專(zhuān)利名稱(chēng)：大豆蛋白質(zhì)增稠劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含蛋白質(zhì)的紙張涂布組合物，特別是包含作為粘合劑的改性植物蛋白質(zhì)的那些紙張涂布組合物。
植物蛋白材料作為用于包含顏料的紙張涂布組合物的粘合劑是熟知的。紙張涂布組合物給紙張?zhí)峁┫Ｍ恼?、光澤度、平滑度，以及微孔表面。在涂布組合物中，顏料的作用是填充紙張表面的不規(guī)則性并產(chǎn)生用于印刷的平坦且均勻的吸收性表面。粘合劑的作用是使顏料顆粒相互粘結(jié)以及粘結(jié)至原紙的表面上。
在紙張涂布組合物中，用作粘合劑特別優(yōu)選的植物蛋白材料是改性的大豆蛋白質(zhì)。這些粘合劑通常由分離的大豆蛋白質(zhì)制得，所述分離的蛋白質(zhì)通過(guò)水解和其它的化學(xué)處理而改性。以便制備適合于在紙張涂布組合物中用作粘合劑的蛋白質(zhì)粘合劑材料。
盡管已發(fā)現(xiàn)所述組合物在紙張涂布工業(yè)中的廣泛用途，但仍希望提供一種能在紙張涂布組合物以更低的用量使用的改進(jìn)的植物蛋白質(zhì)粘合劑，以便在涂布組合物中取得合適的流變性；另外，所述改進(jìn)的植物蛋白質(zhì)粘合劑還具有能與常規(guī)紙張涂布組合物相比的功能性。
本發(fā)明提供一種改進(jìn)的植物蛋白質(zhì)粘合劑，所述粘合劑能以比常規(guī)植物蛋白質(zhì)粘合劑少得多的用量在紙張涂布組合物中使用，同時(shí)賦予紙張涂布組合物以與包含更多量植物蛋白質(zhì)粘合劑的常規(guī)紙張涂布組合物相當(dāng)?shù)牧髯冃院推渌阅?。特別是，本發(fā)明的植物蛋白質(zhì)粘合劑將具有增強(qiáng)的增稠作用，這將使得能使用更低量的植物蛋白質(zhì)粘合劑，以便提供顯示出希望流變性的紙張涂布組合物。更具體地說(shuō)，本發(fā)明的植物蛋白質(zhì)粘合劑具有增強(qiáng)的增稠作用，結(jié)果是，在紙張涂布組合物中能使用更低量的本發(fā)明的植物蛋白質(zhì)粘合劑，以便取得一定的粘度值，該粘度值可與包含更多量常規(guī)植物蛋白質(zhì)粘合劑的常規(guī)紙張涂布組合物相比。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，顯示出增強(qiáng)流變性的植物蛋白質(zhì)粘合劑包含與聚丙烯酸酯纏結(jié)的植物蛋白質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，顯示出增強(qiáng)流變性的植物蛋白質(zhì)粘合劑包含與聚丙烯酸酯纏結(jié)的植物蛋白質(zhì)，所述粘合劑與一種或多種顏料、聚合物膠乳、以及其它微量的涂布添加劑結(jié)合形成紙張涂布組合物。
通過(guò)在一定的溫度下對(duì)植物蛋白質(zhì)材料和聚丙烯酸酯的堿性分散體共處理足以使植物蛋白質(zhì)與聚丙烯酸酯纏結(jié)的時(shí)間，然后共沉淀蛋白質(zhì)和纏結(jié)的聚丙烯酸酯，從而制備顯示出增強(qiáng)流變性的植物蛋白質(zhì)粘合劑。相對(duì)于不含纏結(jié)聚丙烯酸酯的常規(guī)蛋白質(zhì)粘合劑而言，最終產(chǎn)物在紙張涂布應(yīng)用中具有優(yōu)異的性能，甚至于在已添加聚丙烯酸酯但沒(méi)有如上所述使聚丙烯酸酸與蛋白質(zhì)粘合劑進(jìn)行纏結(jié)的紙張涂布體系中也是如此。
在紙張涂布組合物中適用作粘合劑的各種植物蛋白質(zhì)材料均可以用于本發(fā)明。然而，最為通常生產(chǎn)的蛋白質(zhì)分離物和蛋白質(zhì)濃縮物是由大豆得到的。因此，本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案將根據(jù)大豆蛋白質(zhì)材料來(lái)描述，因?yàn)椋@是開(kāi)發(fā)本發(fā)明所涉及的主要領(lǐng)域。然而，很明顯的是，如果需要的話(huà)，也能類(lèi)似使用其它的蛋白質(zhì)材料和植物蛋白質(zhì)材料。
為了進(jìn)行說(shuō)明，本發(fā)明的方法和產(chǎn)物將根據(jù)由脫脂大豆片或粉制得的大豆蛋白質(zhì)材料進(jìn)行描述。脫脂大豆片或粉可以根據(jù)常規(guī)的方法來(lái)生產(chǎn)，其中，將完整大豆清選，破碎，成片，以及脫脂(機(jī)械或化學(xué)脫脂)，在粉末的情況下，還需進(jìn)行研磨。脫脂大豆片和粉可從市場(chǎng)上得到，并且可以作為本發(fā)明方法的原料。
脫脂大豆片或粉用來(lái)制備大豆蛋白質(zhì)的分散體。用堿性水溶液對(duì)脫脂大豆片或粉進(jìn)行萃取，以便萃取蛋白質(zhì)并溶解于該溶液中。然后，通過(guò)常規(guī)的過(guò)濾或離心分離，從堿性不溶固體中分離出包含蛋白質(zhì)的萃取物。從大豆片得到的蛋白質(zhì)的萃取物或分散體其pH值通常在約8-12之間。另外，通過(guò)形成干燥蛋白質(zhì)材料的堿性分散體(pH值優(yōu)選從約8至約12)，市售的大豆分離物也可以用作本發(fā)明方法的原料；其中大豆蛋白質(zhì)分離物的堿性分散體可以借助將蛋白質(zhì)分離物混入堿性水溶液中而形成。用來(lái)分散從大豆片或大豆蛋白質(zhì)分離物中得到的蛋白質(zhì)材料的堿性水溶液的特定類(lèi)型對(duì)于實(shí)施本發(fā)明并不是至關(guān)重要的，通常，在制備蛋白質(zhì)分散體時(shí)，可以容易地使用任何種類(lèi)的堿金屬或堿土金屬氫氧化物的水溶液，優(yōu)選的是氫氧化鈉或氫氧化鈣的水溶液，或其它材料，如氫氧化銨。
將聚丙烯酸酯添加至蛋白質(zhì)分散體中，并在一定的溫度下，對(duì)包含添加聚丙烯酸酯的分散體處理一段時(shí)間，該時(shí)間以使至少一部分聚丙烯酸酯纏結(jié)在蛋白質(zhì)中為準(zhǔn)。通常，聚丙烯酸酯可以是一種或多種乙烯基羧酸酯，如丙烯酸或甲基丙烯酸的烷基酯的任何聚合物或共聚物。另外，也可以采用包含少量其它可共聚單體的乙烯基羧酸酯的共聚物。適用于本發(fā)明的市售聚丙烯酸酯的例子包括得自Rohm&Haas公司的ACRYSOLTT-615；和得自Alco ChemicalIndustries，Inc.的ALCOGUML-289。盡管還可以采用更低或更高的用量，但聚丙烯酸酯的優(yōu)選用量為蛋白質(zhì)材料重量的約1.5％至約10％重量。據(jù)信，當(dāng)聚丙烯酸酯的用量為蛋白質(zhì)材料重量的約3％至約6％重量時(shí)，在改進(jìn)的性能和成本之間將取得最佳平衡。
在一可供選擇的實(shí)施方案中，可以將聚丙烯酸酯分散于水溶液中，并將蛋白質(zhì)添加至該溶液中，以便使蛋白質(zhì)分散于該溶液中。在添加蛋白質(zhì)之前或之后，使該溶液呈堿性，以便使蛋白質(zhì)完全分散于該溶液中，優(yōu)選的是，利用合適的堿金屬或堿土金屬氫氧化物，或其它的堿如氫氧化銨將pH值升至約8至約12。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)為已從中除去堿不溶物的蛋白質(zhì)分離物時(shí)，該方法將是特別有效的，這是因?yàn)椋趯⒌鞍踪|(zhì)添加至該溶液中之前，聚丙烯酸酯可以在水溶液中預(yù)稀釋。
聚丙烯酸酯和蛋白質(zhì)材料在一定的溫度條件下混合一段時(shí)間，所述溫度條件足以使蛋白質(zhì)材料和聚丙烯酸酯之間產(chǎn)生物理纏結(jié)。所述溫度應(yīng)足以使蛋白質(zhì)在基本上不水解條件下去折疊或變性，在此使用的術(shù)語(yǔ)“水解”指的是從蛋白質(zhì)體中分裂氨基酸和/或肽。對(duì)于使聚丙烯酸酯和蛋白質(zhì)進(jìn)行物理纏結(jié)，使蛋白質(zhì)去折疊是必需的。為了在不使蛋白質(zhì)水解下纏結(jié)聚丙烯酸酯，足以使蛋白質(zhì)去折疊的溫度從約40℃至約65℃。優(yōu)選的是，在從約50℃至約65℃的溫度下對(duì)包含蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯的分散體進(jìn)行處理，以便使蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯纏結(jié)。
在上述溫度下對(duì)蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯分散體處理一段時(shí)間，該時(shí)間足以使蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯進(jìn)行有效纏結(jié)。在此所使用的術(shù)語(yǔ)“有效纏結(jié)”意指有一定程度的纏結(jié)，當(dāng)摻入紙張涂布組合物中時(shí)，與常規(guī)蛋白質(zhì)粘合劑相比，一經(jīng)共沉淀，纏結(jié)的蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯將有效地賦予明顯的增稠作用。所述的足以有效纏結(jié)蛋白質(zhì)材料和聚丙烯酸酯的處理時(shí)間取決于蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯進(jìn)行纏結(jié)時(shí)的溫度，在較低溫度下需要較長(zhǎng)的處理時(shí)間。分散體保持在使蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯進(jìn)行纏結(jié)的有效溫度下的時(shí)間必須足夠長(zhǎng)，以便使蛋白質(zhì)能大量的去折疊，所述時(shí)間優(yōu)選至少10分鐘。在產(chǎn)生纏結(jié)的有效溫度下，使分散體保持更長(zhǎng)的時(shí)間周期，將使得蛋白質(zhì)能基本上都去折疊，并促進(jìn)蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯的纏結(jié)。因此，優(yōu)選的是，在促進(jìn)蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯纏結(jié)的有效溫度下，使蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯分散體保持至少30分鐘，更優(yōu)選的是至少1小時(shí)。最為優(yōu)選的是，在足以使至少75％重量的聚丙烯酸酯纏結(jié)在蛋白質(zhì)材料中的溫度和時(shí)間下對(duì)蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯的分散體進(jìn)行處理。
在足以使蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯纏結(jié)的溫度和時(shí)間下對(duì)蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯分散體處理之后，將該分散體的pH值調(diào)節(jié)至約蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)，以便共沉淀纏結(jié)的蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯。在大豆蛋白質(zhì)分離物/聚丙烯酸酯共沉淀物的情況下，可以將分散體的pH值調(diào)節(jié)至約3.7至約4.6，以便共沉淀出纏結(jié)的蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯。任何合適的市售無(wú)機(jī)酸或低分子量有機(jī)酸均可以用來(lái)調(diào)節(jié)分散體的pH值所述酸包括鹽酸，硫酸，和乙酸。共沉淀的植物蛋白質(zhì)材料/聚丙烯酸酯可以根據(jù)常規(guī)的蛋白質(zhì)加工方法進(jìn)行洗滌，過(guò)濾，壓榨，脫水以及干燥，以便提供具有合適貯存穩(wěn)定性的產(chǎn)物，該產(chǎn)物可用于紙張涂布組合物。
通過(guò)本發(fā)明方法形成的植物蛋白質(zhì)粘合劑包含在其中纏結(jié)的足夠量的聚丙烯酸酯，以使得與僅有常規(guī)植物蛋白質(zhì)粘合劑或常規(guī)蛋白質(zhì)植物蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯的非纏結(jié)摻混物相比，在紙張涂布組合物中，該植物蛋白質(zhì)粘合劑明顯地更為粘稠。本發(fā)明的植物蛋白質(zhì)粘合劑包含至少約1.125％重量的纏結(jié)在植物蛋白質(zhì)材料中的聚丙烯酸酯。更優(yōu)選的是，本發(fā)明的植物蛋白質(zhì)粘合劑包含約1.5％至約7.5％重量的纏結(jié)在植物蛋白質(zhì)材料中的聚丙烯酸酯，最為優(yōu)選的是包含2.25％至約4.5％重量的纏結(jié)在植物蛋白質(zhì)材料中的聚丙烯酸酯。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，在將聚丙烯酸酯添加至植物蛋白質(zhì)分散體中之前，或與之同時(shí)，將還原劑添加至蛋白質(zhì)分散體中，以便在植物蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯之間取得希望的纏結(jié)。盡管本發(fā)明不局限于任何特定的理論，但據(jù)信，蛋白質(zhì)材料與還原劑的反應(yīng)將切割蛋白質(zhì)材料中的二硫化物鍵。二硫化物鍵的切割使蛋白質(zhì)至少部分去折疊并從圓球形改造成更為不規(guī)則的形狀，其中蛋白質(zhì)的線(xiàn)性片段就易與聚丙烯酸酯纏結(jié)。
優(yōu)選的是，將還原劑添加至堿性分散體中，其添加量至少為相對(duì)于溶解的蛋白質(zhì)分散體中二硫化物鍵或含硫氨基酸量的化學(xué)計(jì)算量?？捎糜诒景l(fā)明的還原劑的特定種類(lèi)并不是關(guān)鍵的。優(yōu)選的化合物包括包含游離或有效巰基基團(tuán)的那些物質(zhì)，如巰基乙酸或巰基乙酸的鹽。最優(yōu)選的是，可以將巰基乙酸銨用作還原劑。其它合適的還原劑包括二氧化硫，亞硫酸鈉，亞硫酸氫鈉，硫化鈉，硫代硫酸鈉，巰基乙醇，以及包含游離巰基基團(tuán)的其它化合物。以分散的蛋白質(zhì)重量計(jì)，還原劑如巰基乙酸或巰基乙酸銨的優(yōu)選用量在約0.2％和2％之間，最優(yōu)選的是在0.5％和1.5％之間。在蛋白質(zhì)材料與還原劑反應(yīng)期間，希望將分散體的pH值保持在約8至約11之間。優(yōu)選的是，在約40℃至約65℃，更優(yōu)選約50℃至約65℃的溫度下使還原劑和蛋白質(zhì)材料進(jìn)行反應(yīng)。
在另一優(yōu)選的實(shí)施方案中，植物蛋白質(zhì)分散體還可以與羧酸酐反應(yīng)，以使蛋白質(zhì)材料羧酸化，并賦予最終的植物蛋白質(zhì)粘合劑以改善的紙張涂布組合物流變性。通常認(rèn)為，任何羧酸酐或其混合物均可用于本發(fā)明。優(yōu)選的羧酸酐包括鄰苯二甲酸酐，丁二酸酐，乙酸酐，以及馬來(lái)酸酐。以任何合適的形式，如以細(xì)碎或研磨的形式，或以不與任何蛋白質(zhì)分散體組成反應(yīng)的溶劑的溶液形式，將羧酸酐添加至堿性蛋白質(zhì)分散體中。可以添加的羧酸酐的用量為足以使蛋白質(zhì)材料改性，并且當(dāng)用于包含顏料的紙張涂布組合物中時(shí)將改善的流變性賦予植物蛋白質(zhì)粘合劑的量。以堿性蛋白質(zhì)分散體中蛋白質(zhì)的重量計(jì)，羧酸酐的優(yōu)選用量從約2％至約10％，更優(yōu)選從約4％至約6％。羧酸酐和蛋白質(zhì)之間的反應(yīng)希望在約40℃至約65℃，從約8至約11的pH下進(jìn)行。該優(yōu)選的溫度和pH范圍將保持蛋白質(zhì)分子上胺基團(tuán)的反應(yīng)性，這些基團(tuán)在不產(chǎn)生過(guò)量水解下通過(guò)與羧酸酐的反應(yīng)而改性。
根據(jù)最優(yōu)選的實(shí)施方案，在約相同的時(shí)間將聚丙烯酸酯和還原劑添加至蛋白質(zhì)分散體中，在足以使植物蛋白質(zhì)材料和聚丙烯酸酯進(jìn)行纏結(jié)的溫度和時(shí)間下對(duì)該分散體進(jìn)行處理；然后利用羧酸酐對(duì)分散體中纏結(jié)的蛋白質(zhì)/聚丙烯酸酯進(jìn)行處理，這是因?yàn)?，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，最終的蛋白質(zhì)粘合劑具有改善的工作特性。在另一實(shí)施方案中，在用還原劑對(duì)蛋白質(zhì)材料處理并與羧酸酐反應(yīng)之后，將聚丙烯酸酯添加至蛋白質(zhì)分散體中。然而，在不使蛋白質(zhì)與還原劑反應(yīng)，不使蛋白質(zhì)材料與羧酸酐反應(yīng)，或不使蛋白質(zhì)材料與還原劑和與羧酸酐反應(yīng)的情況下，也可以取得某些益處在另一實(shí)施方案中，纏結(jié)蛋白質(zhì)/聚丙烯酸酯的分散體(不管是借助還原或與羧酸酐的反應(yīng)而改性，還是沒(méi)有進(jìn)行改性)用穩(wěn)定劑和漂白劑如過(guò)氧化氫進(jìn)行處理，以便進(jìn)一步改善供紙張涂布組合物用的最終蛋白質(zhì)粘合劑的生物穩(wěn)定性和其它性能。以蛋白質(zhì)重量計(jì)，通常利用約3-25％的過(guò)氧化氫或過(guò)氧化鈉進(jìn)行所述處理。其它的穩(wěn)定材料如氨。硅酸鈉，和其它材料也可以用來(lái)處理蛋白質(zhì)材料穩(wěn)定劑和漂白劑是氧化材料，其用量為將增加的穩(wěn)定性和室溫貯存期賦予包含植物蛋白質(zhì)粘合劑的涂布組合物的有效量。所述氧化處理可以在約30℃至約70℃的溫度下進(jìn)行約30分鐘至6小時(shí)。除改善生物穩(wěn)定性和貯存期外，就涂布紙總體光學(xué)特性而言，氧化處理還將賦予改善的性能。特別是，氧化處理將提供一種植物蛋白質(zhì)粘合劑，當(dāng)用于紙張涂布組合物中時(shí)，該粘合劑將使涂層白度增加，以及意想不到的光澤度和亮度。
在本發(fā)明的植物蛋白質(zhì)粘合劑形成并干燥之后，該干燥的粘合劑還可以用能夠改善產(chǎn)品質(zhì)量的制劑進(jìn)行處理可以用濕潤(rùn)劑，例如約2％至7％的丙二醇對(duì)干燥的粘合劑進(jìn)行處理。另外，也可以添加其它的防結(jié)塊材料和流動(dòng)促進(jìn)材料，如以干基計(jì)，占植物蛋白質(zhì)粘合劑重量的約0.1％至約0.6％的火成二氧化硅。
在另一實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明的植物蛋白質(zhì)粘合劑可以借助對(duì)市售蛋白質(zhì)粘合劑的改性而形成，所述改性是使市售蛋白質(zhì)粘合劑和聚丙烯酸酯進(jìn)行纏結(jié)。市售的蛋白質(zhì)粘合劑本身可能有如上所述的改性，并且可以在其生產(chǎn)過(guò)程中，進(jìn)行了羧酸化、還原、或利用穩(wěn)定劑或漂白劑的處理、或已進(jìn)行了其它的改性。因此，就根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行處理而言，市售蛋白質(zhì)粘合劑的特性應(yīng)當(dāng)根據(jù)最終產(chǎn)物希望的特性進(jìn)行選擇。
就大豆蛋白質(zhì)分離物而言，如上所述，將市售蛋白質(zhì)粘合劑分散于水溶液中。該溶液可以在其中包含聚丙烯酸酯，或者可以在蛋白質(zhì)粘合劑分散于其中之后，將聚丙烯酸酯添加至該溶液中。利用合適的堿將溶液的pH調(diào)節(jié)至約8至12，以將蛋白質(zhì)分散于溶液中。如果需要的話(huà)，如上所述可以使分散體還原和/或羧酸化。然后，在如上所述足以使蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯明顯纏結(jié)的溫度和時(shí)間下對(duì)分散體進(jìn)行處理。優(yōu)選的是用如上所述的穩(wěn)定劑和漂白劑對(duì)纏結(jié)的蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯進(jìn)行處理，并借助將分散體的pH調(diào)節(jié)至蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)附近而使纏結(jié)的蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯共沉淀。然后，借助從分散體中分離共沉淀物而回收本發(fā)明的改性蛋白質(zhì)粘合劑。
通過(guò)將根據(jù)本發(fā)明制得的植物蛋白質(zhì)粘合劑與呈水溶液形式的常規(guī)紙張涂布顏料和聚合物膠乳混合，可以制得這樣的紙張涂布組合物，與常規(guī)紙張涂布組合物相比，它不僅具有減少的植物蛋白質(zhì)粘合劑用量，而且還具有可比的流變性和其它性能優(yōu)選的是，以顏料、聚合物膠乳、和植物蛋白質(zhì)粘合劑的總重量計(jì)，根據(jù)本發(fā)明形成的紙張涂布組合物將包含至多約3％重量改性的植物蛋白質(zhì)粘合劑，更優(yōu)選的是，將包含約0.5％至約1.5％重量的植物蛋白質(zhì)粘合劑。用于本發(fā)明紙張涂布組合物中的顏料包括用于包含植物蛋白質(zhì)粘合劑的紙張涂布組合物中的所有顏料，具體包括二氧化鈦，緞光白，碳酸鈣，以及各種市售的粘土顏料。用于本發(fā)明紙張涂布組合物的聚合物膠乳可以是用于包含植物蛋白質(zhì)粘合劑的紙張涂布組合物中的任何常規(guī)的聚合物膠乳，具體包括苯乙烯-丁二烯聚合物膠乳、苯乙烯丙烯酸丁二烯膠乳、異戊二烯聚合物膠乳、以及2-氯丁二烯聚合物膠乳借助下面的實(shí)施例將更為詳細(xì)地闡明本發(fā)明。這些實(shí)施例只是說(shuō)明性的，并且不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明范圍的限定或另外的限制。
實(shí)施例1向蛋白質(zhì)濃度從約3％至約5％的堿性大豆蛋白質(zhì)萃取物中添加以蛋白質(zhì)材料干重量計(jì)1.25％的巰基乙酸銨(還原劑)和以蛋白質(zhì)材料干重量計(jì)4.5％的鄰苯二甲酸酐。在蛋白質(zhì)材料與巰基乙酸銨和鄰苯二甲酸酐的整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，將堿性分散體的pH保持在9.5。然后，以蛋白質(zhì)重量計(jì)約3％至5％的用量添加ACRYSOLTT615。在約60℃的溫度下，使ACRYSOLTT615(聚丙烯酸酯)與改性的蛋白質(zhì)(用還原劑和鄰苯二甲酸酐處理過(guò)的)混合約1小時(shí)，以便使蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯纏結(jié)。然后，用硫酸將pH調(diào)至4.1。以蛋白質(zhì)重量計(jì)約22.5％的用量添加過(guò)氧化氫(35％活性物)，并混合30分鐘，以便提供氧化處理，該處理將改善最終粘合劑的生物穩(wěn)定性。然后，通過(guò)離心分離分離出固體材料，進(jìn)行干燥并進(jìn)行研磨，以生產(chǎn)出細(xì)粉末。最終的大豆蛋白質(zhì)粘合劑由約5％重量聚丙烯酸酯和約95％重量蛋白質(zhì)組成。
實(shí)施例2為進(jìn)行對(duì)比，將與實(shí)施例1中使用的蛋白質(zhì)萃取物基本相同的蛋白質(zhì)萃取物與ACRYSOLTT615進(jìn)行濕混合，但不經(jīng)受使蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯進(jìn)行有效纏結(jié)的條件，以便生產(chǎn)出其中蛋白質(zhì)占蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯總重量的95％重量的分散體。
實(shí)施例3通過(guò)將100重量份2號(hào)粘土顏料與12重量份Dow620聚合物膠乳和如表1中所示出的各種用量的不同植物蛋白質(zhì)粘合劑混合，而制備紙張涂布組合物。利用3重量份PRO-COTE400(得自Protein Technologies International的用于紙張涂層中的常規(guī)蛋白質(zhì)分離物)制備第一涂布組合物(“試樣1”)。利用3重量份得自實(shí)施例1的粘合劑制備第二涂布組合物(“試樣2”)。利用1.5重量份得自實(shí)施例1的粘合劑制備第三涂布細(xì)合物(“試樣3”)，并利用1重量份實(shí)施例1的粘合劑制備第四涂布組合物(“試樣4”)。利用實(shí)施例2的濕混合的粘合劑制備第五粘合劑組合物(“試樣5”)，其中粘合劑的用量為蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯重量的1.5重量份。如表1所示，將各涂布組合物的固含量調(diào)節(jié)至不同的值。對(duì)于具有不同固含量且包含各種如表1所示粘合劑的各種涂布組合物的流變性進(jìn)行評(píng)估。具體地說(shuō)，在10，20，50和100轉(zhuǎn)/分下測(cè)量Brookfield粘度，并在4400轉(zhuǎn)/分(EBob)下測(cè)量Hercules粘度。另外，各種涂布組合物的保水能力和pH值也列于表1中。
表1
結(jié)果表明實(shí)施例1的粘合劑與相當(dāng)用量的常規(guī)大豆粘合劑相比，將賦予涂布組合物以更高的粘度(對(duì)比1號(hào)和2號(hào)粘合劑的結(jié)果)。實(shí)施例1的粘合劑與相當(dāng)用量的蛋白質(zhì)和聚丙烯酸酯的濕混合物相比，也將賦予紙張涂布組合物以更高的粘度(對(duì)比3號(hào)和5號(hào)粘合劑的結(jié)果)。另外，這些結(jié)果還表明包含約1重量份至約1.5重量份實(shí)施例1粘合劑的紙張涂布組合物將提供這樣的流變性它約等于包含3重量份常規(guī)蛋白質(zhì)粘合劑的紙張涂布組合物的流變性。另外，這些結(jié)果還表明包含實(shí)施例1粘合劑的紙張涂布組合物將顯示出改善的保水能力。
實(shí)施例4用與實(shí)施例3的組合物類(lèi)似的方式制備各種紙張涂布組合物，以便(i)對(duì)包含各種大豆蛋白質(zhì)粘合劑的涂布組合物的流變性和保水性能進(jìn)行對(duì)比；(ii)測(cè)量羧酸酐處理的作用；以及(iii)將噴霧干燥與烘箱干燥的作用進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)將100份2號(hào)粘土與可變用量的大豆粘合劑和可變用量的Dow 620(苯乙烯-丁二烯膠乳)混合而制備列于表2的涂布組合物。在所有情況下，大豆蛋白質(zhì)粘合劑和聚合物膠乳的總重量份數(shù)為13。
利用3重量份PRO-COTE400(一種常規(guī)的蛋白質(zhì)分離物，它是借助用鄰苯二甲酸酐的鄰苯二甲?；饔枚€原和改性的)和10重量份聚合物膠乳而制備在表2中稱(chēng)為“常規(guī)鄰苯二甲?；钡牡谝辉嚇?。以表2所示的各種固含量制備第一試樣。根據(jù)本發(fā)明，在60℃的溫度下，通過(guò)用巰基乙酸銨(還原劑)和ACRYSOLTT615(聚丙烯酸酯)對(duì)蛋白質(zhì)分離物處理1小時(shí)，制備在表2中稱(chēng)為“無(wú)鄰苯二甲?；瑖婌F干燥”的第二試樣。用于第二試樣中的大豆蛋白質(zhì)粘合劑也用過(guò)氧化氫處理，以便提供如前所述改善的貯存壽命和改善的性能。對(duì)最終的大豆蛋白質(zhì)粘合劑進(jìn)行噴霧干燥，所述粘合劑包含95％蛋白質(zhì)和約5％聚丙烯酸酯。在如表2所示以各種固含量制得的紙張涂布組合物中，第二試樣使用1至12份聚合物膠乳。用基本上與第二試樣相同的方式制備第三試樣，所不同的是，粘合劑進(jìn)行烘箱干爆，而不是噴霧干燥，并且用1.5份粘合劑和11.5份聚合物膠乳來(lái)制備紙張涂布組合物。第三試樣在表2中稱(chēng)為“無(wú)鄰苯二甲?；嫦涓稍铩?，并且以表2所示的各種固含量來(lái)制備紙張涂布組合物。用基本上與第三試樣相同的方式來(lái)制備第四試樣，所不同的是用來(lái)制備粘合劑的蛋白質(zhì)分離物借助用鄰苯二甲酸酐的鄰苯二甲?；饔枚男浴?duì)第四試樣進(jìn)行烘箱干燥并用來(lái)制備聚合物膠乳量為1.5至11.5份的紙張涂布組合物。第四試樣在表2中稱(chēng)為“鄰苯二甲酰化，烘箱干燥”，并且以表2所示的各種固含量來(lái)制備紙張涂布組合物。
通過(guò)在10轉(zhuǎn)/分，20轉(zhuǎn)/分，50轉(zhuǎn)/分，和100轉(zhuǎn)/分下，于25℃測(cè)量Brookfield粘度(厘泊)，并且通過(guò)在4400轉(zhuǎn)/分下于25℃測(cè)量Hercules粘度，而測(cè)量各種固含量的第四試樣的涂層流變性。另外，還根據(jù)各試樣每一種固含量，測(cè)量其保水能力。
表2
結(jié)果表明能使用更少量的根據(jù)本發(fā)明的蛋白質(zhì)粘合劑來(lái)取得與以常規(guī)量使用的常規(guī)蛋白質(zhì)粘合劑相當(dāng)?shù)恼扯?。另外這些結(jié)果還表明包含本發(fā)明蛋白質(zhì)粘合劑的涂布組合物顯示出改善的保水能力。另外，這些結(jié)果還表明利用已經(jīng)受羧酸酐處理(鄰苯二甲?；?的蛋白質(zhì)粘合劑，或利用未經(jīng)羧酸酐處理(無(wú)鄰苯二甲酰化)的蛋白質(zhì)粘合劑，能取得改善的性能。此外，這些結(jié)果還表明可通過(guò)噴霧干燥或烘箱干燥來(lái)制備合適的粘合劑。
只要不背離所附權(quán)利要求所給出的主旨和較寬內(nèi)容，可以對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行各種變化或改變，這些權(quán)利要求應(yīng)按照專(zhuān)利法的原則(包括等同原則)來(lái)理解。
權(quán)利要求
1.一種供紙張涂布組合物用的粘合劑，包含植物蛋白質(zhì)材料和聚丙烯酸酯，所述的聚丙烯酸酯物理纏結(jié)在所述的植物蛋白質(zhì)材料中。
2.權(quán)利要求1的植物蛋白質(zhì)粘合劑，其中植物蛋白質(zhì)材料為大豆蛋白質(zhì)材料。
3.權(quán)利要求1的植物蛋白質(zhì)粘合劑，其中所述的聚丙烯酸酯在所述粘合劑中的含量至少為所述粘合劑中蛋白質(zhì)材料重量的1.125％。
4.權(quán)利要求3的植物蛋白質(zhì)粘合劑，其中所述的聚丙烯酸酯在所述粘合劑中的含量為所述粘合劑中蛋白質(zhì)材料重量的約1.5％至約7.5％。
5.權(quán)利要求1的植物蛋白質(zhì)粘合劑，其中，在所述粘合劑中的所述蛋白質(zhì)材料被羧酸化。
6.權(quán)利要求1的植物蛋白質(zhì)粘合劑，其中，在所述粘合劑中的所述蛋白質(zhì)材料被還原。
7.權(quán)利要求1的植物蛋白質(zhì)粘合劑，其中所述的粘合劑被氧化。
8.一種紙張涂布組合物，包含顏料；聚合物膠乳；和包含植物蛋白質(zhì)材料和聚丙烯酸酯的植物蛋白質(zhì)粘合劑，所述的聚丙烯酸酯被纏結(jié)在所述植物蛋白質(zhì)材料中。
9.權(quán)利要求8的涂布組合物，其中，植物蛋白質(zhì)材料為大豆蛋白質(zhì)材料。
10.權(quán)利要求8的涂布組合物，其中，所述的植物蛋白質(zhì)粘合劑的含量至多為所述顏料、所述聚合物膠乳、以及所述植物蛋白質(zhì)粘合劑總重量的3％重量。
11.權(quán)利要求10的涂布組合物，其中，所述植物蛋白質(zhì)粘合劑的含量為所述顏料、所述聚合物膠乳、以及所述植物蛋白質(zhì)粘合劑總重量的約0.5％至約1.5％重量。
12.權(quán)利要求8的涂布組合物，其中，所述的聚丙烯酸酯在所述植物蛋白質(zhì)粘合劑中的含量至少為所述粘合劑中蛋白質(zhì)材料重量的1.125％重量。
13.權(quán)利要求12的涂布組合物，其中所述的聚丙烯酸酯在所述植物蛋白質(zhì)粘合劑中的含量為所述粘合劑中蛋白質(zhì)材料重量的約1.5％至約7.5％。
14.權(quán)利要求8的涂布組合物，其中，在所述植物蛋白質(zhì)粘合劑中的所述蛋白質(zhì)材料被羧酸化。
15.權(quán)利要求8的涂布組合物，其中，在所述植物蛋白質(zhì)粘合劑中的所述蛋白質(zhì)材料被還原。
16.權(quán)利要求1的涂布組合物，其中所述植物蛋白質(zhì)粘合劑被氧化。
17.一種制備植物蛋白質(zhì)粘合劑的方法，包括形成植物蛋白質(zhì)材料和聚丙烯酸酯的堿性分散體；在足以使所述聚丙烯酸酯和所述植物蛋白質(zhì)材料進(jìn)行纏結(jié)的溫度和時(shí)間下對(duì)分散體進(jìn)行處理；和從所述分散體中共沉淀出所述的聚丙烯酸酯和所述的植物蛋白質(zhì)材料。
18.權(quán)利要求17的方法，其中所述的植物蛋白質(zhì)材料為大豆蛋白質(zhì)材料。
19.權(quán)利要求17的方法，其中，所述植物蛋白質(zhì)材料和所述聚丙烯酸酯的所述堿性分散體的pH值從約8.0至約12.0。
20.權(quán)利要求17的方法，其中，所述植物蛋白質(zhì)材料和所述聚丙烯酸酯的所述堿性分散體包含所述的聚丙烯酸酯，其含量為所述植物蛋白質(zhì)材料重量的約1.5％至約10％重量。
21.權(quán)利要求17的方法，其中，所述分散體在約40℃2至約65℃的溫度進(jìn)行處理，以便使所述聚丙烯酸酯和所述植物蛋白質(zhì)材料進(jìn)行纏結(jié)。
22.權(quán)利要求17的方法，其中，對(duì)所述的堿性分散體處理至少約10分鐘，以便使所述聚丙烯酸酯和所述植物蛋白質(zhì)材料進(jìn)行纏結(jié)。
23.權(quán)利要求17的方法，其中，通過(guò)將分散體的pH值調(diào)節(jié)至約3.7至約4.6而使所述蛋白質(zhì)材料和所述聚丙烯酸酯共沉淀。
24.權(quán)利要求17的方法，其還包括對(duì)共沉淀的聚丙烯酸酯和植物蛋白質(zhì)材料進(jìn)行分離和干燥。
25.權(quán)利要求24的方法，其中，所述的分離通過(guò)過(guò)濾或離心分離而實(shí)現(xiàn)，并且所述的干燥通過(guò)噴霧干燥或烘箱干燥而實(shí)現(xiàn)。
26.權(quán)利要求17的方法，其中，用還原劑對(duì)所述分散體進(jìn)行處理，所述還原劑的用量以足以切割所述植物蛋白質(zhì)材料中的二硫化物鍵為準(zhǔn)。
27.權(quán)利要求17的方法，其還包括用羧酸酐對(duì)所述分散體進(jìn)行處理，所述羧酸酐的用量以足以使所述植物蛋白質(zhì)材料改性為準(zhǔn)。
28.權(quán)利要求17的方法，其中，用氧化劑對(duì)所述植物蛋白質(zhì)材料和所述聚丙烯酸酯的所述堿性分散體進(jìn)行處理。
29.權(quán)利要求17的方法，其中，植物蛋白質(zhì)材料在所述堿性分散體中的濃度為分散體重量的約1％至約10％。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種能用于紙張涂布組合物的改性的植物蛋白質(zhì)粘合劑,所述粘合劑的用量比常規(guī)植物蛋白質(zhì)粘合劑的用量低得多,同時(shí)賦予紙張涂布組合物的流變性和其它性能卻相當(dāng)于包含更高含量植物蛋白質(zhì)粘合劑的常規(guī)紙張涂布組合物,所述植物蛋白質(zhì)粘合劑通過(guò)如下步驟制得:形成植物蛋白質(zhì)材料和聚丙烯酸酯的堿性分散體;在足以使聚丙烯酸酯和植物蛋白質(zhì)材料進(jìn)行纏結(jié)的溫度和時(shí)間下混合所述聚丙烯酸酯和所述植物蛋白質(zhì)材料;以及在植物蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)使植物蛋白質(zhì)材料和聚丙烯酸酯共沉淀。與聚丙烯酸酯纏結(jié)的最終植物蛋白質(zhì)材料可有利地用作包含顏料、聚合物膠乳、以及植物蛋白質(zhì)粘合劑的紙張涂布組合物中的植物蛋白質(zhì)粘合劑。
文檔編號(hào)C08L89/00GK1329194SQ00122259
公開(kāi)日2002年1月2日 申請(qǐng)日期2000年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月12日
發(fā)明者T·L·克林斯基, K·C·豪 申請(qǐng)人:蛋白質(zhì)技術(shù)國(guó)際公司