DE102007005927B4 - Process for the preparation of a hydrophobic starch derivative - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines hydrophoben Stärkederivates mit folgenden, sukzessiven Arbeitsschritten:
a) Dispergieren von Stärke und/oder Stärkederivaten in einer wässrigen Salzlösung
b) Zugabe von Carbonsäureanhydriden
c) Einstellen einer Temperatur des Reaktionsgemisches zwischen 0°C und 60°C
d) Abbrechen der Reaktion durch Zugabe eines Alkohol-Wasser-Gemisches, wobei die Konzentration der Salzlösung eine Molalität zwischen 0.2 m und 7 m aufweist und die Salze anorganische Salze sind und die Kationen der anorganische Salze ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Li, Mg, Al, Cu, Zn.Process for the preparation of a hydrophobic starch derivative with the following, successive working steps:
a) dispersing starch and / or starch derivatives in an aqueous salt solution
b) Addition of carboxylic acid anhydrides
c) Setting a temperature of the reaction mixture between 0 ° C and 60 ° C.
d) stopping the reaction by adding an alcohol-water mixture, wherein the concentration of the salt solution has a molarity between 0.2 m and 7 m and the salts are inorganic salts and the cations of the inorganic salts are selected from the group consisting of Li, Mg , Al, Cu, Zn.
Description
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines hydrophoben Stärkederivats durch Veresterung alkoholischer Funktionen mit organischen Säureanhydriden in wässrigen Salzlösungen. Die erhaltenen hydrophoben Stärkederivate verbessern z. B. die Wasserstabilität von Papieren.The present invention describes a process for the preparation of a hydrophobic starch derivative by esterification of alcoholic functions with organic acid anhydrides in aqueous salt solutions. The resulting hydrophobic starch derivatives improve z. B. the water stability of papers.
Neben Cellulose ist Stärke bereits heute ein in vielen Bereichen genutzter nachwachsender Rohstoff. In vielen Pflanzen ist Stärke ein Reservekohlenhydrat und in Form von 1 bis 200 μm großen Stärkekörnern in verschiedenen Pflanzenteilen, z. B. in Knollen oder Wurzeln (Kartoffeln, Maniok, Batate), in Getreidesamen (Weizen, Mais, Roggen, Reis, Gerste, Hirse, Hafer), in Früchten (Kastanien, Eicheln, Erbsen, Bohnen, Bananen) sowie im Mark (Sagopalme) gespeichert. Als Lieferanten für den Rohstoff Stärke kommen in Europa vor allem Kartoffeln, Mais und Weizen in Frage.In addition to cellulose, starch is already a renewable raw material used in many areas. In many plants, starch is a reserve carbohydrate and in the form of 1 to 200 .mu.m starch granules in various parts of plants, eg. In tubers or roots (potatoes, cassava, potatos), cereal seeds (wheat, maize, rye, rice, barley, millet, oats), fruits (chestnuts, acorns, peas, beans, bananas) and marrow (sago palms ) saved. Potatoes, corn and wheat are considered as suppliers of starch in Europe.
Die chemische Zusammensetzung und die Struktur der Stärke sind im Unterschied zur Cellulose etwas komplexer. Stärke besteht im Wesentlichem aus 3 verschiedenen D-Glucopyranose-Polymeren: der Amylose, dem Amylopectin und einer so genannten Zwischenfraktion, die auch als anormales Amylopectin bezeichnet wird, sowie 10 bis 20% Wasser, je nach Sorte und Lagerungsbedingungen, kleineren Mengen an Eiweiß, Fetten und Phosphorsäureestergruppen. Je nach Sorte variieren die Gehalte der aufgeführten Bestandteile.The chemical composition and the structure of starch are somewhat more complex than cellulose. Starch consists essentially of 3 different D-glucopyranose polymers: amylose, amylopectin and a so-called intermediate fraction, which is also referred to as abnormal amylopectin, and 10 to 20% water, depending on the variety and storage conditions, smaller amounts of protein, Fats and phosphoric ester groups. Depending on the variety, the contents of the listed ingredients vary.
Verwendet wird Stärke vor allem in der Papier- und Lebensmittelindustrie, aber auch zunehmend zur Herstellung von Kosmetika, und als Waschmittelrohstoff. Durch die Hydrophilie des Polysaccharids Stärke bietet sich eine Verwendung als Dickungs- und Bindemittel nahezu an. Die Eigenschaft der Wasserbindung ist in Abhängigkeit von der molekularen Zusammensetzung auch als Gelbildung einstellbar. Nach Einführung ionischer Substituenten kann das Wasserbindungsvermögen bis hin zum Einsatz als Absorber verstärkt werden.Starch is used primarily in the paper and food industry, but also increasingly for the production of cosmetics, and as detergent raw material. Due to the hydrophilicity of the starch polysaccharide, use as a thickening and binding agent is almost adequate. The property of water binding is also adjustable as gel formation, depending on the molecular composition. After introduction of ionic substituents, the water-binding capacity can be increased to the point of use as an absorber.
Eine Vielzahl technischer Anwendungen von Stärkederivaten, die spezifische Festigkeitseigenschaften im Festkörper oder an der Oberfläche aufweisen müssen, erfordern jedoch eine Stabilität gegenüber schwankender relativer Luftfeuchtigkeit und Benetzbarkeit mit Wasser. So benötigt die Papierindustrie geeignete wasserstabile Produkte z. B. für die Herstellung von Dekor- und Tissuepapier. Bei Kontakt mit Wasser sollte für diese Papierarten die Reißfestigkeit erhalten bleiben. In der Klebstoffanwendung für Papier, Wellpappe oder Verpackungshülsen ist neben der Nassfestigkeit auch die mechanische Stabilität gefragt. Um die Wasserstabilität von handelsüblichen Stärken zu erreichen, sind verschiedene Modifizierungen denkbar.However, a variety of engineering applications of starch derivatives, which must have specific solid state or surface strength properties, require stability to varying relative humidity and wettability with water. So the paper industry needs suitable water-stable products z. B. for the production of decorative and tissue paper. When in contact with water, tear resistance should be maintained for these types of paper. In the application of adhesives for paper, corrugated cardboard or packaging tubes, in addition to wet strength, mechanical stability is also required. In order to achieve the water stability of commercially available starches, various modifications are conceivable.
Bei zahlreichen Applikationen wird die Wasserstabilität durch Zugabe von Melamin- oder Resorcin-/Formaldehydharzen, also durch Vernetzungsreaktionen, erreicht. Die resultierenden Produkte können bis zu 12 dieser Harze enthalten. Ein Recycling dieser Produkte ist aus umwelttechnischer Sicht sehr problematisch.In many applications, water stability is achieved by adding melamine or resorcinol / formaldehyde resins, ie by crosslinking reactions. The resulting products can contain up to 12 of these resins. Recycling these products is very problematic from an environmental point of view.
Die Modifizierung der Stärke mit hydrophoben Resten, z. B. durch Veresterungs- oder Veretherungsreaktionen, ist eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Wasserstabilität des Polysaccharids. Der Vorteil von solchen Derivatisierungen besteht darin, dass in Abhängigkeit von dem benutzten Reagenz bereits bei sehr geringen Substitionsgraden (DS ≤ 0,2) die gewünschten hydrophoben Eigenschaften erreicht werden können, so dass aus ökonomischer Sicht der Einsatz der relativ teuren Hydrophobierungsreagenzien auf ein vertretbares Minimum reduziert werden kann. Als Nachteil erweist sich, dass aufgrund der Struktur von Stärke die Einführung langkettiger Reste auch mit nur kleinen. DS-Werten im Slurry sehr langsam und in schlechten Ausbeuten erreicht wird.The modification of the starch with hydrophobic residues, e.g. As by esterification or etherification reactions, is another way to increase the water stability of the polysaccharide. The advantage of such derivatizations is that, depending on the reagent used, the desired hydrophobic properties can already be achieved at very low degrees of substitution (DS.ltoreq.0.2), so that, from an economic point of view, the use of the relatively expensive hydrophobizing reagents is kept to an acceptable minimum can be reduced. The disadvantage is that due to the structure of starch, the introduction of long-chain residues is also possible with only small amounts. DS values in the slurry is achieved very slowly and in poor yields.
Hydrophobierungsreagenzien zur Modifizierung von Stärke enthalten neben einer reaktiven Gruppe zur Realisierung der Ester- oder Ethergruppe langkettige Reste. Als Veretherungsreagenzien kommen z. B. epoxidierte Fettsäuren oder Fettsäurederivate in Frage. Als Veresterungsreagenzien ist vor allem der Einsatz von Säureanhydriden und Säurechloriden denkbar, die langkettige Gruppen enthalten. Eine Möglichkeit hydrophobe Stärken darzustellen, ist die Reaktion von Stärke mit Alkenylsuccinsäureanhydriden (ASA). ASA ist im industriellen Maßstab verfügbar. Es wird vorwiegend als Leimungsmittel und damit als qualitäts verbesserndes Additiv bei der Papierherstellung eingesetzt. Ziel der Leimung ist die Hydrophobierung des natürlichen Faservlieses, wodurch das Eindringen von Wasser begrenzt bzw. verhindert wird. Tabelle 1 gibt einen Überblick über die derzeit kommerziell verfüg baren Alkenylbernsteinsäureanhydride. Hinzu kommen Mischungen diverser Anhydride, z. B. zwischen C12 und C14, C16 und C18 sowie Anhydride mit verzweigten Alkenylketten, z. B. i-DDSA oder i-ODSA. Tabelle 1: Kommerziell verfügbare Alkenylbernsteinsäureanhydride (ASA)
Die Veresterung von Stärke mit den beschriebenen Alkenylbernsteinsäureanhydriden verläuft relativ langsam und in wässriger Lösung nur mit geringen Ausbeuten (< 40%). Das hat in erster Linie sterische Gründe. Zu erheblichen Ausbeuteverlusten führt aber auch die Hydrolyse des Anhydrides als Konkurrenzreaktion zur Esterbildung (
Hingegen können bei der Umsetzung von Stärke mit ASA in organischen Lösungsmitteln sehr hohe Ausbeuten erreicht werden, wie im Patent
Bei einer typischen Synthese von Stärkesuccinaten im wässrigen Medium wird Stärke zunächst in einer Lösung von Natri-umcarbonat oder Natronlauge suspendiert (
Die Synthese von OSA-Stärken im wässrigen Milieu wird in weiteren Patenten beschrieben. Im Patent
Bei dem Verfahren von Bilmers und Machkewicz (
In
Stärkesuccinate mit DS-Werten bis zu 1,5 können durch die Methode von Shogren erreicht werden. Dabei wird im Vakuum getrocknete Stärke in Eisessig mit dem Anhydrid bei Temperaturen zwischen 120 und 180°C umgesetzt. Durch die Umsetzungen werden Mischester mit guten Ausbeuten erhalten. Die hohen Temperaturen und die während der Synthese herrschenden hohen Drücke machen diese Methode zur Hydrophobierung von Stärke aber relativ kostenintensiv.Starch succinates with DS values up to 1.5 can be achieved by the method of Shogren. In this case, dried in vacuo starch is reacted in glacial acetic acid with the anhydride at temperatures between 120 and 180 ° C. The reactions give mixed esters with good yields. The high temperatures and the high pressures prevailing during the synthesis make this method of hydrophobing starch but relatively expensive.
Die wesentlichsten Nachteile des Standes der Technik zur Synthese von ASA-Stärken bestehen darin, dass sie entweder in organischen Lösungsmitteln erfolgen oder infolge der in Konkurrenz zur Veresterung stehenden Hydrolyse des Anhydrides nur sehr mäßige Ausbeuten resultieren und/oder die Synthese nur unter großem technischen Aufwand, wie hohen Temperaturen und Drücken, mehrstufigen Synthesewegen bzw. eingeschränkter Auswahl der Ausgangsstärken möglich ist. Die traditionelle Stärkeverarbeitende Industrie führt sämtliche Modifizierungen der Ausgangsstärke im Slurry-System, d. h. im wässrigen Medium und in einem Temperaturbereich zwischen 10 und 60°C durch. Die Realisierung der Synthese von ASA-Stärken mit den bekannten Verfahren würde somit kostenintensive Investitionen nach sich ziehen. Aus umweltrelevanten Gründen wäre der Ersatz von Wasser als Reaktionsmedium durch organische Lösungsmittel in der heutigen Zeit nicht mehr nachvollziehbar.The most significant disadvantages of the prior art for the synthesis of ASA starches are that they either take place in organic solvents or result in only very moderate yields as a result of the hydrolysis of the anhydride in competition with the esterification and / or the synthesis only with great technical effort, how high temperatures and pressures, multi-step synthesis routes or limited choice of output strengths is possible. The traditional starch processing industry carries out all modifications of the starting starch in the slurry system, i. H. in an aqueous medium and in a temperature range between 10 and 60 ° C. The realization of the synthesis of ASA starches with the known methods would thus entail costly investments. For environmental reasons, the replacement of water as a reaction medium by organic solvents in the present time would be incomprehensible.
Die
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In der
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In der
Ausgehend vom Stand der Technik war es somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von hydrophoben Stärken bereitzustellen, mit dem unter möglichst effizienter Verwendung der Reagenzien möglichst hohe Substitutionsgrade erzielt werden können und somit ein möglichst ökonomischer Verfahrensablauf gewährleistet ist. Dabei soll das Verfahren einfach durchzuführen und auf eine Vielzahl von Stärken anwendbar sein.Starting from the prior art, it was thus an object of the present invention to provide a process for the preparation of hydrophobic starches, with the highest possible degree of substitution can be achieved with the most efficient use of reagents and thus the most economical process flow is guaranteed. The process should be simple and applicable to a variety of strengths.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the method having the features of
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines hydrophoben Stärkederivats mit folgenden, sukzessiven Arbeitsschritten vorgeschlagen:
- a) Dispergieren von Stärke und/oder Stärkederivaten in einer wässrigen Salzlösung,
- b) Zugabe von Carbonsäurearihydriden,
- c) Einstellung einer Temperatur des Reaktionsgemisches zwischen 0°C und 60°C,
- d) Abbrechen der Reaktion durch Zugabe eines Alkohl-Wasser-Gemisches, wobei die Konzentration der Salzlösung eine Molalität zwischen 0.2 m und 7 m aufweist und die Salze anorganische Salze sind und die Kationen der anorganischen Salze ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Li, Mg, Al, Cu, Zn.
- a) dispersing starch and / or starch derivatives in an aqueous salt solution,
- b) addition of carboxylic acid anhydrides,
- c) setting a temperature of the reaction mixture between 0 ° C and 60 ° C,
- d) stopping the reaction by adding an alcohol-water mixture, wherein the concentration of the salt solution has a molarity between 0.2 m and 7 m and the salts are inorganic salts and the cations of the inorganic salts are selected from the group consisting of Li, Mg , Al, Cu, Zn.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass die Synthese von Stärkeestern in wässrigen Salzlösungen mit sehr hohen Ausbeuten gelingt. Besonders überraschend dabei war, dass durch den Zusatz von Salzen zum wässrigen Reaktionsmedium die konkurrierende Hydrolyse des eingesetzten Carbonsäureanhydrides zurückgedrängt werden kann, was schließlich zu höheren Ausbeuten und damit zu einer Kostenreduktion im Vergleich zum aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren führt. Ein weiterer Vorteil dabei ist, dass ein Recycling der Salzlösung ohne weiteres möglich ist, wenn die anfallenden Filtrate bei den Waschprozessen aufgefangen werden.Surprisingly, it has been found that the synthesis of starch esters in aqueous salt solutions succeeds with very high yields. It was particularly surprising that the concurrent hydrolysis of the carboxylic anhydride used can be suppressed by the addition of salts to the aqueous reaction medium, which finally leads to higher yields and thus to a cost reduction compared to the known from the prior art. Another advantage of this is that one Recycling of the salt solution is readily possible if the resulting filtrates are collected in the washing processes.
Die optimale Konzentration wird dabei über eine Abhängigkeit des Löslichkeitsproduktes des eingesetzten Salzes in Wasser bestimmt.The optimum concentration is determined by a dependence of the solubility of the salt used in water.
Die Anionen der anorganischen Salze unterliegen erfindungsgemäß keiner besonderen Beschränkung, vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Anionen ausgewählt werden aus Chlorid, Sulfat und/oder Nitrat.According to the invention, the anions of the inorganic salts are not particularly limited, but it is advantageous if the anions are selected from chloride, sulfate and / or nitrate.
Zur Erzielung guter Ergebnisse des Verfahrens ist es weiter von Vorteil, wenn die Konzentration der Stärke- und/oder Stärkederivatdispersion 1 bis 50% (w/w), bevorzugt 5 bis 30% (w/w), besonders bevorzugt 10 bis 25% (w/w), beträgt.To achieve good results of the process, it is furthermore advantageous if the concentration of the starch and / or starch derivative dispersion is 1 to 50% (w / w), preferably 5 to 30% (w / w), particularly preferably 10 to 25% ( w / w).
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei mit beliebigen Stärken und/oder Stärkederivaten durchgeführt werden. Beispielsweise können Kartoffeln, Mais, Erbsen oder Getreide als Stärkequelle dienen.The process according to the invention can be carried out with any desired starches and / or starch derivatives. For example, potatoes, corn, peas or cereals can serve as a source of starch.
Dabei ist es ebenso unerheblich, ob die eingesetzte Stärke und/oder Stärkederivate unbehandelt, teil substituiert, teiloxidiert und/oder teilabgebaut sind. Erfindungsgemäß können ebenso Mischungen aus den zuvor genannten Stärken und/oder Stärkederivaten eingesetzt werden.It is also irrelevant whether the starch and / or starch derivatives used are untreated, partially substituted, partially oxidized and / or partially degraded. According to the invention, it is likewise possible to use mixtures of the abovementioned starches and / or starch derivatives.
Beider Verfahrensführung ist es von Vorteil, wenn der pH-Wert des Reaktionsmediums auf einen Wert zwischen 3 und 9, bevorzugt zwischen 4 und 8,5, eingestellt wird.In the process, it is advantageous if the pH of the reaction medium to a value between 3 and 9, preferably between 4 and 8.5, is set.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden in Schritt b) die Carbonsäureanhydride bezüglich der Stärke in einem molaren Verhältnis in Abhängigkeit des gewünschten DS-Wertes zwischen 0,01 und 1,0, bevorzugt zwischen 0,05 und 0,5 zugegeben. Hier wird einmal mehr der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik deutlich, da im Stand der Technik bisher immer größere Mengen an Carbonsäureanhydriden bezüglich der Stärke zur Erweichung eines entsprechenden Substitutionsgrades (DS) zugegeben werden mussten.In an advantageous development of the process, in step b) the carboxylic acid anhydrides are added in a molar ratio with respect to the starch, depending on the desired DS value, between 0.01 and 1.0, preferably between 0.05 and 0.5. Here again, the advantage of the method according to the invention over the prior art is clear, since in the prior art ever greater amounts of carboxylic acid anhydrides with respect to the strength had to be added to soften a corresponding degree of substitution (DS).
Als Carbonsäureanhydride können dabei erfindungsgemäß bevorzugt Alkenylsuccinsäureänhydride eingesetzt werden. Ganz besonders bevorzugt sind es die in Tabelle 1 angegebenen.Alkenylsuccinic acid anhydrides can preferably be used according to the invention as carboxylic anhydrides. Very particular preference is given to those given in Table 1.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird in Schritt c) eine Temperatur zwischen 10 und 60°C, besonders bevorzugt zwischen 15 und 40°C eingehalten.In a further advantageous embodiment of the method, a temperature between 10 and 60 ° C, more preferably between 15 and 40 ° C is maintained in step c).
Die in Schritt c) einzuhaltende Reaktionszeit kann vorteilhaft dabei von 2 Stunden bis 200 Stunden, bevorzugt 2 bis 96 Stunden, besonders bevorzugt 2 bis 48 Stunden, betragen.The reaction time to be maintained in step c) can advantageously be from 2 hours to 200 hours, preferably from 2 to 96 hours, more preferably from 2 to 48 hours.
Zum Abbruch der Reaktion wird erfindungsgemäß ein Stoffgemisch aus Alkoholen und Wasser zugegeben. Dabei können grundsätzlich alle Alkohole, die mit Wasser mischbar sind, eingesetzt werden. Beispiele sind: Ethanol, 2-Propanol, Methanol, tert. Butanol.To terminate the reaction, a mixture of alcohols and water is added according to the invention. In principle, all alcohols which are miscible with water can be used. Examples are: ethanol, 2-propanol, methanol, tert. Butanol.
Je nach Verfahrensführung kann dabei erfindungsgemäß Substitutionsgrad der hydrophoben Stärkederivate zwischen 0,01 und 1 eingestellt werden. Die Einstellung des Substitutionsgrades kann dabei durch die entsprechende Menge an Säureanhydrid, aber auch durch Abbruch der Reaktion am gegebenen Zeitpunkt erfolgen.Depending on the process, the degree of substitution of the hydrophobic starch derivatives can be adjusted to between 0.01 and 1 according to the invention. The adjustment of the degree of substitution can be done by the appropriate amount of acid anhydride, but also by stopping the reaction at the given time.
Bevorzugt findet das Verfahren Verwendung bei der Herstellung von Papierprodukten.Preferably, the method finds use in the manufacture of paper products.
Die Erfindung wird anhand folgender Beispiele näher erläutert, ohne sie darauf zu beschränken:The invention is explained in more detail by the following examples, without being limited thereto:
Beispiel 1:Example 1:
Zunächst werden 12,5 g (0,077 mol/AGU) native Kartoffelstärke in 50 ml einer 2 m ZnCl2-Lösung gegeben und min intensiv gerührt. Anschließend werden 1,6 g (0,008 mol) Octenylsuccinsäureanhydrid (OSA) dazugegeben und 16 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Zur Aufarbeitung wird ein Gemisch von 250 ml Ethanol/Wasser (50/50, v/v) hinzugeben. Nach der Filtration über eine G2-Fritte wird mit Ethanol/Wasser (50/50, v/v) bis zur Chloridfreiheit gewaschen. Abschließend wird die Probe mit Ethanol gewaschen und die OSA-Stärke im Trockenschrank bei 80°C getrocknet. Durch die beschriebene Prozedur wird eine OSA-Stärke mit einem DS = 0,1 erhalten. Das zugehörige 13C-CP/MAS-Spektrum ist in
Beispiel 2:Example 2:
20 g (0,123 mol/AGU) native Kartoffelstärke werden in 40 ml einer 1 m ZnCl2-Lösung gegeben und 10 min intensiv durchmischt. Anschließend werden 1,3 g (0,0062 mol) OSA hinzugesetzt und 16 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Nach Wäsche und Trocknung gemäß Beispiel 1 wird eine OSA-Stärke mit einem DS = 0,04 erhalten.20 g (0.123 mol / AGU) of native potato starch are added to 40 ml of a 1 M ZnCl 2 solution and thoroughly mixed for 10 min. Subsequently, 1.3 g (0.0062 mol) of OSA are added and stirred for 16 hours at room temperature. After washing and drying according to Example 1, an OSA starch with a DS = 0.04 is obtained.
Beispiel 3:Example 3:
200 g (1,23 mol/AGU) einer kationischen Stärke (DS = 0,03) werden in 600 ml einer 2 m ZnCl2-Lösung gegeben und 10 min intensiv durchmischt. Nach Zusatz von 20,8 g (0,1 mol) OSA wird unter Konstanthaltung des pH-Wertes auf 4 für 72 h gerührt. Nach Wäsche und Trocknung gemäß Beispiel 1 wird eine OSA-Stärke mit einem DS = 0,08 erhalten.200 g (1.23 mol / AGU) of a cationic starch (DS = 0.03) are placed in 600 ml of a 2 M ZnCl 2 solution and thoroughly mixed for 10 min. After addition of 20.8 g (0.1 mol) of OSA is stirred while keeping the pH to 4 for 72 h. After washing and drying according to Example 1, an OSA starch with a DS = 0.08 is obtained.
Beispiel 4:Example 4:
10 g (0,054 mol/AGU) Carboxymethylstärke (DS = 0,56) werden in 100 ml einer 2 m ZnCl2-Lösung gegeben und 10 min intensiv gerührt. Der pH-Wert wird auf 4 eingestellt. Anschließend werden 1,14 g (0,005 mol) Octenylsuccinsäureanhydrid (OSA) dazugegeben und 18 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Der pH-Wert wird während der Synthese auf 4 konstant gehalten. Nach Wäsche und Trocknung gemäß Beispiel 1 wurden 10,34 g des Stärkederivates mit einem DS (OSA) = 0,08 erhalten.10 g (0.054 mol / AGU) of carboxymethyl starch (DS = 0.56) are added to 100 ml of a 2 M ZnCl 2 solution and stirred vigorously for 10 min. The pH is adjusted to 4. Subsequently, 1.14 g (0.005 mol) of octenylsuccinic anhydride (OSA) are added and stirred for 18 hours at room temperature. The pH is kept constant at 4 during the synthesis. After washing and drying according to Example 1, 10.34 g of the starch derivative were obtained with a DS (OSA) = 0.08.
Beispiel 5:Example 5:
25 g (0,154 mol/AGU) native Kartoffelstärke werden in 50 ml einer 5,5 m MgCl2-Lösung gegeben und 10 min intensiv durchmischt. Anschließend werden 3,3 g (0,016 mol) OSA hinzugesetzt und 16 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Nach Wäsche und Trocknung gemäß Beispiel 1 wird eine OSA-Stärke mit einem DS = 0,01 erhalten.25 g (0.154 mol / AGU) of native potato starch are added to 50 ml of a 5.5 m MgCl 2 solution and thoroughly mixed for 10 min. Subsequently, 3.3 g (0.016 mol) OSA are added and stirred for 16 hours at room temperature. After washing and drying according to Example 1, an OSA starch with a DS = 0.01 is obtained.
Beispiel 6:Example 6:
25 g (0,154 mol/AGU) native Kartoffelstärke werden in 100 ml einer 1,0 m Al(NO3)3-Lösung gegeben und 10 min intensiv durchmischt. Anschließend werden 3,2 g (0,015 mol) OSA hinzugesetzt und 16 Stunden bei Raumtemperatur gerührt. Nach Wäsche und Trocknung gemäß Beispiel 1 wird eine OSA-Stärke mit einem DS = 0,02 erhalten.25 g (0.154 mol / AGU) native potato starch in 100 ml of a 1.0 M Al (NO 3) 3 solution and mixed for 10 minutes intensively. Subsequently, 3.2 g (0.015 mol) of OSA are added and stirred for 16 hours at room temperature. After washing and drying according to Example 1, an OSA starch with a DS = 0.02 is obtained.
Beispiel 7:Example 7:
In ca. 70 ml einer 0,44 m ZnCl2-Lösung (4,21 g ZnCl2 auf 70 g H2O) wird durch Zugabe von 0,1 N HCl der pH-Wert auf 4 eingestellt. Anschließend werden 25 g (0,1 54 mol/AGU) native Kartoffelstärke zur Salzlösung gegeben und 10 min intensiv gerührt. Schließlich werden 4,1 g (0,02 mol) OSA hinzugesetzt, insgesamt 24 h gerührt und während der gesamten Zeit mit 1 N NaOH der pH-Wert auf 4 konstant gehalten. Nach Wäsche und Trocknung gemäß Beispiel 1 wurden 30,15 g OSA-Stärke (Trockengehalt: 92,94) und mit einem DS (OSA) = 0,13 erhalten.In about 70 ml of a 0.44 m ZnCl 2 solution (4.21 g ZnCl 2 to 70 g H 2 O), the pH is adjusted to 4 by addition of 0.1 N HCl. Subsequently, 25 g (0.1 54 mol / AGU) of native potato starch are added to the salt solution and stirred vigorously for 10 min. Finally, 4.1 g (0.02 mol) of OSA are added, the mixture is stirred for a total of 24 h and the pH is kept constant at 4 with 1N NaOH throughout. After washing and drying according to Example 1, 30.15 g of OSA starch (dry content: 92.94) and with a DS (OSA) = 0.13 were obtained.
Beispiel 8:Example 8:
200 g (1,23 mol/AGU) einer kationischen Stärke (DS = 0,03) werden in ca. 600 ml einer 2 M ZnCl2-Lösung (163,6 g ZnCl2 in 600 ml H2O) gegeben und 10 min intensiv gerührt. Innerhalb von 5 min werden 31,1 g LA-SAR (Bernsteinsäureanhydrid mit C16 bis C18-Seitenketten) zugetropft. Der pH-Wert wird während der Reaktionszeit auf 4 konstant gehalten. Nach 45 h wird die Reaktion durch Zusatz von 1,2 l Ethanol-Wasser-Gemisch (50/50, v/v) beendet. Es erfolgen Wäsche und Trocknung analog Beispiel 1. Der DS der hydrophoben LASAR-Stärke beträgt 0,04.200 g (1.23 mol / AGU) of a cationic starch (DS = 0.03) are placed in about 600 ml of a 2 M ZnCl 2 solution (163.6 g ZnCl 2 in 600 ml H 2 O) and 10 intensively stirred. Within 5 minutes, 31.1 g of LA-SAR (succinic anhydride with C16 to C18 side chains) are added dropwise. The pH is kept constant at 4 for the reaction time. After 45 h, the reaction is terminated by adding 1.2 l of ethanol / water mixture (50/50, v / v). Washing and drying are carried out analogously to Example 1. The DS of the hydrophobic LASAR starch is 0.04.
Beispiel 9 (Leimpressung und Cobb-Werte): Example 9 (size press and Cobb values):
Die Papiere (Inkjetbasispapier ohne Oberflächenleimung mit einem Flächengewicht von 80 g/m2) werden in einer Laborleimpresse der Fa. Mathis bei einer Flottentemperatur von 50°C mit 8%-iger Stärkelösung behandelt. Die Blätter werden anschließend mittels Schnelltrockner getrocknet. Die applizierte Stärkemenge beträgt jeweils ca. 1,5 g/m2 / Seite.The papers (inkjet base paper without surface sizing with a weight per unit area of 80 g / m 2 ) are treated in a laboratory size press from Mathis at a liquor temperature of 50 ° C. with 8% strength starch solution. The leaves are then dried by means of rapid drying. The applied amount of starch is in each case about 1.5 g / m 2 / side.
Die Bestimmung der Wasseraufnahme der so beschichteten Papiere erfolgte gemäß Methode nach Cobb 60 (Vorschrift DIN 53 132). Die Ergebnisse sind in Tab. 2 dargestellt. Tabelle 2: Bestimmung der Cobb60-Werte
Beispiel 10 (Bestimmung des Kontaktwinkels):Example 10 (determination of the contact angle):
Der Randwinkel oder Kontaktwinkel bildet sich an der Phasengrenze dreier miteinander nicht mischbarer Phasen einstellt, z. B. bei der begrenzten Benetzung eines Festkörpers durch eine Flüssigkeit. Der Kontaktwinkel charakterisiert den Grad der Benetzung und gibt z. B. Hinweise zur Bedruckbarkeit von Papier.The contact angle or angle forms at the phase boundary of three mutually immiscible phases, z. B. in the limited wetting of a solid by a liquid. The contact angle characterizes the degree of wetting and gives z. B. Information on the printability of paper.
Der Kontaktwinkel der nach Beispiel 9 beschichteten Papiere mit einer gemäß Beispiel 3 hergestellte hydrophobierte Stärke mit dem DS (OSA) = 0,05 wird bestimmt. Als Referenz diente eine kationisierte, oxidierte Stärke (
Die Aufnahme und die Messung des Kontaktwinkels wurde mit einem optischen Kontaktwinkelmessgerät der Fa. DataPhysics Instruments gemäß Sessile Drop Methode durchgeführt. Als Testflüssigkeit diente destilliertes Wasser. Tabelle 3: Bestimmung der Kontaktwinkel unterschiedlicher Stärken
Spektrums eines erfindungsgemäß hergestellten Stärkederivats, das ausgehend von Kartoffelstärke durch Reaktion mit Octenylbernsteinsäureanhydrid (OSA) synthetisiert wurde. Der Substitutionsgrad beträgt bei diesem Beispiel 0,1. Im Spektrum sind alle C-Atome bezeichnet. Zwischen 60 und 100 ppm finden sich die 6 C-Atome der Stärke-Anhydoglucoseeinheit (AGU). Bei 130 ppm ist die Doppelbindung des Octenyl-Restes zu sehen.Spectrum of a starch derivative prepared according to the invention, which was synthesized starting from potato starch by reaction with octenyl succinic anhydride (OSA). The degree of substitution in this example is 0.1. In the spectrum all C-atoms are designated. Between 60 and 100 ppm, the 6 C atoms of the starch anhydoglucose unit (AGU) can be found. At 130 ppm, the double bond of the octenyl radical can be seen.
Bei 181 ppm wird die Carboxyl-Funktion beobachtet. Die Alkygruppen, wie CH3, CH2, und CH, sind zwischen 10 und 50 ppm zu finden. Die Bestimmung des DS-Wertes erfolgt durch Integration der NMR-Signale und Vergleich der resultierenden Flächen und den Peaks. Das Verhältnis der Integrale der Alkylgruppen des Octenyl-Restes, z. B. der Methyl-Gruppe, zum C1-Signal der Stärke-AGU bestimmt den DS-Wert.At 181 ppm, the carboxyl function is observed. The alkyl groups such as CH 3 , CH 2 , and CH are found between 10 and 50 ppm. The DS value is determined by integration of the NMR signals and comparison of the resulting areas and the peaks. The ratio of the integrals of the alkyl groups of the octenyl radical, z. As the methyl group, to the C 1 signal of the starch AGU determines the DS value.
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