專利名稱：具有改進(jìn)性質(zhì)的羧甲基纖維素的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及賦予羧甲基纖維素改進(jìn)性質(zhì)的方法。
背景技術(shù)：
纖維素的聚合物骨架是脫水葡萄糖結(jié)構(gòu)單元的重復(fù)結(jié)構(gòu)。用苛性堿溶液之后用氯乙酸對(duì)纖維素纖維的處理產(chǎn)生了被羧甲基基團(tuán)取代的纖維素醚，即一種被稱作羧甲基纖維素(“CMC")的纖維素衍生物。CMC通常以固體干燥形式出售，因此其粉末處理和加工性質(zhì)是極端重要的。例如，低含塵量對(duì)于干的CMC是理想的。此外，干燥CMC從容器或接收器中倒出的能力被描述作為流動(dòng)性。流動(dòng)性受粒子形狀和尺寸分布以及所得到的堆積密度的影響。堆積密度是單位體積的粉末固體材料所占的質(zhì)量?？山邮艿牧鲃?dòng)性通常取決于相對(duì)高的堆積密度和相對(duì)低的靜止角(angle of impose)。靜止角是粉末的錐形放料堆的斜面和其堆放在上面的表面之間的最大角度，角越小表示堆越寬地鋪展。通常，在CMC的各種應(yīng)用中將CMC放置在溶液中作為使用它的一部分是理想的。溶解通常被描述為具有兩種重疊(overlapping)現(xiàn)象即分散和水合的過(guò)程。分散是指聚合物鏈的粒子或基團(tuán)在整個(gè)溶液中的鋪展。水合是指聚合物鏈的松開和它們的流體力學(xué)體積的膨脹(以及對(duì)應(yīng)的粘度增大)。如果分散差，或如果水合比分散快，則水合的聚合物可能溶脹，并且從溶液中分離出相對(duì)干燥的非水合聚合物，從而形成團(tuán)塊。長(zhǎng)期以來(lái)，工業(yè)目標(biāo)是產(chǎn)生一種在水溶液中，更尤其是在室溫，可以容易分散并且快速水合的CMC。理想的分散和水合通常特征分別在于很少團(tuán)塊形成至沒(méi)有團(tuán)塊形成，以及粘度隨時(shí)間快速增加。因此，所需要的是一種制備顯示理想分散和水合卻仍然表現(xiàn)出良好的流動(dòng)性和低含塵量的CMC的方法。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供用于制備水分散性羧甲基纖維素的方法，所述方法包括將羧甲基纖維素引入到高剪切混合器中，在沒(méi)有輔助表面處理添加劑的情況下將按重量計(jì)至少20%的水添加到羧甲基纖維素中，形成羧甲基纖維素附聚物，以及通過(guò)非接觸干燥裝置干燥該附聚物以形成水分散性羧甲基纖維素。詳細(xì)描述在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供用于制備水分散性羧甲基纖維素的方法，所述方法包括將羧甲基纖維素引入到高剪切混合器中，在沒(méi)有另外的表面處理添加劑的情況下將按重量計(jì)至少20%的水添加到羧甲基纖維素中，形成羧甲基纖維素附聚物，以及通過(guò)非接觸干燥裝置干燥該附聚物以形成水分散性羧甲基纖維素。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，引入步驟處于連續(xù)方法中，但是在備選的實(shí)施方案中，該方法可以在分批或半分批的方法中進(jìn)行。術(shù)語(yǔ)“水分散性羧甲基纖維素”是指在水溶液中表現(xiàn)出改進(jìn)的分散性的CMC。
將羧甲基纖維素引入到高剪切混合器中的步驟涉及未處理的原料CMC。在一個(gè)實(shí)施方案中，原料CMC對(duì)于在25°C的按重量計(jì)2%溶液具有約1至約120，000mPa/s的粘度。 例如，較低粘度30mPa/s CMC是可以從陶氏化學(xué)公司(The Dow Chemical Company)以商品名WAL0CELCRT 30商購(gòu)；中等粘度2000mPa/s CMC可以從陶氏化學(xué)公司以商品名WAL0CEL CRT 2000商購(gòu)；以及較高粘度的40，000mPa/s CMC可以從陶氏化學(xué)公司以商品名WAL0CEL CRT 40000 商購(gòu)。一些羧甲基纖維素特征如取代度在整個(gè)方法中保持不變。術(shù)語(yǔ)"DS"是指單位脫水葡萄糖結(jié)構(gòu)單元的羧甲基取代度。由于考慮了所有的CMC等級(jí)，因此DS可以是約0. 5至約1. 4，優(yōu)選約0. 6至約1. 0，并且更優(yōu)選地，DS是約0. 7至約0. 9。然而，羧甲基纖維素的物理特征將由當(dāng)前描述的方法而改變。原料CMC具有約550 至約675g/L的堆積密度，以及約41°至約42°的靜止角，并且由此具有優(yōu)異的流動(dòng)性，然而原料CMC通常并不認(rèn)為可分散在室溫的水溶液中，并且水合非常緩慢。原料CMC還保持了大的粉塵百分比，即，具有小于64微米粒子尺寸(article size)的粒子。一種用于制備在室溫的水溶液中可更加分散并且改進(jìn)水合的原料CMC的常規(guī)方式是在流化床附聚器(fluid bed agglomerator)中處理原料CMC。然而，如在實(shí)施例中所示，這具有降低堆積密度和增加靜止角進(jìn)而降低流動(dòng)性方面的有害效果?？紤]到的高剪切混合器包括環(huán)層混合器(ring layer mixers)、犁刀混合器 (Ploughshare mixers)、Schugi 混合器(Schugi mixers)和湍流增強(qiáng)器混合器(Turbulizer mixers) 0在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，高剪切混合器是環(huán)層混合器。環(huán)層混合器通常包括水平鼓，水平鼓具有軸向設(shè)置在其中的混合軸?；旌陷S具有從其上突出的葉片、螺栓和/或槳葉(paddle)。混合軸的幾何結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生各種用于輸送、分散、混合等的混合區(qū)。將要被混合的產(chǎn)物經(jīng)由離心力形成同心環(huán)，并且以活塞式流動(dòng)(plug-like flow)而移動(dòng)通過(guò)混合器。液體經(jīng)由空心軸添加，或通過(guò)經(jīng)由特定的穿孔混合工具的注入而添加。停留時(shí)間隨 rpm、流速、材料的量、鼓長(zhǎng)度和所選擇的混合軸的幾何結(jié)構(gòu)而變化。合適的環(huán)層混合器可以從 Loedige (德國(guó) Paderborn)以商品名 CORMIX CM 20 獲得。在本發(fā)明的一個(gè)備選實(shí)施方案中，高剪切混合器可以由射流混合器(flow jet mixer)代替。在一個(gè)實(shí)施方案中，在沒(méi)有另外的表面處理添加劑的情況下將按重量計(jì)至少20% 的水添加到羧甲基纖維素中的工藝步驟包括在沒(méi)有另外表面處理添加劑的情況下將按重量計(jì)至少25或至少30，或如果條件被選擇成阻礙造粒，則至少35%的水添加至羧甲基纖維素中。之前的方法需要使用表面處理添加劑，例如，鹽、糖、表面活性劑和/或二醇?，F(xiàn)在， 令人驚奇地發(fā)現(xiàn)本發(fā)明方法可以在沒(méi)有表面處理添加劑的情況下實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的結(jié)果。典型地，本領(lǐng)域的技術(shù)人員尋求附聚最小化并且促進(jìn)(encourage)造?！，F(xiàn)在，令人驚奇地發(fā)現(xiàn)本發(fā)明方法可以通過(guò)與傳統(tǒng)智慧相反地執(zhí)行而實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的結(jié)果。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法還包括調(diào)節(jié)在環(huán)層混合器中的停留時(shí)間，例如，rpm,以及混合軸的幾何結(jié)構(gòu)，以促進(jìn)羧甲基纖維素的附聚。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法還包括調(diào)節(jié)在環(huán)層混合器中的噴射速率和停留時(shí)間以阻礙羧甲基纖維素的造粒。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)非接觸干燥裝置干燥附聚物的步驟包括其中非接觸干燥裝置是流化床干燥器的步驟。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供另外的步驟，包括在高于約50°C、優(yōu)選約70°C的溫度干燥羧甲基纖維素。備選地，羧甲基纖維素被干燥至低于約10重量％的殘留水含量，而與溫度無(wú)關(guān)。在一個(gè)實(shí)施方案中，水分散性羧甲基纖維素在具有最小團(tuán)塊可見(jiàn)的情況下分散良好。在一個(gè)實(shí)施方案中，水分散性羧甲基纖維素迅速水合，達(dá)到50%粘度用時(shí)少于1分鐘， 達(dá)到90%粘度用時(shí)少于8分鐘，優(yōu)選少于6分鐘，而達(dá)到95%粘度用時(shí)少于15分鐘?？梢哉J(rèn)識(shí)到，原料粘度越高，則粘度增大時(shí)間越長(zhǎng)(longer)(在獲得最終扭矩的給定百分比的情況下按分鐘計(jì)的時(shí)間)。在一個(gè)實(shí)施方案中，水分散性羧甲基纖維素的堆積密度為原料CMC的堆積密度的至少70 %，優(yōu)選至少72 %，優(yōu)選至少74 %，優(yōu)選至少76 %，優(yōu)選至少78 %，并且最優(yōu)選至少 80%。在一個(gè)實(shí)施方案中，水分散性羧甲基纖維素的靜止角比原料CMC的靜止角僅大 5 %，優(yōu)選與原料CMC的靜止角基本上相同，并且更優(yōu)選小于原料CMC的靜止角。在一個(gè)實(shí)施方案中，水分散性羧甲基纖維素具有大于9的堆積密度/靜止角。在一個(gè)實(shí)施方案中，水分散性羧甲基纖維素與原料相比，具有明顯降低的粉塵。本發(fā)明的水分散性羧甲基纖維素可用于任何常規(guī)的需要羧甲基纖維素的應(yīng)用中， 在所述的應(yīng)用中改進(jìn)的分散和水合，改進(jìn)的流動(dòng)性和/或較低的含塵量是有益的。實(shí)例包括在食品(包括固體、凝膠或飲料形式)、藥物、個(gè)人護(hù)理、石油鉆井液、紙加工、洗滌劑以及用于膠乳和粘合劑的增稠劑中的用途。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明包括含水分散性羧甲基纖維素的食品。被考慮到的食品的非限制性實(shí)例包括焙烤食品、飲料(包括例如不含酒精的飲料、運(yùn)動(dòng)飲料、奶制品飲料、果汁、沙冰(slushes)、冰沙(smoothies)和酒精飲料，包括葡萄酒)、谷物、乳制品、熟食、果類制品、蔬菜制品、肉類制品、魚類制品、面食、快餐、湯、沙司、調(diào)味品、大豆制品、涂抹食品(spread)、蜜餞和馬鈴薯制品。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明包括含有水分散性羧甲基纖維素的寵物食品。 實(shí)施例下列實(shí)施例僅用于說(shuō)明目的，而沒(méi)有限制本發(fā)明的范圍的意圖。實(shí)施例1根據(jù)本發(fā)明的示例性的水分散性羧甲基纖維素按如下制備。將原料(原始的CMC) 連續(xù)進(jìn)料在以約3000rpm的流速運(yùn)行的環(huán)層混合器(CORIMIX CM 20)中。備選地，可以通過(guò)調(diào)節(jié)周緣速度(tip speed)或弗勞德數(shù)(Froude number)，實(shí)現(xiàn)可接受的停留時(shí)間。在混合器中，將水噴射在產(chǎn)品上。老式系統(tǒng)采用通過(guò)夾套注入水，而新式系統(tǒng)通過(guò)快速旋轉(zhuǎn)的軸噴射。添加足夠的水，以使得離開混合器的已潤(rùn)濕的附聚物具有約25-30%的含濕量。隨后，將所得到的附聚物在流化床干燥器(Huettlin Mycrolab)中，在50_120°C的空氣入口溫度，優(yōu)選70°C的空氣入口溫度干燥，直到產(chǎn)品達(dá)到大約52°C的溫度。表1中描述了條件的總結(jié)。表 權(quán)利要求
1.一種用于制備水分散性羧甲基纖維素的方法，所述方法包括在連續(xù)方法中，將羧甲基纖維素引入到高剪切混合器中；在沒(méi)有另外的表面處理添加劑的情況下，將按重量計(jì)至少20%的水添加到所述羧甲基纖維素中；形成羧甲基纖維素附聚物；以及通過(guò)非接觸干燥裝置干燥所述附聚物，以形成所述水分散性羧甲基纖維素。
2.權(quán)利要求1所述的方法，所述方法包括在沒(méi)有另外的表面處理添加劑的情況下，將按重量計(jì)至少25%的水添加到所述羧甲基纖維素中。
3.權(quán)利要求1所述的方法，所述方法包括在沒(méi)有另外的表面處理添加劑的情況下，將按重量計(jì)至少30%的水添加到所述羧甲基纖維素中。
4.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述高剪切混合器是環(huán)層混合器。
5.權(quán)利要求4所述的方法，所述方法還包括調(diào)節(jié)在所述環(huán)層混合器中的停留時(shí)間，以促進(jìn)所述羧甲基纖維素的附聚。
6.權(quán)利要求4所述的方法，所述方法還包括調(diào)節(jié)在所述環(huán)層混合器中的噴射速率和停留時(shí)間，以阻礙所述羧甲基纖維素的造粒。
7.權(quán)利要求6所述的方法，所述方法包括在沒(méi)有另外的表面處理添加劑的情況下，將按重量計(jì)至少35%的水添加到所述羧甲基纖維素中。
8.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述羧甲基纖維素對(duì)于2%溶液具有約10至約 120，000mPa/s 的粘度。
9.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述羧甲基纖維素具有約0.4至約1. 4的DS。
10.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水分散性羧甲基纖維素具有大于350g/L，優(yōu)選大于400g/L的堆積密度。
11.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水分散性羧甲基纖維素具有小于47，優(yōu)選小于 45，更優(yōu)選小于43的靜止角。
12.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水分散性羧甲基纖維素具有大于8的堆積密度/ 靜止角。
13.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述非接觸干燥裝置是流化床干燥器。
14.權(quán)利要求13所述的方法，所述方法還包括保持在約70°C的溫度。
15.一種羧甲基纖維素，所述羧甲基纖維素具有小于47，優(yōu)選小于45，更優(yōu)選小于43的靜止角，以及大于350g/L，優(yōu)選大于400g/L的堆積密度。
16.一種食品，所述食品包括權(quán)利要求15所述的羧甲基纖維素。
全文摘要
本申請(qǐng)涉及用于賦予羧甲基纖維素改進(jìn)性質(zhì)的方法，例如，描述了一種制備水分散性羧甲基纖維素的方法，所述方法包括將羧甲基纖維素引入到高剪切混合器中，在沒(méi)有另外的表面處理添加劑的情況下，將按重量計(jì)至少20％的水添加到所述羧甲基纖維素中，形成羧甲基纖維素附聚物，以及通過(guò)非接觸干燥裝置干燥附聚物，以形成所述水分散性羧甲基纖維素。
文檔編號(hào)A23L1/0534GK102356093SQ201080012040
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者卡斯騰·許特曼, 布麗塔·許伯納, 羅蘭德·阿登, 馬蒂亞斯·施普雷 申請(qǐng)人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司