АДГЕЗИОННОЕ СВЯЗУЮЩЕЕ НА ОСНОВЕ СОЕВОГО БЕЛКА ДЛЯ МЕЛОВАНИЯ БУМАГИ, КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ МЕЛОВАНИЯ БУМАГИ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АДГЕЗИОННОГО СВЯЗУЮЩЕГО НА ОСНОВЕ СОЕВОГО БЕЛКА Российский патент 2004 года по МПК C08L89/00 D21H17/72 D21H19/58 C09J189/00 D21H17/22 

Изобретение относится к композициям для мелового покрытия бумаги, содержащим в качестве адгезионного связующего белок, и особенно к композициям, содержащим модифицированный растительный белок в качестве адгезионного связующего.

Растительные белковые материалы хорошо известны в качестве адгезионных связующих для содержащих пигменты композиций для мелования бумаги. Композиции для мелования бумаги придают ей желаемую гладкость, блеск, однородность и микропористую поверхность. Функции пигмента, входящего в состав композиции для мелования, заключается в заполнении неровностей на поверхности бумаги и в создании гладкой и равномерно абсорбирующей поверхности для печати. Адгезионные функции заключаются в связывании частиц пигмента друг с другом, а также с поверхностью бумаги-основы.

Особенно предпочтительными растительными белковыми материалами для использования в качестве адгезионных связующих в составе композиций для мелования бумаги являются соевые белки. Эти адгезионные связующие обычно получают из изолированного соевого белка, модифицированного с помощью гидролиза и других химических обработок, для получения белкового адгезионного материала, подходящего для использования в качестве связующего в составе композиций для мелования бумаги.

Несмотря на то, что такие композиции нашли широкое применение в производстве мелованной бумаги, было бы желательно разработать усовершенствованные связующие на основе растительных белков, которые можно было бы использовать для обеспечения подходящих реологических свойств композиций для мелования бумаги при их более низком содержании в композициях, и обеспечивающих к тому же функциональные свойства, сравнимые со свойствами традиционных композиций для мелования бумаги.

В настоящем изобретении заявляется усовершенствованное адгезионное связующие на основе растительных белков, которое может быть использовано в композициях для мелования бумаги при более низком содержании, чем в традиционных адгезионных связующих на основе растительных белков и которое придает композициям для мелования бумаги реологические и другие свойства, эквивалентные свойствам традиционных композиций для мелования бумаги, содержащим более высокие уровни адгезионных связующих на основе растительных белков. В частности адгезионные связующие на основе растительных белков согласно настоящему изобретению оказывают повышенное сгущающее действие, что позволяет использовать меньшие количества адгезионного связующего на основе растительных белков для придания композиции для мелования бумаги желательных реологических свойств. В частности адгезионные связующие на основе растительных белков по настоящему изобретению оказывают повышенное сгущающее действие таким образом, что согласно настоящему изобретению в композиции для мелования бумаги они могут быть использованы в меньшем количестве для достижения значений вязкости, сравнимых со значениями вязкости для традиционных композиций для мелования бумаги, содержащих более высокие уровни содержания адгезионных связующих на основе растительных белков.

Поставленная задача решается настоящим изобретением.

Адгезионное связующее на основе соевого белка для мелования бумаги согласно изобретению содержит соевый белковый материал и полиакрилат, при этом молекулы соевого белкового материала и полиакрилата взаимно переплетены, а полиакрилат содержится в связующем в количестве, по крайней мере, 1,125% от веса соевого белкового материала, входящего в состав связующего.

Полиакрилат предпочтительно содержится в связующем в количестве от 1,5 до 7,5% от веса белкового материала, входящего в состав связующего.

При этом соевый белковый материал, входящий в состав связующего, предпочтительно является карбоксилированным.

Белковый материал, входящий в состав связующего, предпочтительно находится в восстановленной форме.

Адгезионное связующее на основе соевого белка может быть подвергнуто действию окислительного агента.

Поставленная задача решается также и другим изобретением - композицией для мелования бумаги.

Композиция для мелования бумаги согласно изобретению включает пигмент; полимерный латекс и адгезионное связующее на основе соевого белка, содержащее соевый белковый материал и полиакрилат, молекулы которых взаимно переплетены.

При этом адгезионное связующее на основе соевого белка предпочтительно содержится в количестве до 3% по весу от суммарного веса пигмента, полимерного латекса и адгезионного связующего на основе соевого белка.

Адгезионное связующее на основе растительного белка предпочтительно также содержится в количестве от о 0,5 до 1,5% по весу от суммарного веса пигмента, полимерного латекса и адгезионного связующего на основе соевого белка.

Содержание полиакрилата в адгезионном связующем на основе растительного белка предпочтительно составляет, по крайней мере, 1,125% от веса белкового материала, входящего в состав связующего.

Содержание полиакрилата в адгезионном связующем на основе соевого белка предпочтительносоставляет от 1,5 до 7,5% от веса белкового материала, входящего в состав связующего.

Белковый материал, входящий в состав адгезионного связующего на основе соевого белка, предпочтительно карбоксилирован.

Белковый материал, входящий в состав адгезионного связующего на основе соевого белка, предпочтительно находится в восстановленной форме.

Адгезионное связующее на основесоевого белка, предпочтительно окислено.

Поставленная задача решается и другим изобретением - способом получения адгезионного связующего на основе соевого белка.

Способ получения адгезионного связующего на основе соевого белка согласно изобретению включает получение щелочной дисперсии соевого белкового материала и полиакрилата; при этом полиакрилат содержится в дисперсии в количестве от 1,5 до 10% по весу от веса соевого белкового материала, обработку дисперсии при температуре и в течение времени, достаточных для взаимного проникновения и переплетения полиакрилата и соевого белкового материала; и совместное осаждение полиакрилата и соевого белкового материала из дисперсии.

При этом щелочная дисперсия соевого белкового материала и полиакрилата предпочтительно имеет рН oт 8,0 до 12,0.

Дисперсию предпочтительно обрабатывают при температуре от 40 до 65°С для взаимного проникновения и переплетения молекул полиакрилата и соевого белкового материала.

Щелочную дисперсию предпочтительно обрабатывают в течение, по крайней мере, 10 минут для взаимного проникновения и переплетения молекул полиакрилата и соевого белкового материала.

Белковый материал и полиакрилат предпочтительно осаждают совместно путем доведения рН дисперсии до величины от 3,7 до 4,6.

Способ может дополнительно включать отделение и сушку полученной совместным осаждением смеси полиакрилата и соевого белкового материала.

В этом способе отделение проводят фильтрованием или центрифугированием и сушку проводят в распылительной сушилке или в сушильном шкафу.

Дисперсию предпочтительно обрабатывают восстанавливающим агентом в количестве, достаточном для расщепления дисульфидных связей соевого белкового материала.

Способ может дополнительно включать обработку дисперсии ангидридом карбоновой кислоты в количестве, достаточном для модификации соевого белкового материала.

Щелочную дисперсию соевого белкового материала и полиакрилата предпочтительно обрабатывают окисляющим агентом.

Концентрация соевого белкового материала в щелочной дисперсии предпочтительно составляет от 1 до 10% от веса дисперсии.

Получающийся в результате продукт обладает превосходными свойствами применительно к мелованию бумаги по сравнению с традиционными адгезивами на основе растительных белков, не содержащими полиакрилата, и даже по сравнению с системами для мелования бумаги, в которые добавлен полиакрилат, но не были созданы условия для взаимного проникновения и переплетения молекул полиакрилата и белкового адгезива, как заявляется в данном изобретении.

При осуществлении на практике данного изобретения могут быть использованы различные растительные белковые материалы, подходящие для использования в качестве адгезионного связующего в композициях для мелования бумаги. Однако наиболее широко производимые белковые изоляты и белковые концентраты получают из сои. Поэтому наиболее предпочтительные варианты осуществления данного изобретения будут описаны применительно к соевым белковым материалам, так как данное изобретение было осуществлено, прежде всего, применительно к этим материалам. Однако совершенно очевидно, что при желании аналогичным способом могут быть применены и другие белковые материалы и растительные белковые материалы.

Способ и композиция по данному изобретению будут описаны применительно к соевому белковому материалу, полученному из обезжиренных соевых хлопьев или муки. Обезжиренные соевые хлопья или муку можно получить стандартными способами, согласно которым цельные соевые бобы моют, крекируют, шелушат и обезжиривают (механически или химически), и, в случае муки, мелят. Обезжиренные соевые хлопья и соевая мука являются коммерчески доступными продуктами и могут быть использованы в качестве исходных материалов для использования согласно настоящему изобретению.

Обезжиренные соевые хлопья или соевая мука используются для получения дисперсии соевого белка. Обезжиренные соевые хлопья или муку экстрагируют водным щелочным раствором для экстракции и солюбилизации белка в раствор. Экстракт, содержащий белок, отделяют от не растворимых в щелочном растворе веществ обычным фильтрованием или центрифугированием. Экстракт или дисперсия белка, получаемая из соевых хлопьев, обычно имеет рН между примерно 8 и 12. Альтернативно, в качестве исходного материала для использования согласно способу по настоящему изобретению может быть использован коммерчески доступный соевый белковый изолят, из сухого белкового материала которого получают щелочную дисперсию, предпочтительно имеющую рН от примерно 8 до примерно 12, причем щелочная дисперсия соевого белкового изолята может быть получена перемешиванием белкового изолята в водном щелочном растворе. Конкретный тип водного щелочного раствора, используемый для диспергирования белкового материала как из соевых хлопьев, так и из соевого белкового изолята не критичен для осуществления изобретения, и обычно для получения белковой дисперсии может быть использован любой тип водной щелочи или гидроксида щелочноземельного металла, предпочтительно водный раствор гидроксида натрия или кальция, или другие соединения, такие как гидроксид аммония.

К белковой дисперсии добавляют полиакрилат и дисперсию, содержащую добавленный полиакрилат, обрабатывают при температуре и в течение времени, достаточных для взаимного проникновения и переплетения, по крайней мере, части молекул полиакрилата и белка. Обычно полиакрилат может быть любым полимером или сополимером одного или более эфиров виниловых карбоновых кислот, таких как сложный алкиловый эфир акрилата или метакрилата. Могут быть использованы также сополимеры эфиров виниловых карбоновых кислот, содержащие незначительные количества других способных к сополимеризации мономеров. Примеры коммерчески доступных полиакрилатов, подходящих для использования согласно данному изобретению, включают ACRYSOL®TT-615 производства Rohm & Haas Company; и ALCOGUM®L-289 производства Alco Chemical Industries, Inc. Полиакрилат предпочтительно добавляют в количестве от примерно 1,5 до примерно 10% по весу от веса белкового материала, хотя также могут быть использованы и меньшие, и большие количества. Полагают, что оптимальный баланс между улучшенными свойствами и ценой достигается, когда количество используемого полиакрилата составляет по весу от примерно 3 до примерно 6% от веса белкового материала.

В альтернативном варианте осуществления полиакрилат может быть диспергирован в водном растворе и белок добавлен в этот раствор для диспергирования белка в растворе. Щелочная среда в растворе может быть создана до или после введения белка для тщательного диспергирования белка в растворе, и предпочтительно рН раствора повышают от примерно 8 до примерно 12 подходящей щелочью, гидроксидом щелочноземельного металла или другим основанием, таким как гидроксид аммония. Этот подход особенно эффективен в том случае, когда белок является белковым изолятом, из которого не растворимые в щелочных растворах соединения были предварительно удалены, так как полиакрилат может быть заранее разведен в водном растворе до добавления к нему белка.

Полиакрилат и белковые материалы перемешивают в течение времени и при температурных условиях, достаточных, чтобы вызвать взаимное проникновение и переплетение молекул белкового материала и полиакрилата. Температура должна быть достаточной, чтобы вызвать разворачивание белка или его денатурацию без существенного гидролиза белка; “гидролиз” в данном контексте относится к отщеплению аминокислот и/или пептидов от основного белка. Разворачивание трехмерной структуры белка необходимо для физического взаимного проникновения и переплетения молекул белка и полиакрилата. Температуры, достаточные для разворачивания белковой глобулы без гидролиза белка, с тем чтобы белок и полиакрилат могли переплестись, находятся в диапазоне от примерно 40 до примерно 65°С. Предпочтительно для взаимного проникновения молекул белка и полиакрилата дисперсию, содержащую белок и полиакрилат, обрабатывают при температуре от примерно 50 до примерно 65°С.

Дисперсию белка и полиакрилата обрабатывают при температурах, описанных выше в течение времени, достаточном для эффективного взаимного проникновения и переплетения молекул белка и полиакрилата. “Эффективное взаимное проникновение” означает проникновение до такой степени, чтобы при совместном осаждении переплетенные молекулы белка и полиакрилата, будучи введенньми в состав композиции для мелования бумаги, оказывали заметное сгущающее действие по сравнению с традиционными белковыми адгезивами. Время, необходимое для эффективного взаимного проникновения белкового материала и полиакрилата, зависит от температуры, при которой происходит взаимное проникновение белка и полиакрилата, причем при более низких температурах требуется большее время. Время, в течение которого дисперсию выдерживают при температуре, эффективной для того, чтобы вызвать взаимное проникновение белка и полиакрилата, должно быть достаточно большим, чтобы дать возможность белку развернуться в значительной степени, и предпочтительно составляет, по крайней мере, 10 минут. Выдерживание дисперсии при температуре, эффективной для того, чтобы вызвать взаимное проникновение белка и полиакрилата, в течение большего времени, дает возможность белку принять в основном развернутую конформацию и способствует взаимному проникновению белка и полиакрилата. Поэтому предпочтительно выдерживать дисперсию белка и полиакрилата при температуре, способствующей их взаимному проникновению, в течение, по крайней мере, 30 минут и более предпочтительно, по крайней мере, в течение 1 часа. Наиболее предпочтительно, чтобы дисперсия белка и полиакрилата была выдержана при температуре и в течение времени, достаточных для проникновения и переплетения, по крайней мере, 75% полиакрилата по весу с белковым материалом.

После обработки дисперсии белка и полиакрилата при температуре и в течение времени, достаточных для взаимного проникновения и переплетения молекул белка и полиакрилата, рН дисперсии доводят до примерно изоэлектрической точки белка для совместного осаждения переплетенных молекул белка и полиакрилата. В случае совместного осаждения соевого белкового изолята и полиакрилата дисперсию рН дисперсии можно довести от примерно 3,7 до примерно 4,6 для совместного осаждения переплетенных молекул белка и полиакрилата. Для доведения рН дисперсии может быть использована любая подходящая коммерчески доступная минеральная или низкомолекулярная органическая кислота, включая соляную, серную и уксусную кислоты. Полученный совместным осаждением (сопреципитат) растительный белок/полиакрилат можно промыть, отфильтровать, спрессовать, осушить и высушить с использованием традиционных способов переработки белков для получения продукта, достаточно устойчивого при хранении, который может быть использован в композиции для мелования бумаги.

Адгезионное связующее на основе растительных белков, полученное согласно способу по данному изобретению, содержит значительное количество связанного с белком полиакрилата, что делает такой адгезив на основе растительного белка значительно более вязким в композиции для мелования бумаги, чем традиционные белковые адгезивы или смесь традиционного белкового адгезива и полиакрилата, молекулы которых не переплетены. Адгезионное связующее на основе растительных белков, полученное согласно способу по данному изобретению, содержит по весу, по крайней мере, порядка 1,125% полиакрилата, молекулы которого переплетены с молекулами растительного белкового материала. Более предпочтительно адгезионное связующее на основе растительных белков содержит по весу от примерно 1,5 до примерно 7,5% полиакрилата, переплетенного с растительным белковым материалом, и наиболее предпочтительно содержит по весу от примерно 2,25 до примерно 4,5% полиакрилата, переплетенного с растительным белковым материалом.

В предпочтительном варианте осуществления к растительной белковой дисперсии добавляют восстановитель до или одновременно с введением в нее полиакрилата для достижения желаемого взаимного проникновения и переплетения молекул растительного белка и полиакрилата. Несмотря на то, что изобретение не ограничено никакой конкретной теорией, полагают, что взаимодействие белкового материала с восстановителем приводит к разрушению дисульфидных связей в белковом материале. Расщепление дисульфидных связей вызывает, по крайней мере, частичное разворачивание белковой молекулы и ее переход от глобулярной конформации к менее регулярной, в которой линейные фрагменты белка более доступны для взаимного проникновения и переплетения с молекулами полиакрилата.

Восстановитель предпочтительно добавляют к щелочной дисперсии, по крайней мере, в стехиометричном количестве по отношению к количеству дисульфидных связей или серосодержащих аминокислот в солюбилизированной белковой дисперсии. Конкретный тип восстановителя, применяемого в данном изобретении, не критичен. Предпочтительные вещества включают соединения, содержащие свободные или доступные сульфгидрильные группы, такие как тиогликолевая кислота или ее соли. Наиболее предпочтительно использование в качестве восстановителя тиогликолята аммония. Другие подходящие восстановители включают диоксид серы, сульфит натрия, бисульфит натрия, сульфид натрия, тиосульфат натрия, меркаптоэтанол и другие соединения, содержащие свободные сульфгидрильные группы. Предпочтительное содержание восстановителей, таких как тиогликолевая кислота или тиогликолят аммония, составляет по весу примерно от 0,2 до 2%, и наиболее предпочтительно от 0,5 до 1,5% по отношению к весу диспергированного белка. В процессе реакции белкового материала с восстановителем желательно поддерживать рН дисперсии на уровне от примерно 8 до примерно 11. Реакцию восстановителя и белкового материала предпочтительно проводят при температуре от примерно 40 до примерно 65°С и более предпочтительно от примерно 50 до примерно 65°С.

В другом предпочтительном варианте осуществления растительная белковая дисперсия взаимодействует с ангидридом карбоновой кислоты для карбоксилирования белкового материала и придания получаемому в итоге растительному белковому связующему реологических свойств усовершенствованной композиции для мелования бумаги. Обычно для целей данного изобретения может быть использован ангидрид любой карбоновой кислоты или их смесь. Предпочтительные ангидриды карбоновых кислот включают фталевый ангидрид, янтарный ангидрид, уксусный ангидрид и малеиновый ангидрид. Ангидриды карбоновых кислот можно добавить к щелочной белковой дисперсии в любом подходящем виде, таком как тонкодисперсный или измельченный порошок, или в виде раствора с растворителем, не взаимодействующим ни с одним из компонентов белковой дисперсии. Количество добавляемого ангидрида карбоновой кислоты должно быть достаточным для модификации белкового материала и придания улучшенных реологических характеристик адгезионному связующему на основе растительных белков при использовании его в составе композиции для мелования бумаги, содержащей пигменты. Предпочтительные количества ангидридов карбоновых кислот составляют по весу от примерно 2 до примерно 10% от веса белка в щелочной белковой дисперсии и более предпочтительно от примерно 4 до примерно 6%. Желательно, чтобы реакцию между белком и ангидридом карбоновой кислоты проводили при температуре от примерно 40 до примерно 65°С и при рН от примерно 8 до примерно 11. В предпочтительных диапазонах температуры и рН сохраняется реакционная способность аминогрупп белковой молекулы, которые подвергаются модификации при реакции с ангидридом карбоновой кислоты, не вызывая при этом чрезмерного гидролиза.

Согласно наиболее предпочтительному варианту осуществления полиакрилат и восстановитель добавляют к белковой дисперсии примерно в одно и то же время, дисперсию обрабатывают при температуре и в течение времени, достаточных для взаимного проникновения молекул растительного белкового материала и полиакрилата, после чего дисперсию, содержащую связанные белок и полиакрилат, обрабатывают ангидридом карбоновой кислоты до тех пор, пока получаемый в результате белковый адгезив не начнет проявлять улучшенных эксплуатационных характеристик. В другом варианте осуществления полиакрилат добавляют к белковой дисперсии после обработки белкового материала восстановителем и реакции с ангидридом карбоновой кислоты. Однако некоторый полезный эффект можно получить и без реакции белка с восстановителем, без взаимодействия белкового материала с ангидридом карбоновой кислоты или без реакции белкового материала с восстановителем и с ангидридом карбоновой кислоты.

В другом варианте осуществления дисперсию белка и полиакрилата, молекулы которых переплетены друг с другом, модифицированных или нет реакцией с восстановителем или реакцией с ангидридом карбоновой кислоты, обрабатывают стабилизирующим и отбеливающим агентом, таким как перекись водорода, для дальнейшего улучшения биостабильности и других свойств получаемого в конечном итоге белкового адгезива для использования в композициях для мелования бумаги. Обработку обычно проводят при содержании перекиси водорода или пероксида натрия от 3 до 25% по отношению к весу белка. Другие стабилизирующие материалы, такие как аммиак, силикат натрия и другие материалы, также могут быть использованы для обработки белкового материала. Стабилизирующие и отбеливающие материалы являются окислителями и используются в количествах, эффективных для придания повышенной стабильности и повышенного срока годности при хранении при комнатной температуре композициям для мелования бумаги, содержащим адгезионное связующее на основе растительных белков. Обработку окислителями проводят при температуре от примерно 30 до примерно 70°С в течение от примерно 30 минут до 6 часов. Окислительная обработка кроме повышения биостабильности и срока годности также придает улучшенные свойства общим зрительным (оптическим) характеристикам мелованной бумаги. В частности обработанное окислительными агентами адгезионное связующее на основе растительного белка при введении его в состав композиции для мелования бумаги придает бумаге повышенную белизну, исключительный блеск и яркость.

После получения и сушки адгезионного связующего на основе растительного белка высушенное связующее может быть подвергнуто дальнейшей обработке для улучшения качества продукта. Высушенное связующее может быть обработано увлажняющим веществами, например от 2 до 7% полипропиленгликоля. Также могут быть добавлены другие материалы, препятствующие слеживанию и увеличивающие текучесть, такие как тонкодисперсный кварц в количестве от примерно 0,1 до примерно 0,6% по отношению к сухому весу адгезионного связующего на основе растительного белка.

В альтернативном варианте осуществления адгезионное связующее на основе растительного белка согласно настоящему изобретению может быть получено модификацией коммерчески доступного белкового адгезионного связующего посредством взаимного проникновения и переплетения молекул коммерчески доступного белкового адгезионного связующего и полиакрилата. Коммерчески доступные белковые адгезионные связующие могут уже быть модифицированными, как описано выше, и могут быть карбоксилированы, восстановлены или обработаны стабилизирующим или отбеливающим агентом или подвергнуты другим модификациям в ходе их производства. Поэтому характеристики коммерчески доступных белковых адгезионных связующих для обработки согласно способу по настоящему изобретению должны быть выбраны исходя из того, какие характеристики желательно должен иметь конечный продукт.

Коммерчески доступное белковое адгезионное связующее диспергируют в водном растворе, как описано выше для соевого белкового изолята. Раствор может уже содержать полиакрилат, или полиакрилат может быть добавлен в раствор после диспергирования в нем белкового адгезионного связующего. рН раствора доводят до величины примерно от 8 до 12 подходящим основанием для диспергирования белка в растворе. При желании дисперсия может быть подвергнута действию восстановителя и/или карбоксилирована, как описано выше. Затем дисперсию обрабатывают при температуре и в течение времени, достаточных для значительного взаимного проникновения и переплетения молекул белка и полиакрилата, как описано выше. Связанные белок и полиакрилат предпочтительно обрабатывают стабилизирующим и отбеливающим агентом, как описано выше, а затем совместно осаждают путем доведения рН дисперсии до примерно изоэлектрической точки белка. Модифицированное белковое адгезионное связующее согласно данному изобретению можно выделить путем отделения сопреципитата из дисперсии.

Комбинированием адгезионного связующего на основе растительного белка, полученного согласно настоящему изобретению, с традиционным пигментом для мелования бумаги и полимерным латексом в водном растворе может быть получена композиция для мелования бумаги, имеющая пониженное содержание адгезионного связующего на основе растительного белка по сравнению с традиционными композициями для мелования бумаги, но имеющая при этом сравнимые реологические и другие свойства. Предпочтительно композиция для мелования бумаги, полученная согласно настоящему изобретению, содержит до примерно 3% по весу усовершенствованного адгезионного связующего на основе растительного белка по отношению к общему весу пигмента, полимерного латекса и адгезионного связующего на основе растительного белка и более предпочтительно содержит от примерно 0,5 до примерно 1,5% связующего на основе растительного белка по весу по отношению к общему весу пигмента, полимерного латекса и белкового адгезионного связующего. Пигменты, используемые в композициях для мелования бумаги согласно настоящему изобретению, включают все пигменты, пригодные для использования в композициях для мелования бумаги, содержащих адгезионные связующие на основе растительного белка, и особенно диоксид титана, сатинит, карбонат кальция и различные коммерчески доступные отбеливающие глиняные пигменты. Полимерный латекс, используемый в композициях для мелования бумаги согласно настоящему изобретению, может быть любым традиционным полимерным латексом, подходящим для использования в композициях для мелования бумаги, содержащих адгезионные связующие на основе растительного белка, и особенно стирол-бутадиеновый полимерный латекс, стирол-акриловый бутадиеновый латекс, изопреновый полимерный латекс и хлоропреновый полимерный латекс.

Более детально данное изобретение проиллюстрировано следующими примерами. Примеры лишь иллюстрируют данное изобретение, но не ограничивают область его применения.

ПРИМЕР 1

К щелочному экстракту соевого белка, концентрация белка в котором составляет от примерно 3 до примерно 5%, добавляют 1,25% тиогликолята аммония (восстановитель) в расчете на сухой вес белкового материала и 4,5% фталевого ангидрида в расчете на сухой вес белкового материала. В процессе реакции белкового материала с тиогликолятом аммония и фталевым ангидридом рН щелочной дисперсии поддерживают на уровне 9,5. Затем добавляют примерно от 3 до 5% ACRYSOL® TT615 в расчете на сухой вес белка. ACRYSOL®TT615 (полиакрилат) перемешивают с модифицированным белком (обработанным восстановителем и фталевым ангидридом) в течение примерно 1 часа при температуре порядка 60°С для взаимного проникновения и переплетения молекул белка и полиакрилата. После этого рН доводят до 4,1 серной кислотой. Добавляют 22,5% перекиси водорода (в виде 35% раствора) по отношению к весу белка и перемешивают в течение 30 минут для окислительного воздействия улучшающего биостабильность получаемого в результате адгезионного связующего. Твердые материалы отделяют центрифугированием, высушивают и измельчают для получения тонкодисперсного порошка. Полученное в результате адгезионное связующее на основе соевого белка содержит порядка 5% полиакрилата и около 95% белка по весу.

ПРИМЕР 2

Для сравнения экстракт, в сущности идентичный белковому экстракту по примеру 1, перемешали с ACRYSOL®TT615, но не создавали условий, эффективных для взаимного проникновения молекул белка и полиакрилата, для получения дисперсии, содержащей 95% белка по отношению к общему весу белка и полиакрилата.

ПРИМЕР 3

Композиции для мелования бумаги получили комбинированием по весу 100 частей отбеливающего глиняного пигмента №2 с 12 частями полимерного латекса Dow 620 по весу и различными количествами разных адгезионных связующих на основе растительного белка, как показано в таблице 1. Первую композицию для мелования (“Образец 1”) получили с 3 частями PRO-COTE® 400 по весу (традиционный белковый изолят производства Protein Technologies International, применяющийся для мелования бумаги). Вторую композицию для мелования (“Образец 2”) получили с 3 частями по весу адгезионного связующего по примеру 1. Третью композицию для мелования (“Образец 3”) получают с 1,5 частями по весу адгезионного связующего по примеру 1 и четвертую композицию для мелования бумаги (“Образец 4”) получают с 1 частью по весу адгезионного связующего по примеру 1. Пятую адгезионную композицию (“Образец 5”) получают с 1,5 частями по весу адгезионного связующего по примеру 2 в расчете на вес белка и полиакрилата. Содержание твердых веществ в каждой композиции для мелования бумаги устанавливали на различном уровне, как показано в таблице 1. Оценивали реологические свойства различных композиций для мелования бумаги, имеющих различное содержание твердых веществ и содержащих различные связующие, как показано в таблице 1. В частности, вязкость по Брукфильду определяли при 10, 20, 50 и 100 оборотах в минуту, а вязкость по Геркулесу определяют при 4400 оборотов в минуту (Е Bob). Способность удерживать воду и рН различных композиций для мелования бумаги также приведены в таблице 1. Результаты показывают, что адгезионное связующее по примеру 1 придает композиции для мелования бумаги большую вязкость, чем эквивалентное количество традиционного адгезионного связующего на основе соевого белка (сравните результаты для связующих 1 и 2). Адгезионное связующее по примеру 1 также придает большую вязкость композиции для мелования бумаги, чем эквивалентное количество смеси белка и полиакрилата, полученной перемешиванием в воде (сравните результаты для связующих 3 и 5). Результаты также показывают, что композиция для мелования бумаги, содержащая примерно от 1 части до примерно 1,5 частей адгезионного связующего по примеру 1 (на самом деле порядка 1,25 части) обеспечивает реологические характеристики, примерно эквивалентные характеристикам композиций, содержащих 3 части по весу традиционного адгезионного белкового связующего. Результаты также показывают, что композиции для мелования бумаги, содержащие адгезионное связующее по примеру 1, обладают повышенной способностью удерживать воду.

ПРИМЕР 4

Аналогично получению композиций по примеру 3 получены различные композиции для мелования бумаги (i) для сравнения реологических свойств и способности удерживать воду композициями для мелования бумаги, содержащими различные адгезионные связующие на основе соевого белка; (ii) для определения влияния обработки ангидридом карбоновой кислоты; и (iii) для сравнения влияния сушки с помощью распылительной сушилки или в сушильном шкафу. Композиции для мелования бумаги, приведенные в таблице 2, получены комбинированием 100 частей по весу отбеливающего глиняного пигмента №2 с различными количествами разных адгезионных связующих на основе соевого белка и различными количествами Dow 620 (стирол-бутадиеновый латекс). Во всех случаях суммарное содержание адгезионного связующего на основе соевого белка и полимерного латекса составляло 13 частей.

Первый образец, обозначенный в таблице 2 как “стандарт-фтал.” получили с 3 частями по весу PRO-COTE® 400, традиционного белкового изолята, подвергнутого восстановлению и обработке фталевым ангидридом и 10 частями полимерного латекса. Первый образец получили с различным содержанием твердых веществ, как показано в таблице 2. Второй образец, обозначенный в таблице 2 как “не-фтал., расп. сушка”, получили согласно настоящему изобретению обработкой белкового изолята тиогликолятом аммония (восстанавливающий агент) и ACRYSOL® TT615 (полиакрилат) при температуре 60°С в течение 1 часа. Адгезионное связующее на основе соевого белка, использованное во втором примере, обработали также перекисью водорода для обеспечения увеличенного срока годности при хранении и улучшения других свойств, как описано выше. Полученное в результате адгезионное связующее на основе соевого белка, высушенное с помощью распылительной сушки, включает 95% белка и порядка 5% полиакрилата. Второй образец используют в количестве 1 части на 12 частей полимерного латекса в композициях для мелования бумаги, полученных с различным содержанием твердых веществ, как показано в таблице 2. Третий образец получали практически так же, как второй, за исключением того, что его высушили в сушильном шкафу, а не в распылительной сушилке и для получения композиции для мелования бумаги использовали 1,5 части связующего и 11,5 частей полимерного латекса. Третий образец в таблице 2 обозначили как “не-фтал., суш.шкаф” и использовали для получения композиций для мелования бумаги с различным содержанием твердых веществ, как показано в таблице 2. Четвертый образец получали практически так же, как третий, за исключением того, что белковый изодят, использованный для получения связующего, модифицировали обработкой фталевым ангидридом. Четвертый образец сушили в сушильном шкафу и использовали для получения композиций для мелования бумаги в количестве 1,5 частей на 11,5 частей полимерного латекса. Четвертый образец обозначили в таблице 2 как “фтал., суш.шкаф” и использовали для получения композиций для мелования бумаги с различным содержанием твердых веществ, как показано в таблице 2.

Также определены реологические характеристики четырех образцов композиций для мелования бумаги с различным содержанием твердых веществ путем измерения вязкости по Брукфильду при 25°С (в сантипуазах) при 10, 20, 50 и 100 оборотах в минуту, и измерением вязкости по Геркулесу при 25°С и 4400 оборотах в минуту. Определена также способность каждого образца удерживать воду для каждого уровня содержания твердых веществ в образце. Результаты показывают, что для получения вязкостных характеристик, сравнимых с параметрами для традиционных белковых связующих, используемых в обычном количестве, могут быть использованы меньшие количества белковых адгезионных связующих, полученных согласно данному изобретению. Результаты также показывают, что композиции для мелования бумаги, содержащие белковые адгезионные связующие, полученные согласно данному изобретению, обладают повышенной способностью удерживать влагу. Результаты также показывают, что улучшенные свойства могут быть получены как с белковыми связующими, которые были подвергнуты обработке ангидридом карбоновой кислоты (фталевым ангидридом), так и с белковыми связующими, которые не были подвергнуты обработке ангидридом карбоновой кислоты (фталевым ангидридом). Результаты также показывают, что подходящие адгезионные связующие могут быть получены сушкой в распылительной сушилке или в сушильном шкафу.

Различные изменения и преобразования предпочтительных вариантов данного изобретения могут быть осуществлены без нарушения сущности и более широких аспектов изобретения, изложенных в приведенных ниже пунктах формулы, которые следует интерпретировать согласно принципам патентного законодательства, включая принцип эквивалентов.

Адгезионное связующее на основе соевых белков, которое может быть использовано в композициях для мелования бумаги и которое придает этим композициям реологические и другие свойства. Адгезионное связующее получают приготовлением щелочной дисперсии соевого белкового материала и полиакрилата, перемешиванием полиакрилата и соевого белкового материала при температуре и в течение времени, достаточных для взаимного переплетения молекул полиакрилата и соевого белкового материала, и совместным осаждением соевого белкового материала и полиакрилата в изоэлектрической точке соевого белка. 3 с. и 21 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Адгезионное связующее на основе соевого белка для мелования бумаги, содержащее соевый белковый материал и полиакрилат, при этом молекулы соевого белкового материала и полиакрилата взаимно переплетены, а полиакрилат содержится в связующем в количестве по крайней мере 1,125% от веса соевого белкового материала, входящего в состав связующего.2. Адгезионное связующее на основе соевого белка по п.1, отличающееся тем, что полиакрилат содержится в связующем в количестве от 1,5% до 7,5% от веса белкового материала, входящего в состав связующего.3. Адгезионное связующее на основе соевого белка по п.1, отличающееся тем, что соевый белковый материал, входящий в состав связующего, является карбоксилированным.4. Адгезионное связующее на основе соевого белка по п.1, отличающееся тем, что белковый материал, входящий в состав связующего, находится в восстановленной форме.5. Адгезионное связующее на основе соевого белка по п.1, отличающееся тем, что оно подвергнуто действию окислительного агента.6. Композиция для мелования бумаги, включающая пигмент, полимерный латекс и адгезионное связующее на основе соевого белка, содержащее соевый белковый материал и полиакрилат, молекулы которых взаимно переплетены.7. Композиция для мелования бумаги по п.6, отличающаяся тем, что адгезионное связующее на основе соевого белка содержится в количестве до 3% от суммарного веса пигмента, полимерного латекса и адгезионного связующего на основе соевого белка.8. Композиция для мелования бумаги по п.7, отличающаяся тем, что адгезионное связующее на основе растительного белка содержится в количестве от 0,5 до 1,5% от суммарного веса пигмента, полимерного латекса и адгезионного связующего на основе соевого белка.9. Композиция для мелования бумаги по п.6, отличающаяся тем, что содержание полиакрилата в адгезионном связующем на основе растительного белка составляет по крайней мере 1,125% от веса белкового материала, входящего в состав связующего.10. Композиция для мелования бумаги по п.9, отличающаяся тем, что содержание полиакрилата в адгезионном связующем на основе соевого белка составляет от 1,5 до 7,5% от веса белкового материала, входящего в состав связующего.11. Композиция для мелования бумаги по п.6, отличающаяся тем, что белковый материал, входящий в состав адгезионного связующего на основе соевого белка, карбоксилирован.12. Композиция для мелования бумаги по п.6, отличающаяся тем, что белковый материал, входящий в состав адгезионного связующего на основе соевого белка, находится в восстановленной форме.13. Композиция для мелования бумаги по п.6, отличающаяся тем, что адгезионное связующее на основе соевого белка окислено.14. Способ получения адгезионного связующего на основе соевого белка, включающий получение щелочной дисперсии соевого белкового материала и полиакрилата; при этом полиакрилат содержится в дисперсии в количестве от 1,5 до 10% от веса соевого белкового материала, обработку дисперсии при температуре и в течение времени, достаточных для взаимного проникновения и переплетения полиакрилата и соевого белкового материала, и совместное осаждение полиакрилата и соевого белкового материала из дисперсии.15. Способ по п.14, отличающийся тем, что щелочная дисперсия соевого белкового материала и полиакрилата имеет рН oт 8,0 до 12,0.16. Способ по п.14, отличающийся тем, что дисперсию обрабатывают при температуре от 40 до 65°С для взаимного проникновения и переплетения молекул полиакрилата и соевого белкового материала.17. Способ по п.14, отличающийся тем, что щелочную дисперсию обрабатывают в течение по крайней мере 10 мин для взаимного проникновения и переплетения молекул полиакрилата и соевого белкового материала.18. Способ по п.14, отличающийся тем, что белковый материал и полиакрилат осаждают совместно путем доведения рН дисперсии до величины от 3,7 до 4,6.19. Способ по п.14, отличающийся тем, что он дополнительно включает отделение и сушку полученной совместным осаждением смеси полиакрилата и соевого белкового материала.20. Способ по п.19, отличающийся тем, что отделение проводят фильтрованием или центрифугированием и сушку проводят в распылительной сушилке или в сушильном шкафу.21. Способ по п.14, отличающийся тем, что дисперсию обрабатывают восстанавливающим агентом в количестве, достаточном для расщепления дисульфидных связей соевого белкового материала.22. Способ по п.14, отличающийся тем, что он дополнительно включает обработку дисперсии ангидридом карбоновой кислоты в количестве, достаточном для модификации соевого белкового материала.23. Способ по п.14, отличающийся тем, что щелочную дисперсию соевого белкового материала и полиакрилата обрабатывают окисляющим агентом.24. Способ по п.14, отличающийся тем, что концентрация соевого белкового материала в щелочной дисперсии составляет от 1 до 10% от веса дисперсии.