の方法。 ３．粗原料混合物中の補充可能な粗原料が、トウモロコシ、コムギ、ジャガイ モ、タピオカ、雑種トウモロコシおよび他の穀物またはデンプン含有の根もしく は塊茎から得られるポリマー炭水化物である請求項１または２に記載の方法。 ４．添加剤として、グリセリンモノステアレートを乳化剤として、好ましくは 第１区域において添加する請求項１〜３のいずれかに記載の方法。 ５．さらに別の添加剤として、可塑、軟化、可溶化、疎水化、染色、皮膜形成 、皮膜形成増強および繊維助剤を、好ましくは第２区域において添加することを 特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。 ６．可塑化助剤としてグリセリンを添加することを特徴とする請求項５に記載 の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ， ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ (72)発明者 ポメランツ、ヴィンフリート ドイツ連邦共和国 デー―32130 エンガ ー、エルンテヴェーク ８番 (72)発明者 クレンケ、クルト ドイツ連邦共和国 デー―47533 クレー ヴェ、シュテッヒバーン 63番 (72)発明者 シュミット、ハラルト ドイツ連邦共和国 デー―46446 エメリ ッヒ、コッペルヴェーク 13番 (72)発明者 ホイヤー、ヨーアヒム ドイツ連邦共和国 デー―47559 クラネ ンブルク、メーゲルカンプ 47番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．補充可能な粗原料を基本にして、好ましくは粒状または繊維形態にある熱 可塑性デンプンを製造するための方法であって、低粘度を有する粗原料混合物を 押出工程において化学的および／または物理的に処理し、増加した粘度で吐出さ せる、以下の工程を特徴とする方法： ａ）第１区域において補充可能な粗原料を所望により固体および／または液体 添加物と混合して均質な粗原料混合物を得、 ｂ）この粗原料混合物の用量を第２区域に加え、 ｃ）さらに別の添加剤の用量を第２区域に加え、 ｄ）この粗原料混合物を加熱および反応させ、第３区域において低粘度溶融物 を生成させ、 ｅ）この溶融物を第４および第５区域において冷却および可塑化し、増加した 粘度を有するデンプンを押出し、 ｆ）この押出物を第６区域において調整し、そして ｇ）この押出物を第７区域において放出させる。 ２．放出させた押出物を第８区域において乾燥させる請求項１に記載の方法。 ３．粗原料混合物中の補充可能な粗原料が、トウモロコシ、コムギ、ジャガイ モ、タピオカ、雑種トウモロコシおよび他の穀物またはデンプン含有の根もしく は塊茎から得られるポリマー炭水化物である請求項１または２に記載の方法。 ４．添加剤として、グリセリンモノステアレートを乳化剤として、好ましくは 第１区域において添加する請求項１〜３のいずれかに記載の方法。 ５．さらに別の添加剤として、可塑、軟化、可溶化、疎水化、染色、皮膜形成 、皮膜形成増強および繊維助剤を、好ましくは第２区域において添加することを 特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。 ６．可塑化助剤としてグリセリンを添加することを特徴とする請求項５に記載 の方法。 ７．繊維助剤として紡織繊維を添加することを特徴とする請求項５または６に 記載の方法。 ８．粗原料混合物が、５〜９５％、好ましくは５０〜９０％、特に６０〜８５ ％の補充可能な粗原料を含有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記 載の方法。 ９．第１区域において、粗原料と添加剤をミキサー(１)中で混合して均質な粗 原料混合物を得ることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の方法。 10．第２〜第５区域において、圧力／温度プロフィールに関して、二軸スクリ ュー押出機(６)において粗原料混合物を加熱し、破壊し、物理化学的に改変し、 そして冷却することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の方法。 11．押出工程における処理を、２５〜１５０ｂａｒの圧力および３０〜２２０ ℃、好ましくは３０〜９９℃の温度で行なうことを特徴とする請求項１〜10のい ずれかに記載の方法。 12．改変されたデンプンをストリップ、糸の形態または他の幾何形状で押出す ことを特徴とする請求項１〜11のいずれかに記載の方法。 13．高いかまたは低い大気圧下、気体および／または液体および／または固体 助剤を用いて押出物を調整することによって、押出物を第６区域において後処理 にかけることを特徴とする請求項１〜12のいずれかに記載の方法。 14．可塑化したデンプンを調整工程後の粉砕工程において、好ましくは第７区 域において粒状熱可塑性デンプンに砕解し、そして／または連続フィラメントと して放出させることを特徴とする請求項１〜13のいずれかに記載の方法。 15．揮発性の軟化剤および助剤を、好ましくは第８区域において、乾燥工程で 得られる押出物から除去し、これにより固体原料の規定した含量を調節すること を特徴とする請求項１〜14のいずれかに記載の方法。 16．請求項１〜15のいずれかに記載の方法に従って製造しうるデンプンの粒子 および／または繊維の形態にある押出物。