CN1175032C - 可分散和快速水合的生物聚合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可分散和快速水合的干燥形式的生物聚合物，其特性在于至少75wt%的所说生物聚合物粒子直径为60～250微米，平均直径(d50)为100～200微米。本发明也涉及该生物聚合物作为工业、食品、化妆品和药品配方中的增稠剂或粘度改进剂、乳化剂和/或稳定剂的用途。

Description

可分散和快速水合的生物聚合物
本发明涉及可分散和快速水合的干燥形式的生物聚合物，和涉及其作为用于工业配方(例如，建筑、油漆、造纸、纺织、植物保护、水处理和石油工业)、食品、化妆品、农用化学品和医药配方制备的增稠剂、乳化剂和/或稳定剂的用途。
高分子量的生物聚合物，在本发明的上下文中为多糖，因为在介质中特别是含水介质中它们的增稠性、粘度改进性、乳化性和/或稳定性，使得它们在许多工业应用中的应用增加。于是，黄原胶，因为它特殊的流变性能，被用在如建筑、油漆、造纸、纺织、化妆品、食品、农业、水处理和石油钻井及回收的各种领域中。
对于许多应用来说，当生物聚合物为干燥形式时，需要将其放在水溶液中。然而，这些粉末主要的缺点是它们分散困难和在所给的含水介质中快速水合。这些生物聚合物的分散和/或水合通常导致结块的形成，结块对介质的性能是有害的。
在增稠生物聚合物如黄原胶的情况下，在不形成结块的分散和水合方面的改进，允许特别是更好地控制反应介质的粘度。
因为这个原因，有利的是开发干燥形式的生物聚合物，特别是黄原胶型，其在含水介质中能容易地分散和快速水合，同时减少或甚至消除了结块的形成。
在实践中，一种建议的避免结块形成同时保持良好分散性和粉末的水合性的溶液，在于通过所谓的“成粒”方法改进了聚合物粉末。该方法在于在轻度湿润的介质(“流化床”技术)中聚集生物聚合物粉末，以获得平均粒子尺寸为300～1000微米的颗粒。这种方法的主要缺点在于它的设备成本高。
另一种溶液在于添加表面活性剂型化合物到生物聚合物中。然而，这种化合物的添加不符合目前的趋势，目前的趋势是减少加到给定配方中的添加剂的量，特别是在食品领域。
本发明的目的是提供生物聚合物粉末，它在含水介质中不需要加入添加剂和/或有力的搅拌方法，得到了改进的分散和快速水合，同时减少或甚至消除了结块的形成。
为了这个目标，本发明的主题是干燥形式的可分散和快速水合的生物聚合物，其中至少75wt％的粒子有60～250微米的直径，平均直径(d50)为100～250微米。
优选，至少75wt％的生物聚合物粒子直径为100～200微米，平均直径(d50)为100～200微米。
根据本发明的生物聚合物的粒子尺寸分布的明智选择，使得可控制粉末的分散和提高它的水合，同时又基本上减少和通常完全消除了结块的形成。
本发明的生物聚合物也有无粉尘和容易倾泄的优点。
本发明的其它优点和特性在阅读说明书、下面的实施例和附图的基础上更明确地显示出来。
在本发明的说明书中，符号d50代表粒子尺寸分布为50体积％的粒子小于或等于所说的尺寸。例如，d50为100微米表示50体积％的粒子在尺寸上小于或等于100微米。
粒子尺寸通过激光光谱学用如干路构型(dry-route configuration)的“Coulter LS 230”仪器来测定。
在本发明的上下文中，术语“生物聚合物”更特别是指高分子量多糖，通常分子量大于1×106g/mol(通过凝胶渗透法测得)，且它由葡萄糖、甘露糖、半乳糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸、甘露糖醛酸和guluronic酸单元，任选有醋酸酯和丙酮酸酯衍生物组成。它们的特殊结构和它们的性能是公开的，例如，在手册Industrial Gums-Whistler-第二版-XXI-XXIII章(1973)。
这些生物聚合物有利的是通过在含水营养介质中微生物的需氧培养制得。
许多微生物如细菌、酵母、真菌和藻类能制备这些生物聚合物。可以提到的尤其是：
·属于黄单胞菌属的细菌，特别是Bergey’s Manual of DeterminativeBacteriology(第8版-1974-Williams N.Wilkins Co.Batimore)中所述的细菌种类如秋海棠黄单胞菌、野油菜黄单胞菌、胡萝卜黄单胞菌、常春藤黄单胞菌、紫罗兰黄单胞菌、锦葵黄单胞菌、栖罂粟假单胞菌、菜豆黄单胞菌、豌豆黄单胞菌、维管束黄单胞菌、疱病黄单胞菌、葡萄蔓黄单胞菌和天竺葵黄单胞菌；
·属于节杆菌属的细菌，特别是稳定节杆菌(Arthrobacter stabilis)和粘液节杆菌；
·属于欧文氏菌属的细菌；
·属于固氮菌属的细菌，特别是印度固氮菌；
·属于土壤杆菌属的细菌，特别是放射形土壤杆菌，发根土壤杆菌，根癌土壤杆菌；
·属于产碱菌属的细菌，特别是粪产碱菌；
·属于假单胞菌属的细菌，特别是甲烷假单胞菌；
·属于科里氏杆菌属的细菌；
·属于芽胞杆菌属的细菌，特别是多粘芽胞杆菌；
·属于小核菌属的真菌，特别是Sclerotium glucanicum，齐整小核菌或Plectania occidentalis；
·属于曲霉属的真菌，特别是解乌头酸曲霉和土曲霉；
·属于汉逊酵母属的酵母，如碎囊汉逊酵母。
在本发明的一个优选方案中，微生物为黄单胞菌属的细菌，特别是野油菜黄单胞菌，生物聚合物是黄原胶。
根据本发明的生物聚合物可以通过任何用于控制粉末的粒子尺寸分布的方法获得。作为例子，可以提到是通过筛分制得。
如上所述，根据本发明的生物聚合物在含水介质中容易分散，且不需要高剪切方法。生物聚合物粉末的可分散性通过在该生物聚合物被放在含水溶液中时计算形成的结块来评价。形成的结块的数目越大，分散性越差。
可以测定水合速度，例如，通过测量在轻微搅拌条件下粘度随时间的变化。作为指导，轻微搅拌可以对应于速度为400～600rpm的抗絮凝搅拌桨的搅拌。
这些特性使得可将本发明的生物聚合物加入到许多配方中，如增稠剂、粘度改进剂、乳化剂和/或稳定剂。
本发明也覆盖了生物聚合物用作上述定义的增稠剂、粘度改进剂、乳化剂和/或稳定剂在如下方面的用途：
-用于钻井、帮助回收石油和水处理的配方中；
-用于造纸、建筑和织物的配方中；
-食品、化妆品、农用化学品和医药配方中；
-用于工业和家庭清洁的配方中；
以及含有这样的生物聚合物的所述配方。
下面给出的实施例不限制本发明的保护范围。
附图说明：
图1表示样品产品A、B和C的粒子尺寸分布，用干路构型的CoulterLS 230粒度分析仪获得。
图2表示样品A、B和C在蒸馏水中的水合速度。该速度通过测量在实施例1(在蒸馏水中的潮湿化测试)的条件下粘度随时间的变化测得。
图3表示样品A、B和C在含有40％蔗糖的介质中的水合速度。该速度通过测量在实施例2的条件下粘度随时间的变化测得。
实施例
实施例1
·样品的制备：
产品A：产品A是标准的商品黄原胶粉末，名为Rhodigel，从Rhodia公司购得。
产品B：产品B是根据本发明的。它是粒子尺寸为180μm～大于125μm的黄原胶。这种产品是通过两次同时的筛分获得的：一次筛分是通过筛目尺寸为180μm的筛子，一次筛分是通过125μm的筛子。
产品C：产品C是黄原胶粉末，它经过通过所谓的“流化床”技术的造粒，根据专利FR-A-2600267的实施例1。
                                                         表1
    样品     产品A     产品B     产品C
    在60～250微米间的粒子％     68     98     38
    在100～200微米间的粒子％     48     79     18
    D50微米     149.6     180.8     177.1
图1表示样品A、B和C的粒子尺寸分布。
·分散性测试：
水状胶体的分散性能可以通过计算分散后存在于溶液中的结块的数目的测试来评价。
制备在蒸馏水中浓度为0.3％的黄原胶的溶液。该溶解过程在500ml蒸馏水中进行，在1000ml的低线(low-line)烧杯中，用直径65mm的抗絮凝搅拌桨以400rpm的速度搅拌15分钟。
所说的溶液通过筛目为1mm的筛子过滤，过滤后记录存在于筛子上的结块的数目。
结果概括在表2中
                       表2
    产品     结块的数目
    产品A     55
    产品B     0
    产品C     0
按下面的标准来考虑产品
-“非常好”，结块数小于5；
-“好”，结块数小于10；
-“差”，结块数大于10。
·水合测试：
该测试可评价在含水介质中生物聚合物的水合速度。
0.3％的黄原胶粉末(产品A、B和C)溶解在蒸馏水中。该溶解过程在500ml蒸馏水中进行，在1000ml的低线烧杯中，用直径65mm的抗絮凝搅拌桨以400rpm的速度搅拌15分钟。在四个不同时刻，用BrookfieldLVT粘度仪测量所说溶液的粘度，转轴No.2，设置到12rpm。这四个时刻为在1、2、5和15分钟时。
粘度值列在下表3中。
                                        表3
  产品   1分钟时的粘度   2分钟时的粘度   5分钟时的粘度   15分钟时的粘度
  产品A     20mPa.S     100mPa.S     332mPa.S     605mPa.S
  产品B     238mPa.S     692mPa.S     747mPa.S     742mPa.S
  产品C     137mPa.S     712mPa.S     687mPa.S     675mPa.S
图2表示样品A、B和C在蒸馏水中的水合速度。该速度通过测量粘度随时间的变化测得。
实施例2
在40％蔗糖溶液中的水合测试
该测试可评价在含糖水介质中生物聚合物粉末的水合速度。
0.3％的黄原胶粉末(产品A、B和C)溶解在含40％蔗糖的溶液中。该溶解过程在500g的40％蔗糖溶液中进行，在1000ml的低线烧杯中，用直径65mm的抗絮凝搅拌桨以400rpm的速度搅拌30分钟。在三个不同时刻，用Brookfield LVT粘度仪测量所说溶液的粘度，转轴No.2，设置到12rpm。这三个时刻为在5、15和30分钟时。
粘度值列在下表4中。
                           表4
  产品   5分钟时的粘度  15分钟时的粘度  30分钟时的粘度
  产品A     870mPa.S     1140mPa.S     1280mPa.S
  产品B     970mPa.S     1470mPa.S     1480mPa.S
  产品C     1075mPa.S     1430mPa.S     1410mPa.S
图3表示样品A、B和C在40％蔗糖介质中的水合速度。该速度通过测量粘度随时间的变化测得。

Claims (9)

1.干燥形式的可分散和快速水合的黄原胶，其特性在于至少75wt％的所说黄原胶粒子直径为60～250微米，平均直径为100～250微米。
2.根据权利要求1的黄原胶，其特性在于至少75wt％的所说黄原胶粒子直径为100～200微米，平均直径为100～200微米。
3.根据权利要求1或2的黄原胶用作增稠剂、粘度改进剂、乳化剂和/或稳定剂的用途。
4.根据权利要求1或2的黄原胶用作钻井和帮助石油回收、以及水处理的配方中的增稠剂、粘度改进剂、乳化剂和/或稳定剂的用途。
5.根据权利要求1或2的黄原胶用作食品、化妆品、医药和农用化学品配方中的增稠剂、粘度改进剂、乳化剂和/或稳定剂的用途。
6.根据权利要求1或2的黄原胶用作工业和家庭清洁的配方中的增稠剂、粘度改进剂、乳化剂和/或稳定剂的用途。
7.根据权利要求1或2的黄原胶用作造纸、建筑和织物的配方中的增稠剂、粘度改进剂、乳化剂和/或稳定剂的用途。
8.用于钻井、帮助石油回收、水处理、食品、化妆品、医药或农用化学品的配方，用于工业和家庭清洁或用于造纸、建筑和织物的配方，使用了根据权利要求1或2的黄原胶作为增稠剂、粘度改进剂、乳化剂和/或稳定剂。
9.根据权利要求1或2的黄原胶在实现分散而不需要加入添加剂方面的应用。
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