專利名稱：制備生物高分子納米顆粒的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備生物高分子納米顆粒的方法，具體涉及制備淀粉納米顆粒的方法。
背景技術(shù)：
美國(guó)專利第6，677，386號(hào)(對(duì)應(yīng)于WO 00/69916)描述了ー種制備生物高分子納米顆粒的方法，所述生物高分子納米顆粒的ー種形式是淀粉納米顆粒。在此方法中，使用剪切力使得所述生物高分子增塑，在加工過(guò)程中加入交聯(lián)劑。在加工之后，所述生物高分子納米顆?？梢苑稚⒃谒越橘|(zhì)中。所述方法的ー種形式能夠制得特點(diǎn)為平均粒度小于400納米的淀粉納米顆粒。美國(guó)專利第6，677，386號(hào)描述了納米顆?？梢杂米骰|(zhì)材料，所述基質(zhì)材料可以是成膜材料，增稠劑，或者流變改性劑，或者粘合劑或粘合添加劑(增粘劑)。所述納米顆粒或者其分散體也可利用其阻隔性，作為載體，作為脂肪替代品，或者作為減輕皮膚病的藥物。所述納米顆?；蚱浞稚Ⅲw的其它應(yīng)用的例子是用于造紙和包裝エ業(yè)，或者用于農(nóng)業(yè)和園藝。所述納米顆?？梢栽谒幬镏杏米髻x形劑或載體，它們可以與緩釋藥物之類的活性物質(zhì)絡(luò)合或共價(jià)結(jié)合。所述納米顆粒還可加工成較高密度的泡沫材料。美國(guó)專利第6，677，386號(hào)所述的納米顆粒的其它應(yīng)用可以參見以下文獻(xiàn)(i)美國(guó)專利申請(qǐng)公開第2004/0011487號(hào)，其描述了使用淀粉作為造紙紙漿中的濕部(wet end)添加剤，或者作為表面上膠劑施用于紙張表面；(ii)美國(guó)專利第6，825，252號(hào)，其描述了將淀粉用于著色紙張涂料組合物中的粘合劑；(iii)美國(guó)專利第6，921，430號(hào)，其描述了將淀粉用于環(huán)境友好型粘合劑；以及(iv)美國(guó)專利申請(qǐng)公開第2004/0241382號(hào)，其描述了將淀粉用于生產(chǎn)瓦楞紙板所用的粘合劑中。這些專利和申請(qǐng)的內(nèi)容，以及本文所提到的所有其它出版物都全文參考結(jié)合入本文。人們可以觀察到用美國(guó)專利第6，677，386號(hào)所述的方法制備的納米顆粒具有許多的用途。另外，將來(lái)還可能發(fā)現(xiàn)其他的用途。因此，人們對(duì)更大量的生物高分子納米顆粒的需求將會(huì)持續(xù)增加。但是，人們擔(dān)心美國(guó)專利第6，677，386號(hào)所述的方法可能無(wú)法跟上人們對(duì)生物高分子納米顆粒的日益增長(zhǎng)需求。因此，人們需要一種改進(jìn)的方法來(lái)制備更大量的生物高分子納米顆粒，特別是淀粉納米顆粒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的用來(lái)制備生物高分子納米顆粒產(chǎn)品的方法，滿足了以上需求。在此方法中，將生物高分子原料和增塑劑加入具有螺桿結(jié)構(gòu)的擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)內(nèi)，利用擠出機(jī)內(nèi)的剪切カ對(duì)生物高分子原料進(jìn)行加工，在所述進(jìn)料區(qū)的下游將交聯(lián)劑加入所述擠出機(jī)中。通過(guò)擠出模頭使得擠出物發(fā)泡。在本發(fā)明的ー個(gè)方面中，所述生物高分 子原料和增塑劑分開加入所述進(jìn)料區(qū)中。在本發(fā)明的另ー個(gè)方面，所述擠出機(jī)在進(jìn)料區(qū)中具有單螺紋元件(single flightelement)。在本發(fā)明的另ー個(gè)方面，所述擠出機(jī)具有上游區(qū)段、下游區(qū)段，以及位于所述上游區(qū)段和下游區(qū)段之間的中間區(qū)段，所述中間區(qū)段內(nèi)的溫度保持在高于100°C。在本發(fā)明的另ー個(gè)方面，所述螺桿結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)或更多個(gè)蒸汽密封(steamseal)區(qū)段，其中各個(gè)蒸汽密封區(qū)段具有上游壓カ產(chǎn)生區(qū)段和相鄰的下游混合區(qū)段。各個(gè)上游壓カ產(chǎn)生區(qū)段具有向前傳送的螺紋(flight)，各個(gè)下游混合區(qū)段具有逆向的螺紋。在本發(fā)明的另ー個(gè)方面，擠出機(jī)的第一區(qū)段內(nèi)的剪切力大于位于擠出機(jī)第一區(qū)段下游的相鄰的第二區(qū)段內(nèi)的剪切力，將交聯(lián)劑加入所述擠出機(jī)的第二區(qū)段內(nèi)。在本發(fā)明的另ー個(gè)方面，擠出機(jī)的第一區(qū)段內(nèi)的剪切力大于位于所述第一區(qū)段下游的擠出機(jī)反應(yīng)后區(qū)段內(nèi)的剪切力，所述反應(yīng)后區(qū)段位于所述交聯(lián)反應(yīng)已經(jīng)完成的位置，將水加入所述反應(yīng)后區(qū)段。所述生物高分子原料可以是淀粉。淀粉的非限制性例子包括馬鈴薯淀粉、小麥淀粉、木薯(tapioca)淀粉、木薯(cassava)淀粉、大米淀粉、玉米淀粉、臘質(zhì)玉米淀粉、以及任何其它淀粉。在一個(gè)實(shí)施例中，所述納米顆粒由基于高支鏈淀粉的淀粉形成(>95%的支鏈淀粉，〈5%的直鏈淀粉)。所述增塑劑可以選自水、醇、以及它們的混合物。所述增塑劑可以選自水、多元醇、以及它們的混合物。所述交聯(lián)劑可以選自ニ醛和多醛，酸酐和混合酸酐(例如琥珀酸酐和こ酸酐)等。合適的ニ醛和多醛是戊ニ醛，こニ醛，高碘酸鹽氧化的碳水化合物等。所述交聯(lián)劑可以選自常規(guī)的交聯(lián)劑，例如表氯醇和其它環(huán)氧化物、三磷酸酯和ニこ烯基砜。所述交聯(lián)反應(yīng)可以是酸催化的或者堿催化的。一種根據(jù)本發(fā)明的方法可以使得生物高分子原料完全膠凝或接近完全膠凝。較佳的是，所述方法可以實(shí)現(xiàn)在交聯(lián)反應(yīng)之前實(shí)際上完全除去任何天然的生物高分子(例如淀粉)晶體結(jié)構(gòu)，使得使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)(例如交叉極化顯微鏡檢查法)不能檢測(cè)到所述晶體結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的方法解決了以較高生產(chǎn)速率(例如I公噸/小吋)除去天然生物高分子(例如淀粉)晶體結(jié)構(gòu)的困難。根據(jù)本發(fā)明的方法還提高了對(duì)納米顆粒的膠體分散體粘度的控制。所述生物高分子納米顆粒當(dāng)分散在水中的時(shí)候會(huì)形成聚合物膠體，本發(fā)明的擠出條件對(duì)這些膠體分散體的粘度具有影響。聚合物膠體的給人深刻印象之處在于，它們能夠形成較高分子量聚合物的高固體含量分散體，通常固體含量為40-65%(理論最大值為72%，實(shí)際上具有很寬的粒度分布的特殊乳液達(dá)到了該最大值)。但是這些分散體的粘度仍然較低(例如500-2500厘泊；注厘泊=毫帕.秒)。溶于溶劑的相同聚合物在固體含量為10-15%的情況下通常具有很高的粘度(大于5000厘泊)。而溶液中的聚合物的粘度與其分子量成正比，但膠體乳液的粘度則不是。膠體乳液的粘度與分子量無(wú)關(guān)，很大程度上是由顆粒數(shù)、粒度和粒度分布決定的。本發(fā)明的擠出條件與生物高分子(例如淀粉)納米顆粒的膠體分散體粘度之間的關(guān)系并不宣觀。通過(guò)本發(fā)明的擠出法制備的交聯(lián)的納米顆粒包含少量的(ぐ1%)未交聯(lián)的生物高分子(例如淀粉)，這些未交聯(lián)的生物高分子用作納米顆粒的位阻穩(wěn)定劑。這種位阻穩(wěn)定劑通常被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為“保護(hù)膠體”。作為生物高分子(例如淀粉)的納米顆粒分散體的保護(hù)膠體的生物高分子(例如淀粉)聚合物部分是通過(guò)反應(yīng)擠出法形成的，其導(dǎo)致了所述納米顆粒水分散體的有益的剪切稀化流變性質(zhì)，同時(shí)還造成了該體系所觀察到的出人意料的極高的剪切穩(wěn)定性。形成瓦棱紙的輥隙內(nèi)的剪切速率約為20，000秒ベ(很高的剪切)，而高速紙張涂層施涂中的剪切速率為數(shù)百萬(wàn)秒-1 (極高的剪切)。因此根據(jù)本發(fā)明制備的淀粉納米顆粒分散體非常適合用作形成瓦楞紙和紙張涂層應(yīng)用中的高固體含量膠體。
盡管不同的擠出條件會(huì)導(dǎo)致不同的粘度，它們都包含類似尺寸且高分子量(由于交聯(lián)造成)的交聯(lián)納米顆粒，但是根據(jù)擠出條件的劇烈程度，還包含可能具有較低或較高分子量的保護(hù)膠體。一種根據(jù)本發(fā)明的方法可以控制由所述淀粉納米顆粒原位形成的保護(hù)膠體的分子量。通過(guò)以下詳述、附圖和所附權(quán)利要求書可以更好地理解本發(fā)明的這些特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，以及其他的特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。


圖I是適用于本發(fā)明方法的一種示例性設(shè)備的示意圖。圖2是適用于本發(fā)明方法的ー種包裝系統(tǒng)的示意圖。圖3顯示了以下用來(lái)舉例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例中使用的各種螺桿結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式圖I顯示適合用于本發(fā)明方法的設(shè)備20。所述設(shè)備20可以用來(lái)制備美國(guó)專利第6，677，386號(hào)的生物高分子納米顆粒。所述設(shè)備20包括雙螺桿擠出機(jī)22，該擠出機(jī)22包括i^一個(gè)具有端部凸緣的擠出機(jī)機(jī)筒1-11，這些機(jī)筒1-11可通過(guò)所述端部凸緣互相可拆卸地連接，形成用來(lái)接受所述兩個(gè)擠出機(jī)螺桿的兩個(gè)重疊的孔。所述設(shè)備20還包括擠出機(jī)模頭23以及與之相關(guān)的排氣罩23h。機(jī)筒I具有用來(lái)接受生物高分子(圖I中的淀粉)和增塑劑(圖I中的甘油)的進(jìn)ロ 24。所述進(jìn)ロ 24通過(guò)進(jìn)料管道28從進(jìn)料斗26接受干淀粉。所述進(jìn)ロ 24通過(guò)進(jìn)料管道34從增塑劑容器32接受甘油，所述進(jìn)料管道34包括進(jìn)料泵36和Micro-Motion牌質(zhì)量流量計(jì)38?？梢栽谒鲈O(shè)備20中進(jìn)行加工的生物高分子的其它非限制性例子包括其他多糖，例如纖維素和樹膠，以及蛋白質(zhì)(例如明膠，乳清蛋白)。所述生物高分子可以通過(guò)例如?；?、磷酸化、羥烷基化、氧化等的反應(yīng)，用例如陽(yáng)離子基團(tuán)、羧甲基預(yù)先改性?？捎糜谠O(shè)備20的增塑劑的其他非限制性例子包括水，除了包括甘油以外，還包括其他的多元醇，例如こニ醇、丙ニ醇、聚こニ醇、糖醇、脲、檸檬酸酯等。機(jī)筒3具有用來(lái)接受水的進(jìn)ロ 42。所述進(jìn)ロ 42通過(guò)進(jìn)料管道46和進(jìn)料管道47從水源44接受水，所述管道47包括進(jìn)料泵48和Micro-Motion牌質(zhì)量流量計(jì)49。機(jī)筒7和8之間的連接機(jī)筒50具有用來(lái)接受交聯(lián)劑(圖I中為こニ醛)和清洗水的進(jìn)ロ 52。進(jìn)ロ 52通過(guò)進(jìn)料管道54和進(jìn)料管道55從交聯(lián)劑容器53接受こニ醛，所述管道55包括進(jìn)料泵56和Micro-Motion牌質(zhì)量流量計(jì)57。進(jìn)ロ 52通過(guò)進(jìn)料管道46和進(jìn)料管道58從水源44接受清洗水，所述管道58包括進(jìn)料泵59和Micro-Motion牌質(zhì)量流量計(jì)61。機(jī)筒10還從進(jìn)料管道58接受水。可用于設(shè)備20的交聯(lián)劑的其它非限制性例子包括ニ醛和多醛，酸酐和混合酸酐(例如琥珀酸酐和こ酸酐)，高碘酸鹽氧化的碳水化合物等。合適的ニ醛是戊ニ醛和こニ醛。所述交聯(lián)劑也可以選自常規(guī)的交聯(lián)劑，例如表氯醇和其它環(huán)氧化物、三磷酸酯和ニこ烯基砜。所述交聯(lián)反應(yīng)可以是酸催化的或者堿催化的。下面來(lái)看圖2，圖中顯示了設(shè)備20的包裝系統(tǒng)70。所述包裝系統(tǒng)70包括用來(lái)從擠出機(jī)模頭23接受擠出物的帶式傳送機(jī)72。還提供了合適的輸送機(jī)排氣系統(tǒng)73。所述帶 式輸送機(jī)72將擠出物輸送到錘式研磨機(jī)74，用來(lái)將擠出物磨碎成較小粒度的顆粒。然后將磨碎的擠出物料包裝入箱子78 (或者根據(jù)需要為袋或超大袋或散裝貨車或軌道車)之中。還提供了合適的研磨機(jī)排氣系統(tǒng)82，用來(lái)俘獲來(lái)自錘式研磨機(jī)74的細(xì)小顆粒物質(zhì)。作為線料和帶式輸送機(jī)的一種替代形式，使用干熱面切割機(jī)和氣カ輸送機(jī)將產(chǎn)品冷卻和輸送到研磨機(jī)中。本發(fā)明提供了ー種方法，該方法具有獨(dú)特的単元操作順序，以及獨(dú)特的エ藝控制配置，從而能夠使用改良的ZSK_92Mega配混機(jī)(ZSK_92Mega同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿配混機(jī)購(gòu)自德國(guó)斯圖加特的考博林維納和普費(fèi)爾德羅公司(Coperion Werner & Pfleiderer GmbH &Co.，Stuttgart, Germany)),以等于或大于I. O公噸干產(chǎn)品/小時(shí)的生產(chǎn)速率制造美國(guó)專利第6，677，386號(hào)所述的生物高分子納米顆粒。根據(jù)體積比例放大，預(yù)期ZSK-133在500轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下可以獲得3公噸/小時(shí)的生產(chǎn)速率。但是，通過(guò)設(shè)計(jì)擠出機(jī)的螺桿結(jié)構(gòu)，可以在其它牌子和型號(hào)的擠出機(jī)上得到類似的結(jié)果。用于根據(jù)本發(fā)明的エ藝的単元操作的組合提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)方法的優(yōu)點(diǎn)。在美國(guó)專利第6，677，386號(hào)的實(shí)施例1_10中，包含淀粉、水和甘油的預(yù)混物的進(jìn)料速率為
8.4-8. 8千克/小時(shí)。相比之下，商品名為Berstorff ZE-40的市售擠出機(jī)(用于美國(guó)專利第6，677，386號(hào)的實(shí)施例中)的正常的生產(chǎn)速率為110-160千克/小吋。因?yàn)槊绹?guó)專利第6，677，386號(hào)的實(shí)施例的規(guī)模，其具有較低的溫度和較高的面積/體積比，因此在這些實(shí)施例中，蒸汽回排并不是個(gè)問題。對(duì)于幾何結(jié)構(gòu)類似的機(jī)器，表面積的尺寸基于直徑的平方，エ藝體積基于直徑的立方。這意味著隨著該エ藝按比例放大，面積/體積比會(huì)與直徑成正比地減小；所述エ藝必須能夠不依賴于機(jī)筒溫度進(jìn)行操作。除了相對(duì)規(guī)模以外，由于Berstorff ZE-40擠出機(jī)包括淺的螺桿結(jié)構(gòu)，該擠出機(jī)對(duì)于其尺寸具有低的體積。相對(duì)機(jī)器體積通過(guò)螺桿直徑與螺紋根部直徑之比，或外直徑/內(nèi)直徑(0D/ID)之比來(lái)比較。在Berstorff ZE-40擠出機(jī)上，所述0D/ID之比僅為1.24:1。大部分現(xiàn)有的生產(chǎn)機(jī)器的0D/ID之比等于或高于1.46:1。所述ZSK-58，-92和-133配混機(jī)的體積比為I. 55: I。這是很重要的，因?yàn)榈矸鄣挠砍鲂?floodability)會(huì)導(dǎo)致較低的有效堆積密度。為了獲得可行的生產(chǎn)速率，希望具有較大體積的擠出機(jī)。例如，ZSK-133配混機(jī)能夠?qū)⑸a(chǎn)速率提高到最高3公噸/小時(shí)的水平。A.進(jìn)料淀粉是ー種細(xì)小粉末，容易在高螺桿轉(zhuǎn)速和比速率(千克/小時(shí)/ (轉(zhuǎn)/分鐘)，或者特定轉(zhuǎn)速下每小時(shí)的產(chǎn)品質(zhì)量)下發(fā)生涌出(flooding)。在エ業(yè)的成本具有競(jìng)爭(zhēng)性的條件下，我們認(rèn)為納米顆?？尚械纳a(chǎn)速率至少為I公噸/小吋。在美國(guó)專利第6，677，386號(hào)的例子中，對(duì)淀粉進(jìn)行了預(yù)混合或預(yù)先調(diào)節(jié)，使得淀粉容易進(jìn)料，降低其在擠出機(jī)中發(fā)生涌出的可能性。人們希望能夠省去作為エ藝操作的預(yù)混合步驟，將組分直接加入擠出機(jī)中(通過(guò)圖I設(shè)備20的進(jìn)料管道28和34加入)。人們使用較高體積的2D下部凹陷元件使得固體輸送能力最大。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過(guò)使用單螺紋(SF)元件(參見Robert H. Wildi和Christian Maier, 〃理解配混 (Understanding Compounding)〃，Hanser Gardner Publications, 1998,第 97-98 頁(yè))，以及通過(guò)將水或甘油(增塑劑)注入進(jìn)料進(jìn)ロ 24中，所獲得的生產(chǎn)速率遠(yuǎn)高于用下部凹陷元件獲得的生產(chǎn)速率。在擠出機(jī)進(jìn)料區(qū)中的ー些有益的エ藝細(xì)節(jié)包括，但不限于(i)加入純的淀粉，(ii)將甘油和/或水加入進(jìn)料進(jìn)ロ孔的中心，以幫助固體輸送和完成與淀粉預(yù)調(diào)節(jié)類似的效果，以及(iii)使用單螺紋元件，該元件適用于涌出性(f loodable)粉末，能夠?qū)⒃斐蛇M(jìn)料區(qū)堵塞的蒸汽回排減至最小。B.蒸汽密封所述エ藝必須在高溫下進(jìn)行，以便在停留時(shí)間約等于或小于10秒的條件下以可行的生產(chǎn)速率完成淀粉的膠凝。當(dāng)制得的生物高分子納米顆粒產(chǎn)物分散在水中的時(shí)候，還通過(guò)高溫控制其粘度。這些溫度高于大氣壓下水的沸點(diǎn)；因此，必須保持?jǐn)D出機(jī)22中的壓力，以免水閃蒸為蒸汽。因?yàn)檎羝仟?dú)立的相，其很容易流回到進(jìn)料進(jìn)ロ 24中。一旦蒸汽進(jìn)入進(jìn)料系統(tǒng)，便會(huì)冷凝并弄濕淀粉，使得部分煮制過(guò)的淀粉糊在重力流動(dòng)的環(huán)境下發(fā)生流動(dòng)堵塞。發(fā)現(xiàn)蒸汽密封必須如圖3的92-6號(hào)螺桿中所示的螺桿設(shè)計(jì)那樣，用一系列較適中的約束形成。(圖3中顯示了兩個(gè)螺桿中的ー個(gè)，這在エ業(yè)中很常見。)圖3的92-1號(hào)螺桿在大約45分鐘內(nèi)發(fā)生蒸汽回排，具有強(qiáng)約束的圖3的92-3號(hào)螺桿在少于15分鐘以內(nèi)能夠操作。需要平衡這些約束，使得螺桿的壓カ建立能力大于由于升溫造成的水蒸氣壓カ升高。圖3的92-1號(hào)螺桿使用相對(duì)緩和的約束中性捏合段(kneading block),而圖3中的92-3號(hào)螺桿使用非常強(qiáng)的約束反向輸送元件。通過(guò)使用圖3的成功的92-6號(hào)螺桿，通過(guò)使用一系列中等的約束獲得平衡，每個(gè)約束通過(guò)足夠的泵送和混合進(jìn)行操作，以填充螺紋和克服約束(restriction)。當(dāng)エ藝的溫度超過(guò)100°C的時(shí)候，需要通過(guò)蒸汽密封來(lái)防止水閃蒸為蒸汽并回排到進(jìn)料ロ。這是通過(guò)以下方式完成的逐漸提高擠出機(jī)中的壓力，提高的速度大于為了進(jìn)行粘度控制而煮制淀粉并使其分解的升溫造成的水蒸氣壓カ増大的速度。例如，在200°C，純水的絕對(duì)蒸氣壓為I. 57兆帕(即I. 47兆帕表壓或213psig)。使用必須被向前泵送作用克服的約束形成了密封。在具有較高比速率的擠出機(jī)中，密封會(huì)受到螺紋填充率(flightfillage)的影響，通常會(huì)導(dǎo)致更強(qiáng)的密封，使得螺紋變得太滿無(wú)法產(chǎn)生壓力。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果使用一系列中等的密封，擠出機(jī)的壓カ會(huì)逐漸升高。逐步密封的效果是累積的。如果使用過(guò)強(qiáng)的密封，使得克服該密封所需的能量和所造成的溫度/壓カ升高大于該密封之前的擠出機(jī)內(nèi)的壓力，便會(huì)產(chǎn)生蒸汽并發(fā)生蒸汽回排。通過(guò)在約束之前結(jié)合足夠的向前元件，使得能夠超過(guò)克服所述約束所需的程度，從而形成密封。在成功的實(shí)施例中，使用三個(gè)左向旋轉(zhuǎn)(Left Hand)(逆向的)捏合段(LKB)產(chǎn)生蒸汽密封。當(dāng)產(chǎn)生壓カ的時(shí)候，所述螺紋或捏合段會(huì)充滿。很重要的是，向前泵送要足以克服由于各個(gè)混合區(qū)段中的溫度升高造成的蒸汽壓カ増大。各個(gè)混合區(qū)段之前進(jìn)行輸送，以確保有足夠的壓力產(chǎn)生。通過(guò)使用一系列這樣的混合和壓カ產(chǎn)生區(qū)段，可以對(duì)淀粉進(jìn)行加熱，以加快膠凝速率，并控制產(chǎn)品粘度，而不發(fā)生蒸汽回排。優(yōu)選通過(guò)捏合段之類的混合區(qū)段完成該操作，使得淀粉保持良好混合，并消除未潤(rùn)濕的淀粉形成的小區(qū)域(類似于制備含有團(tuán)塊物質(zhì)的肉汁的情況)。如果允許形成這些未潤(rùn)濕淀粉的小區(qū)域，則它們不會(huì)膠凝，也不會(huì)隨后與交聯(lián)劑反應(yīng)，會(huì)對(duì)產(chǎn)品水分散體的分散體粘度以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性造成負(fù)面影響。對(duì)第一混合區(qū)段/密封的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，因?yàn)樵诖酥暗墓腆w輸送部分中不會(huì)產(chǎn)生顯著的壓力。其必須強(qiáng)得足夠以引發(fā)進(jìn)料的膠凝(即從固態(tài)轉(zhuǎn)化為熱塑性熔體)，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的蒸汽壓力。這可通過(guò)常規(guī)的向前和反向KB組合完成,或者用Eccentric三葉片(tri-lobe)捏合段完成。
關(guān)于所述蒸汽密封的ー些有益的エ藝細(xì)節(jié)包括，但不限于(i)使用逐步密封消除蒸汽回排，因?yàn)椹`個(gè)強(qiáng)的約束會(huì)導(dǎo)致回排；(ii)壓カ建立比水蒸氣壓カ建立更快，從而阻止回排；(iii)能夠達(dá)到更高的生產(chǎn)速率。C.膠凝已經(jīng)證明從生物高分子納米顆粒產(chǎn)品的水分散體的粘度穩(wěn)定性考慮，淀粉必須發(fā)生完全膠凝。包含“鬼物質(zhì)(ghost)”(淀粉顆粒和部分膠凝的淀粉顆粒的片段)的殘余的未膠凝的淀粉會(huì)導(dǎo)致分散體在貯存的時(shí)候在一夜間或數(shù)日內(nèi)膠凝。可以用交叉極化顯微鏡檢查法分析膠凝的程度。在高速率的典型的現(xiàn)代擠出操作中，這是非常困難的，因?yàn)樵诮宦?lián)反應(yīng)區(qū)之前的初始混合區(qū)內(nèi)的停留時(shí)間較短。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過(guò)使用具有最小回流的較強(qiáng)的高剪切初始混合區(qū)段，能夠以高速率達(dá)到完全膠凝。在此高剪切區(qū)段之后，使用一系列較低剪切混合區(qū)段提供混合，進(jìn)ー步加熱，以及用來(lái)“煮制”淀粉的停留時(shí)間。如上所述，這些結(jié)構(gòu)還設(shè)計(jì)用來(lái)形成蒸汽密封。完成接近完全膠凝的ー些有益的エ藝細(xì)節(jié)包括，但不限于(i)在進(jìn)料進(jìn)ロ注水，使得淀粉增塑和控制產(chǎn)物的粘度，(ii)使用強(qiáng)的初始捏合區(qū)以避免包含“鬼物質(zhì)”的殘留的未膠凝的淀粉，以及(iii)使用逐步密封消除蒸汽回排。D.反應(yīng)將交聯(lián)反應(yīng)劑(例如こニ醛)注入擠出機(jī)22中，注入中等到低剪切的混合區(qū)中，所述中等到低剪切的混合區(qū)設(shè)計(jì)用來(lái)使得低粘度液體良好分布混合入極高粘度的淀粉糊料中。這樣做避免交聯(lián)反應(yīng)劑匯集成獨(dú)立的相，使其盡可能快地分布在淀粉糊料中，以進(jìn)行穩(wěn)定的反應(yīng)。盡管這在擠出機(jī)中是極端情況，但是這種情況有些類似于將水加入發(fā)酵面團(tuán)中，或者將牛奶加入極稠的煎餅面糊中。在初始混合之后，使用一系列輸送和混合區(qū)段提供足夠的時(shí)間和混合，使得反應(yīng)完全進(jìn)行。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)美國(guó)專利第6，677，386號(hào)的方法的交聯(lián)反應(yīng)劑應(yīng)當(dāng)在所述用來(lái)使得淀粉膠凝的極高剪切區(qū)之后加入。
完成均一反應(yīng)的ー些有益的エ藝細(xì)節(jié)包括，但不限于(i)在混合元件上注入こニ醛，以消除“匯集現(xiàn)象”，( )在注入こニ醛之后使用具有溫和的混合的多級(jí)的混合區(qū)，即采用分流和合井，而不采用剪切，采用良好的保留時(shí)間。E.反應(yīng)后調(diào)節(jié)發(fā)現(xiàn)因?yàn)閿D出エ藝中使用較高溫度(最高達(dá)210°C )的熔體相以控制最終產(chǎn)物在分散于水中時(shí)的粘度，從擠出機(jī)模頭23吹出的蒸汽會(huì)是影響エ藝的可操作性以及產(chǎn)品質(zhì)量一致性的ー個(gè)重大的問題。如果未采用合適的エ藝，擠出機(jī)中的壓カ和溫度會(huì)累積，直至克服模頭的約束，然后通過(guò)料涌或吹出而使得擠出機(jī)的端部完全排空。這種突然發(fā)生的動(dòng)作使得擠出機(jī)的端部冷卻；結(jié)果會(huì)影響產(chǎn)物分散體的粘度。最終結(jié)果就是瞬時(shí)排出的粘度的循環(huán)，最終產(chǎn)物成為各種產(chǎn)物的混合物。通過(guò)以下方式克服了這個(gè)問題在反應(yīng)區(qū)的端部添加非常強(qiáng)的密封，實(shí)現(xiàn)受控的蒸汽壓カ節(jié)流，再加上反應(yīng)后調(diào)節(jié)區(qū)，在該區(qū)內(nèi)，可以將額外的水加入產(chǎn)物中，以控制擠出物的性質(zhì)以及所述產(chǎn)物的整體性質(zhì)，同時(shí)不會(huì)對(duì)分散體粘度造成不受控制的影響。所述強(qiáng) 的密封能夠消除反應(yīng)區(qū)中的冷卻。使用交聯(lián)劑(例如こニ醛)，將反應(yīng)后水注入擠出機(jī)22中，注入中等到低剪切的混合區(qū)中，所述中等到低剪切的混合區(qū)設(shè)計(jì)用來(lái)使得低粘度液體良好分布混合入極高粘度的糊料中。所述反應(yīng)后區(qū)還用來(lái)產(chǎn)生將產(chǎn)物泵送通過(guò)模頭23所需的壓力。在反應(yīng)后區(qū)中的ー些有益的エ藝細(xì)節(jié)包括，但不限于(i)使用強(qiáng)的密封控制閃蒸和消除反應(yīng)區(qū)中的冷卻，(ii)通過(guò)在混合元件上進(jìn)行水注入來(lái)消除匯集現(xiàn)象，(iii)采用注水來(lái)控制輸送機(jī)處理和控制產(chǎn)品的整體性質(zhì)，以及(iv)施加足夠的壓力來(lái)克服擠出機(jī)模頭的約束，以確保連續(xù)泵送到擠出機(jī)模頭。F.模頭約束模頭23必須設(shè)計(jì)成產(chǎn)生足夠的背壓，以控制反應(yīng)后區(qū)中的閃蒸/冷卻并將料涌減至最小。還用來(lái)控制擠出物因?yàn)樗W蒸為蒸汽而發(fā)泡。發(fā)泡的控制對(duì)于產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是非常重要的。如果發(fā)泡過(guò)多、產(chǎn)品堆積密度較低，會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸費(fèi)用過(guò)高。如果發(fā)泡不足，則難以迅速冷卻和干燥所述產(chǎn)品，會(huì)形成難以分散在水中用于最終用途的堅(jiān)硬的顆粒。因此，擠出機(jī)模頭的ー些有益的エ藝細(xì)節(jié)包括，但不限于(i)利用背壓控制反應(yīng)后區(qū)中的閃蒸/冷卻，并將料涌減至最小，(ii)通過(guò)使得擠出物面條(noodle)發(fā)泡產(chǎn)生良好的表面積，通過(guò)水蒸汽閃蒸有效地冷卻和干燥，由于發(fā)泡而使得在水中的“分配性能”提聞。エ藝控制淀粉是生物基原料，在各批次之間可能發(fā)生變化。需要エ藝控制來(lái)控制分散體中的生物高分子納米顆粒產(chǎn)物的粘度，以獲得一致的產(chǎn)品。對(duì)于各種應(yīng)用，還希望制備不同粘度的產(chǎn)品。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)加入擠出機(jī)中的水的量來(lái)達(dá)到這些目的。在本發(fā)明的エ藝中，在兩個(gè)位置注入水(I)上游，膠凝之前；以及(2)下游，交聯(lián)反應(yīng)完成之后。A.上游水和粘度機(jī)理第一次注水用作初級(jí)粘度控制劑。影響分散體粘度的主要機(jī)理是制備生物高分子納米顆粒過(guò)程中淀粉的降解。這可能是由于機(jī)械力/剪切力和/或由于淀粉的熱降解。許多研究的證據(jù)表明，熱效應(yīng)更為明顯。在不進(jìn)行反應(yīng)后調(diào)節(jié)的按比例放大評(píng)價(jià)中，發(fā)現(xiàn)擠出物的溫度與分散體粘度之間具有極佳的相關(guān)性。隨后在ZSK-25毫米實(shí)驗(yàn)室規(guī)模雙螺桿擠出機(jī)上進(jìn)行的評(píng)價(jià)中，可通過(guò)表面積和傳熱允許具有極高的比機(jī)械能(SME)，因此施加到產(chǎn)品中的剪切不依賴于糊料的溫度，控制因素是溫度，而不是剪切。換句話說(shuō)，較高的機(jī)筒溫度會(huì)造成較低的SME，エ藝中的較高溫度會(huì)導(dǎo)致較低的分散體粘度。B.下游水第二(下游)水主要用來(lái)通過(guò)冷卻、増大水分含量、以及減少擠出物的發(fā)泡而控制模頭23中和后擠出機(jī)處理/包裝系統(tǒng)70中產(chǎn)物的處理特性。下游水對(duì)粘度具有輕微的影響；但是遠(yuǎn)小于上游水的影響，可以通過(guò)對(duì)上游水量的微小調(diào)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)償。因此，用來(lái)改進(jìn)分散體粘度的ー些有益的エ藝細(xì)節(jié)包括，但不限于(i)増加上游水來(lái)降低分散體中產(chǎn)物的粘度(反之亦然)，因?yàn)樵跀D出機(jī)中，水是增塑劑，用來(lái)控制螺桿輸入功的量，在擠出機(jī)之后，水發(fā)生蒸發(fā)，因此其增塑效果僅存在于擠出機(jī)之內(nèi)，(ii)增加下游水，使得擠出機(jī)模頭處的吹出和料涌現(xiàn)象較少，得到彈性更高/脆性較低的面條， 得到較高的產(chǎn)物水分含量(反之亦然)，(iii)認(rèn)識(shí)到下游水對(duì)粘度的影響遠(yuǎn)小于上游水，因此當(dāng)改變下游水的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)對(duì)上游水進(jìn)行小得多的相反的變化，以保持粘度，(iv)增大螺桿轉(zhuǎn)速以減小產(chǎn)物在分散體中的粘度(反之亦然)，以及(V)提高機(jī)筒溫度以降低分散體中的產(chǎn)物粘度(反之亦然)。實(shí)施例以下實(shí)施例用來(lái)舉例說(shuō)明本發(fā)明，而不是用來(lái)以任何方式對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制。具體進(jìn)料和操作條件列于表A和表B中。實(shí)施例I和2實(shí)施例I和2顯示了從ZSK-58擠出機(jī)放大到ZSK-92雙螺桿擠出機(jī)的初級(jí)放大。見圖3中的58-1號(hào)螺桿和92-1號(hào)螺桿。在92毫米的擠出機(jī)上使用ー個(gè)額外的固體輸送的機(jī)筒，因?yàn)闊o(wú)法獲得八個(gè)機(jī)筒的結(jié)構(gòu)。因?yàn)檎J(rèn)為圖3的58-1號(hào)螺桿過(guò)強(qiáng)(意味著該螺桿設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)物施加了過(guò)多的能量)，從圖3的92-1號(hào)螺桿的膠凝區(qū)除去三個(gè)左向旋轉(zhuǎn)捏合段，從反應(yīng)區(qū)除去ー個(gè)。同吋，與こニ醛(交聯(lián)劑)溶液一起添加額外的注入水，以便評(píng)價(jià)其濃度的影響。拿到的こニ醛溶液是有效成分為40%的水溶液。這相當(dāng)于，如果不添加另外的水，其中包含兩份こニ醛，以及基礎(chǔ)的(或最少)三份水。(見表A。)在啟動(dòng)的時(shí)候，在不使用模頭的情況下進(jìn)行初步的膠凝試驗(yàn)，條件為726千克/小吋，300轉(zhuǎn)/分鐘，比速率為2. 42千克/小時(shí)バ轉(zhuǎn)/分鐘)，未發(fā)生進(jìn)料涌出。相比之下，ZSK-58擠出機(jī)在92毫米條件下得到相當(dāng)于I. 26千克/小時(shí)/(轉(zhuǎn)/分鐘)的比速率。能夠以較高的螺紋填充率操作的原因在于，在實(shí)施例2中通過(guò)在條帶式混合器中，將淀粉與甘油離線混合，從而對(duì)淀粉進(jìn)行預(yù)先調(diào)節(jié)，提高了淀粉的進(jìn)料特性?；陔S后用該螺桿所得的結(jié)果，這種高比速率是無(wú)法持續(xù)的，因?yàn)樵谙虏堪枷葜袝?huì)發(fā)生填充物的累積，從而減小兩個(gè)直徑下部凹陷元件(SK)的體積和輸送效率。為了將ZSK-58擠出機(jī)與ZSK-92擠出機(jī)相比較，使用3.99:1的體積比例放大因子。因此，實(shí)施例I中ZSK-58擠出機(jī)上O. 316的比速率相當(dāng)于ZSK-92擠出機(jī)上I. 26的比速率。圖3的92-1號(hào)螺桿在以下條件下操作螺紋填充率因子為I. 34-1. 40千克/小時(shí)バ轉(zhuǎn)/分鐘)，螺桿轉(zhuǎn)速略低于圖3的58-1號(hào)螺桿。ZSK-58擠出機(jī)上沒有發(fā)生蒸汽回排；但是，當(dāng)使用圖3的92-1號(hào)螺桿的時(shí)候，僅僅連續(xù)操作約15分鐘之后就要關(guān)閉生產(chǎn)線。實(shí)施例3實(shí)施例3與實(shí)施例2類似，但是與こニ醛(交聯(lián)劑)一起在下游加入的水的量減少，以確定對(duì)產(chǎn)物粘度的影響。額外的水的量從3. O份減少到2. I份。實(shí)施例3的螺桿轉(zhuǎn)速比實(shí)施例2的高5%。這對(duì)最終產(chǎn)物的粘度沒有顯著影響(使用Brookfield粘度計(jì)，在250C、100轉(zhuǎn)/分鐘的條件下，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的25%固體的水分散體進(jìn)行測(cè)量)。更值得注意的是，即使由于水和擠出機(jī)轉(zhuǎn)速的不同，實(shí)施例3中的SME高大約10%，粘度為略高。在之前的エ作中，較高的剪切速率會(huì)導(dǎo)致較低的分散體粘度。本實(shí)施例與之前的工作是相反的，證明存在其它影響粘度的控制因素。對(duì)于實(shí)施例 2，在短時(shí)間之后，蒸汽回排使得生產(chǎn)線關(guān)閉。實(shí)施例4使用圖3的92-2號(hào)螺桿進(jìn)行實(shí)施例4。該螺桿與圖3中的92_1號(hào)螺桿的區(qū)別在于，用I. 的常規(guī)元件代替進(jìn)料區(qū)中的2D螺距SK(下部凹陷元件)；在機(jī)筒6的端部附近用左捏合段代替中性捏合段；用較低剪切分布混合代替機(jī)筒7中的左向旋轉(zhuǎn)約束；對(duì)分布混合進(jìn)行改迸，以加入こニ醛(交聯(lián)劑)；調(diào)節(jié)反應(yīng)區(qū)內(nèi)的混合。試圖通過(guò)機(jī)筒6中的變化幫助防止蒸汽發(fā)生回排。之所以代替SK是因?yàn)橄虏堪枷萏幈挥驳牡矸厶畛?，有效地使得它們成為常?guī)的2D輸送元件。こニ醛混合和反應(yīng)混合的改進(jìn)是因?yàn)?，發(fā)現(xiàn)有槽的混合元件中未被擦拭的狹槽被淀粉填滿，使之變得無(wú)效。它們被窄圓盤向前捏合段代替。在使用實(shí)施例4的螺桿進(jìn)行的初始操作中，確定涌出進(jìn)料限直為I. 35千克/小時(shí)パ轉(zhuǎn)/分鐘)。與使用相同的配方、較高的螺桿轉(zhuǎn)速、相等的比速率進(jìn)行操作的實(shí)施例2相比，由于額外的混合，得到的SME更高，分散體粘度較低。實(shí)施例5使用圖3的92-2號(hào)螺桿，在高于實(shí)施例4的螺桿轉(zhuǎn)速下進(jìn)行實(shí)施例5，以離開迫近的進(jìn)料涌出狀態(tài)。結(jié)果是SME増大，標(biāo)準(zhǔn)的25%固體分散體粘度減小。生產(chǎn)線在這些條件下操作40分鐘，然后由于蒸汽回排而關(guān)閉。實(shí)施例6使用圖3的92-3號(hào)螺桿進(jìn)行實(shí)施例6。該螺桿用左向旋轉(zhuǎn)輸送元件代替圖3中92-2號(hào)螺桿中的前兩個(gè)左向旋轉(zhuǎn)捏合段。由此試圖實(shí)現(xiàn)更有效的蒸汽密封。該密封過(guò)強(qiáng)，迫使蒸汽從第一捏合段向后，導(dǎo)致進(jìn)料區(qū)段堵塞。該生產(chǎn)線無(wú)法操作足夠久的時(shí)間以迅速移動(dòng)和得到代表性的樣品。以下的所有實(shí)施例(實(shí)施例7-10)都使用圖3的92-6號(hào)螺桿進(jìn)行。實(shí)施例7和8實(shí)施例7和8是エ藝控制實(shí)施例。螺桿92-6在在膠凝區(qū)具有平衡和有效的蒸汽密封，添加了反應(yīng)后密封，隨后是調(diào)節(jié)區(qū)，以便不依賴于反應(yīng)在模頭處控制產(chǎn)物性質(zhì)。另外，為了無(wú)需進(jìn)行離線預(yù)混合，其剛好在螺桿上方，進(jìn)料ロ的中心使用單螺紋進(jìn)料元件和添加甘油。這種結(jié)構(gòu)中的所有工作都始終如一地在大約2千克/小時(shí)バ轉(zhuǎn)/分鐘)的比速率下進(jìn)行；這顯示了對(duì)以前的螺桿設(shè)計(jì)的主要改進(jìn)。與實(shí)施例5相比，特定螺桿轉(zhuǎn)速下的速率實(shí)際上加倍。這是因?yàn)楦视妥⑷朦c(diǎn)和單螺紋元件的組合效果。
實(shí)施例7和8之間的區(qū)別在于膠凝之前和反應(yīng)后區(qū)內(nèi)注入的水的量。這樣做是為了產(chǎn)生兩種不同分散體粘度產(chǎn)物，實(shí)施例7的粘度為125毫帕.秒，實(shí)施例8的粘度為200毫帕.秒。通過(guò)將上游水量從O. 8份增加到11. 4份，得到了較高的粘度。在實(shí)施例8中較高上游水加入量的情況下，無(wú)需使用反應(yīng)后的水來(lái)控制排料。92-6號(hào)螺桿的成功是基于設(shè)計(jì)變化，除此之外，添加單螺紋元件便于在進(jìn)料區(qū)中加入甘油。實(shí)施例9通過(guò)將實(shí)施例9與實(shí)施例8相比較，證明了在較高速率以及成比例的較高螺桿速度下進(jìn)行操作的效果。除了螺桿速度以外沒有其它變化的情況下，所述生產(chǎn)速率幾乎加倍達(dá)到1.1公噸/小吋。產(chǎn)物分散體粘度略低，這可以通過(guò)水加入量的略微減少而得到補(bǔ)償。根據(jù)該數(shù)據(jù)進(jìn)行外推，對(duì)于I. 5公噸/小時(shí)的生產(chǎn)速率，轉(zhuǎn)速需要為733轉(zhuǎn)/分鐘。用于該工作中的Mega配混機(jī)可以在該轉(zhuǎn)速下操作。實(shí)施例10實(shí)施例10說(shuō)明了通過(guò)剛好在螺桿上方，向機(jī)筒進(jìn)料ロ的中心添加甘油(增塑劑)，使淀粉進(jìn)料的進(jìn)入得到改善。擠出機(jī)在與實(shí)施例7相同的條件下操作，然后關(guān)閉甘油進(jìn)料。幾乎立刻發(fā)生進(jìn)料涌出，無(wú)法得到代表性的樣品。實(shí)施例7和10之間的速率差別是由于甘油。對(duì)于使用幾何結(jié)構(gòu)類似于圖3的92-6號(hào)螺桿的螺桿的ZSK-58擠出機(jī)上進(jìn)行的一些獨(dú)立的工作，這種現(xiàn)象重復(fù)出現(xiàn)。當(dāng)停止向進(jìn)料ロ加入甘油的時(shí)候，幾乎立刻出現(xiàn)涌出現(xiàn)象。但是，當(dāng)將水代替甘油加入進(jìn)料ロ的時(shí)候，生產(chǎn)速率可保持。實(shí)施例1-10的數(shù)據(jù)見下表A和B。對(duì)于表B中顯示的機(jī)筒溫度曲線，在實(shí)施例 I中對(duì)58號(hào)螺桿使用較高的溫度，以便對(duì)絕熱系統(tǒng)進(jìn)行更多的操作，以獲得更佳的可測(cè)量性。在使用螺桿92-3的實(shí)施例6中，對(duì)機(jī)筒5使用較低的設(shè)定點(diǎn)，以試圖影響蒸汽密封。實(shí)施例7-10中使用螺桿92-6，反應(yīng)后調(diào)節(jié)區(qū)中的最后兩個(gè)機(jī)筒較冷，以有助于加工。
權(quán)利要求
1.一種制備生物高分子納米顆粒產(chǎn)品的方法，該方法包括 將生物高分子原料和增塑劑加入具有螺旋結(jié)構(gòu)的擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)內(nèi)，利用在所述進(jìn)料區(qū)下游的擠出機(jī)內(nèi)的剪切力對(duì)所述生物高分子原料進(jìn)行加工，其中，所述增塑劑包含有機(jī)化合物和水；和 將除了增塑劑中任何水之外的水也加入進(jìn)料區(qū)中。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 所述方法的生產(chǎn)速率大于或等于I. O公噸來(lái)自單個(gè)擠出機(jī)的產(chǎn)品/小吋。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于 所述生產(chǎn)速率大于或等于3. O公噸來(lái)自單個(gè)擠出機(jī)的產(chǎn)品/小吋。
4.一種制備生物高分子納米顆粒產(chǎn)品的方法，該方法包括 將生物高分子原料和增塑劑加入具有螺旋結(jié)構(gòu)的擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)內(nèi)，利用擠出機(jī)內(nèi)的剪切力對(duì)所述生物高分子原料進(jìn)行加工；和 在所述進(jìn)料區(qū)的下游將交聯(lián)劑加入所述擠出機(jī)中， 其中，所述生物高分子原料和增塑劑是通過(guò)單個(gè)進(jìn)ロ分開加入所述進(jìn)料區(qū)中。
5.一種制備生物高分子納米顆粒產(chǎn)品的方法，該方法包括 將生物高分子原料和增塑劑加入具有螺旋結(jié)構(gòu)的擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)內(nèi)，利用擠出機(jī)內(nèi)的剪切力對(duì)所述生物高分子原料進(jìn)行加工，其中，所述擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)中具有含有單螺紋元件的機(jī)筒；所述生物高分子原料和增塑劑是分開加入所述機(jī)筒中；和 將粉末狀的生物高分子原料加入機(jī)筒中。
6.一種制備生物高分子納米顆粒產(chǎn)品的方法，該方法包括 將生物高分子原料和增塑劑加入具有螺旋結(jié)構(gòu)的擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)內(nèi)，利用擠出機(jī)內(nèi)的剪切力對(duì)所述生物高分子原料進(jìn)行加工；和 在所述進(jìn)料區(qū)的下游將交聯(lián)劑加入所述擠出機(jī)中， 其中所述擠出機(jī)具有上游區(qū)段、下游區(qū)段，以及位于所述上游區(qū)段和下游區(qū)段之間的中間區(qū)段，并且 其中，所述中間區(qū)段內(nèi)的溫度保持在高于IOOOC ;所述中間區(qū)段包含上游和下游蒸汽密封區(qū)段，并且在下游蒸汽密封區(qū)段上的中間區(qū)段的溫度和壓カ高于在上游蒸汽密封區(qū)段上的溫度和壓カ。
7.一種制備生物高分子納米顆粒產(chǎn)品的方法，該方法包括 將生物高分子原料和增塑劑加入具有螺旋結(jié)構(gòu)的擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)內(nèi)，利用擠出機(jī)內(nèi)的剪切力對(duì)所述生物高分子原料進(jìn)行加工；和 在所述進(jìn)料區(qū)的下游將交聯(lián)劑加入所述擠出機(jī)中， 其中，所述螺旋結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)或更多個(gè)連續(xù)的蒸汽密封區(qū)段，每個(gè)蒸汽密封區(qū)段具有上游壓カ產(chǎn)生區(qū)段和相鄰的下游逆向捏合段。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于 各個(gè)上游壓カ產(chǎn)生區(qū)段具有向前的捏合段。
9.一種制備生物高分子納米顆粒產(chǎn)品的方法，該方法包括 將生物高分子原料和增塑劑加入具有螺旋結(jié)構(gòu)的擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)內(nèi)，利用在所述進(jìn)料區(qū)下游的擠出機(jī)第一區(qū)段中的剪切力對(duì)所述生物高分子原料進(jìn)行加工；和在所述第一區(qū)段下游的所述擠出機(jī)的第二區(qū)段中將交聯(lián)劑加入所述擠出機(jī)中， 其中，在所述擠出機(jī)的第二區(qū)段中的捏合段上加入所述交聯(lián)劑。
10.一種制備生物高分子納米顆粒產(chǎn)品的方法，該方法包括 將生物高分子原料和增塑劑加入具有螺旋結(jié)構(gòu)的擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)內(nèi)，利用在所述進(jìn)料區(qū)下游的擠出機(jī)第一區(qū)段中的剪切力對(duì)所述生物高分子原料進(jìn)行加工； 將交聯(lián)劑加入在所述第一區(qū)段下游的所述擠出機(jī)的第二區(qū)段中；和 在所述第二區(qū)段的下游提供反應(yīng)后區(qū)段， 其中，將水加入在密封下游的所述反應(yīng)后區(qū)段中，所述密封位于加入所述交聯(lián)劑的位置處的下游。
11.一種制備生物高分子納米顆粒產(chǎn)品的方法，該方法包括 將生物高分子原料和增塑劑加入具有螺旋結(jié)構(gòu)的擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)內(nèi)，利用擠出機(jī)內(nèi)的剪切カ對(duì)生物高分子原料進(jìn)行加工； 在所述進(jìn)料區(qū)的下游將交聯(lián)劑加入所述擠出機(jī)中；和 通過(guò)擠出模頭使得擠出物發(fā)泡。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在干 所述擠出物包含附聚的生物高分子納米顆粒。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，該方法還包括 將所述擠出物分散在水性介質(zhì)中。
14.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 當(dāng)所述生物高分子納米顆粒產(chǎn)品分散在水中的時(shí)候，形成聚合物膠體。
15.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 所述生物高分子納米顆粒產(chǎn)品包含保護(hù)膠體。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于 所述保護(hù)膠體是未交聯(lián)的生物高分子。
17.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 所述生物高分子納米顆粒產(chǎn)品包含約小于I%的未交聯(lián)的生物高分子。
18.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 所述生物高分子原料是淀粉。
19.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 所述增塑劑選自水、醇、以及它們的混合物。
20.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 所述增塑劑選自水、多元醇、以及它們的混合物。
21.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 所述增塑劑選自水、甘油、こニ醇、丙ニ醇、聚こニ醇、糖醇、脲、檸檬酸酷、以及它們的混合物。
22.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 所述交聯(lián)劑選自ニ醛和多醛。
23.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 所述交聯(lián)劑選自酸酐、混合酸酐、戊ニ醛、こニ醛、高碘酸鹽氧化的碳水化合物、表氯醇、環(huán)氧化物、三磷酸酯和ニこ烯基砜。
24.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于 所述生物高分子原料選自馬鈴薯淀粉、小麥淀粉、木薯淀粉、木薯淀粉、大米淀粉、玉米淀粉、蠟質(zhì)玉米淀粉、以及它們的混合物。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于 所述淀粉是基于高支鏈淀粉的淀粉。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種制備生物高分子納米顆粒產(chǎn)品的方法。在此方法中，將生物高分子原料和增塑劑加入具有螺旋結(jié)構(gòu)的擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)內(nèi)，通過(guò)擠出機(jī)內(nèi)的剪切力對(duì)生物高分子原料進(jìn)行加工,在進(jìn)料區(qū)的下游將交聯(lián)劑加入擠出機(jī)中。所述生物高分子原料和增塑劑優(yōu)選分開加入進(jìn)料區(qū)中。所述螺紋結(jié)構(gòu)可包括兩個(gè)或更多個(gè)蒸汽密封區(qū)段。所述擠出機(jī)的第一區(qū)段中的剪切力大于位于擠出機(jī)第一區(qū)段下游的相鄰的第二區(qū)段內(nèi)的剪切力。可以在位于交聯(lián)反應(yīng)已經(jīng)完成的位置后面的反應(yīng)后區(qū)段內(nèi)加入水，以改進(jìn)模頭性能。
文檔編號(hào)B29C47/60GK102862282SQ20121030318
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2007年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月15日
發(fā)明者R·H·維爾丁, E·范艾格道姆, S·布羅姆伯根 申請(qǐng)人:生態(tài)合成材料有限公司