使用多级降解法生产高固体份淀粉分散液的工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明的实施方案设及一种用于制备淀粉分散液的工艺。更具体来说，实施方案 设及一种用于对淀粉进行多级化学辅助机械降解W形成稳定淀粉颗粒分散液的工艺。
[000引发明背景
[0003] 合成乳胶是纸张涂料工业用涂料的粘合剂体系中的重要组分。运些应用中所使用 的合成乳胶通常具有高固体含量（例如48-58重量％固体份）和允许方便处理的低粘度W 及在纸张涂料工艺中很好的流动性和稳定性。合成乳胶还实现极好的粒度控制、粘弹性控 审IJ(例如玻璃化溫度（Tg)和模量）和所生产的涂料的干湿强度。
[0004]除了合成乳胶外，淀粉能够用于纸张涂料工业用涂料的粘合剂体系中。例如，已部 分地改用淀粉替代合成乳胶用于纸张涂料工业用涂料的粘合剂体系中。就它的优点来说， 淀粉是一种具有优良保水和增稠特性同时使所生产的涂料具备硬度、孔隙且抗粘连性的相 对低成本的材料。然而，淀粉在运些应用中的用途受到限制。运些限制包括（例如）差的 涂覆流动性和差的涂料组合物产品性能，尤其在乳胶替代程度增大时。
[0005] 为克服运些挑战，开发类似于合成乳胶能够W高固体含量（例如至少约40重 量％ )储存同时维持低的粘度（例如2000CP或更小）且优选地平均粒径不超过2微米的 淀粉产品将是有利的。 发明概要
[0006] 公开一种用于制备淀粉分散液的工艺，可W包括将饲料淀粉和水性液体组合W形 成淀粉浆液。可W对淀粉浆液进行第一降解处理W形成第一混合物。第一降解处理期间淀 粉浆液的溫度可W低于胶凝溫度。可W将第一混合物加热到介于胶凝溫度与溶解溫度之间 的溫度。可W对经过加热的第一混合物进行第二降解处理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，术语"一（a/an)"、"所述"、"一种（个）或一种（个）W上"和 "至少一种（个）"可W互换使用且包括多种（个）指示物，除非本文清楚地另作指明。
[0009]除非另外定义，否则所有科学术语和技术术语应理解为具有其所属技术中通常使 用的相同含义。出于本发明的目的，本文定义了其它特定的术语。
[0010] 如本文中所使用，"ym"是微米的缩写。
[0011] 如本文中所使用，"°C"是摄氏度的缩写。
[0012] 如本文中所使用，"cP"是厘泊的缩写，是测量cgs体系粘度的单位。
[0013] 术语"包括"、"包含"和此两词语的变体在说明书和权利要求书中出现运些术语的 地方不具限制性含义。因此，例如，包括"一个"饲料淀粉的工艺可W解释为指包含"一（个） 种或一种（个）W上"饲料淀粉的工艺。此外，与"包含"或"含有"同义的术语"包括"具 包括性、开放性，且并不排除其它未陈述的元件或方法步骤。
[0014] 如本文中所使用，术语"和/或"指一种（个）、一种（个）W上或所有所列元件。
[0015] 还如本文中，W端点引用数值范围包括在所述范围内所包含的全部数值（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，术语"饲料淀粉"可W包括由各种比的直链淀粉和支链淀粉通过 糖巧键连接在一起所组成且呈结晶或半结晶状态的碳水化合物聚合物。饲料淀粉可W选自 多种来源，包括（但不限于）玉米、马铃馨、木馨、稻谷、小麦、大麦W及其它谷物和/或块茎 (例如块根或块茎），且其中可W包括蜡质淀粉、天然淀粉、未改性天然淀粉和/或高直链 淀粉。特定的非限制实例尤其包括蜡质玉米淀粉（例如高支链淀粉）和马齿型淀粉（dent starch)。饲料淀粉还可W包括"改性"饲料淀粉，所述"改性"饲料淀粉可W包括改性淀粉 (特别是玉米、马铃馨、木馨），是由乙酷化、氯化、酸水解、酶催化作用或其它改性工艺制备 得到。运种"改性"饲料淀粉可W进行有目的性的改性W尤其得到其它成果，例如簇酸化淀 粉、径乙基化淀粉、抗性淀粉（resistantstarch)、热氧化淀粉、糊精类。在一个或多个实施 方案中，所述饲料淀粉可W具有许多不同性质和/或形式。此等可W包括（但不限于）干 粉和/或淀粉半成品（例如块状物）、和/或含水量在小于或等于80重量％范围内，例如， 在35到80重量％范围内；或抑或在35到75重量％ ;或抑或在35到65重量％的浆液。在 一个或多个实施方案中，所述饲料淀粉具有平均粒径为约15到约40微米（ym);例如，15 到35ym;或抑或从15到30ym;或抑或从20到40ym的离散单位。本文所提供的两种或 两种W上饲料淀粉的混合物也是可行的，且将被视为是本文所提供且论述的"饲料淀粉"。
[0017] 如本文中所使用，术语"干"是指物质（例如饲料淀粉）所吸收和/或结合的水的 重量不超过约8到约14%。
[0018] 如本文中所使用，术语"交联剂"是指聚合物分子的至少两条链由共价键或氨键连 接的化合物。交联剂的不同种类可W包括（但不限于）氨基树脂（尿甲醒树脂和=聚氯胺 甲醒树脂）、乙二醒树脂和金属离子（错络合物）。如果本发明的分散液使用交联剂，则交 联剂可W至少部分地根据存在于淀粉颗粒、涂料的成分、粘合剂和/或胶粘剂组合物上的 反应性基团和/或经过涂覆的基板的最终用途来选择。术语不溶粘料（insolubilizer)也 通常结合淀粉用于界定交联化学的作用。
[0019] 如本文中所使用，术语"表面活性剂"是指当在溶于水或水溶液中时减小表面张力 或减小两种液体间或液体与固体间的界面张力的化合物。
[0020] 如本文中所使用，术语"可溶性淀粉"是指在加热至或到一范围从胶凝溫度到低于 饲料淀粉的溶解溫度的溫度时从饲料淀粉颗粒释放和/或渗出进入水性液体中的淀粉，其 中可溶性淀粉存在于本发明的淀粉颗粒之间的水性液体中。在一个实施方案中，可溶性淀 粉的特征可W是其足够地小而不能散射可见光谱（例如约380或400纳米到约760或780 纳米）的光。
[0021] 如本文中所使用，术语"分散液"是指包含分散在连续相中的颗粒的两相体系。所 述分散液可W包含分散在水性液体中的膨胀淀粉颗粒或小球，水性液体形成如本文中所述 的连续相。所述淀粉颗粒可W具有不超过2微米的平均粒径。
[0022] 如本文中所使用，术语"淀粉颗粒"是指使用本发明方法由饲料淀粉产生的离散单 元，其中所述离散单元具有非晶形结构。所述淀粉颗粒可W具有不超过2微米的平均粒径。
[0023] 如本文中所使用，术语"稳定"或"稳定性"是指本发明的淀粉颗粒维持于水性液 体中呈分散液（例如由所述水性液体中所述淀粉颗粒的布朗运动度rownianmovement)引 起）的能力w及持续时间，其中所述淀粉颗粒的任何沉降可w通过揽拌反转。本发明淀粉 颗粒的稳定分散液在本文所给定的分散液条件下不会胶凝或"聚集（set-up)"。
[0024] 如本文中所使用，术语"高剪切混合器"是指通过机械揽拌使淀粉颗粒分散（或输 送）到如本文所提供的水性液体中的高剪切混合设备。所述高剪切混合器可W是转子定子 混合器。所述转子定子混合器包括由电机（例如电动机）供电的至少一个叶轮或转子或一 系列叶轮和/或转子和至少一个与转子间建立密合间隙而在材料（例如饲料淀粉）离开转 子时为其产生极高剪切区的固定组件（例如定子）。因素如转子直径和其转速（例如变化 量和周期）、定子环的设计（如数量、尺寸）和齿的列数和其角度、转子与定子间的距离（例 如间隙）、滞留时间和所用转子定子混合器的数量均有可能会影响形成淀粉颗粒含于水性 液体中的分散液。此等高剪切混合设备的实例包括（但不限于）间歇式高剪切混合器、线 上高剪切混合器、线上超高剪切混合器和研磨机。在一个实施方案中，术语"高剪切混合器" 不包括挤压机。
[0025] 如本文中所使用，术语"胶凝溫度"是指饲料淀粉的结晶结构至少部分地从其结晶 和/或半结晶状态转变而与水性液体组合成粘性果冻状产物的溫度。所述胶凝溫度可能会 随压力和/或分散液中使用的淀粉的种类改变。
[0026] 如本文中所使用，术语"溶解溫度"是指饲料淀粉实质上未保留结晶度且变成分子 水平上由水性液体实质上均匀地分散开和实质上均匀地分散在其中的混合物的溫度。所述 溶解溫度可W随压力和/或分散液中使用的淀粉的种类改变。
[0027] 如本文中所使用，术语"膨胀（swell，swelling)"和/或"膨胀的（swollen)"是 指饲料淀粉的体积至少部分地因饲料淀粉初始结构的结晶度失去且水性液体吸入所产生 的饲料淀粉非晶形结构中而引起增大。
[002引如本文中所使用，术语"周围条件"是指为约25°C的溫度（例如25°C)和为约 101. 325千帕（kPa)(例如1个大气压）的压力。
[0029] 如本文中所使用，术语"单位机械能（specificmechanicalenergy) " (SME)定义 为每单位质量的材料流动通过高剪切混合器时的总机械能输出。本文中提出的SME的单位 为焦/克（J/g)。
[0030] 如本文中所使用，术语"可再分散"定义为易于分散且水合成水性液体的粉末调 配物。通常使聚合物的水性分散液进行其挥发性组分被蒸发（例如通过喷雾干燥或冷冻干 燥）的干燥操作来生产所述聚合物粉末。可W通过水性分散液的聚合物颗粒彼此不可逆地 粘聚形成二次颗粒来实现水性分散液介质的蒸发。二次颗粒的形成使得可再分散性变糟， 此一般伴随着粉末的性能性质变糟。因此，在液体中具有很好的可再分散性为可再分散性 聚合物粉末的最重要性质之一。
【具体实施方式】
[0031] 本发明的实施方案描述一种高剪切混合器用于制备淀粉颗粒在水性液体中的分 散液的用途。所述淀粉颗粒由饲料淀粉形成。工艺中使饲料淀粉/水性液体混合物在预定 时间点进行多次降解处理协助于产生如本文所述的分散液。运些降解处理可W在如本文中 进一步论述的工艺中配置W降解（例如还原或分解）存在于水性介质中的可溶性淀粉。将 饲料淀粉与水性液体组合。可W对已组合的饲料淀粉和水性液体进行第一降解处理W形成 第一混合物。所述第一降解处理期间饲料淀粉/水性液体混合物的第一溫度比饲料淀粉的 胶凝溫度低。将第一混合物加热到介于所述饲料淀粉的胶凝溫度与溶解溫度之间的第二溫 度。在第二溫度下，饲料淀粉的结构可能会随着其至少部分地失去其结晶结构且吸收至少 一部分水性液体形成非晶形结构而膨胀。
[0032] 此后，使经过加热的第一混合物进行第二降解处理W形成第二混合物。剪切所述 饲料淀粉（例如存在于第二混合物中的饲料淀粉）W形成分散液的淀粉颗粒。饲料淀粉可 W在剪切期间膨胀，此可提高剪切工艺的有效性。分散液可W具有提高的储存稳定性、高固 体含量和低粘度，如本文中进一步论述。多级降解法（例如工