NL1005141C2 - Amylopectine-aardappelzetmeelproducten als sterkmiddel voor textielgarens. - Google Patents

Description

Titel: Amylopectine-aardappelzetmeelproducten als sterkmiddel voor textielgarens.

De uitvinding heeft betrekking op de toepassing van chemisch gemodificeerd amylopectine-aardappelzetmeel als sterkmiddel voor natuurlijke en/of synthetische textielgarens en textielmenggarens alsmede op een werkwijze voor 5 het sterken van textielgarens onder toepassing van deze zetmeelproducten.

Bij het weefproces is het kettinggaren onderhevig aan schuren en aan aanzienlijke spanningsverschillen door het cyclisch rekken. Door het rekken heeft het garen de neiging 10 te breken. Door het schuren komen vezels gedeeltelijk los uit de draad. Deze uitstaande vezels van verschillende garens kunnen met elkaar verstrengeld raken waardoor draadbreuk optreedt. Door het breken van het garen wordt de efficiëntie van het weefproces verminderd. Het materiaal dat 15 rij het schuren losraakt heeft de neiging tot pluisvorming. De gevormde pluizen kunnen in het textielproduct meeverweven worden, hetgeen ongewenst is. De noodzakelijke verwijdering van het losgeraakte textielmateriaal uit de bedrijfsruimte verhoogt de weefkosten.

20 Om deze problemen te overwinnen en het weefrendement te verhogen wordt het kettinggaren gesterkt. Het sterken van het kettinggaren wordt uitgevoerd door alle evenwijdig in r.-:n vlak liggende kettingdraden een dompelpassage te geven door een sterkmiddeloplossing. Vervolgens wordt het garen 25 afgeperst om de overtollige sterkoplossing te verwijderen. Daarna wordt het afgeperste garen gedroogd op verhitte trommels of door middel van hete lucht. Tenslotte worden de gedroogde garens gesplitst en opgewikkeld op de kettingboom, die naar het weefgetouw gaat.

30 Bij het sterken wordt een film van het sterkmiddel rond het textielgaren aangebracht. Deze film versterkt en beschermt het garen. Bij het sterken worden ook de van het garenlichaam afstaande vezels aan de draad gehecht. Hierdoor 1005141 - 2 - wordt het gesterkte garen gladder, waardoor minder schuren bij het weven optreedt. Sterkmiddelen worden gewoonlijk toegepast in combinatie met hulpmiddelen zoals vetten en wasproducten die de gladheid van het gesterkte garen verder 5 verbeteren.

Bekende water-oplosbare sterkmiddelen zijn natieve zetmelen, gemodificeerde zetmelen (fysisch, enzymatisch en/of chemisch gemodificeerd) polyvinylalcohol, carboxymethylcellulose en polyacrylaten. Vaak worden ook 10 mengsels van deze sterkmiddelen toegepast. Na het weefproces worden de sterkmiddelen meestal weer uit het textielweefsel verwijderd.

Het toe te passen sterkmiddel moet beantwoorden aan verschillende eisen zoals een goed indringend vermogen, een 15 goed hechtend vermogen, goede filmvormende eigenschappen en het vermogen een elastische sterkfilm te vormen. Een geschikt sterkmiddel verleent aan het gesterkte garen gewenste eigenschappen zoals een hoge slijtweerstand (schuurweerstand), een hoog weefrendement en een goede 20 uitwasbaarheid uit het geweven textielproduct.

De toepassing van de diverse chemisch gemodificeerde zetmeelproducten als sterkmiddel voor textielgarens is uitvoerig beschreven door K.W. Kirby; Textile Industry, in het boek van O.B. Wurzburg (Ed.): Modified Starches: 25 Properties and Uses CRC Press Inc. Boca Raton, Florida, 1986, pag. 229-252. Als chemisch gemodificeerde zetmelen worden genoemd: zuur-gemodificeerd zetmeel, geoxydeerd zetmeel, verknoopt (crosslinked) zetmeel, zetmeelethers en zetmeelesters. Als uitgangsmateriaal voor de modificatie 30 kunnen de diverse zetmeelsoorten worden gebruikt zoals maïszetmeel, aardappelzetmeel (met ongeveer 20 gew.% amylose) tapiocazetmeel en tarwezetmeel.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een sterkmiddel op basis van chemisch 35 gemodificeerd zetmeel dat bijzonder gunstige sterkeigen-schappen, weefeigenschappen van het gesterkte garen en uitwasbaarheid van het geweven doek oplevert.

1005141 - 3 -

Gevonden werd dat dit doel bereikt kan worden door volgens de uitvinding chemisch gemodificeerd amylopectine-aardappelzetmeel toe te passen als sterkmiddel voor natuurlijke en/of synthetische textielgarens. Hierna volgt 5 een korte uiteenzetting over amylopectine-aardappelzetmeel.

De meeste zetmeelsoorten bestaan uit korrels waarin twee typen glucosepolymeren voorkomen, namelijk amylose (15 tot 35 gew.% op droge stof) en amylopectine (65 tot 85 gew.% op droge stof). Amylose bestaat uit niet of weinig 10 vertakte moleculen met een gemiddelde polymerisatiegraad van 1000 tot 5000 (afhankelijk van de zetmeelsoort). Amylopectine bestaat uit zeer grote, sterk vertakte moleculen met een gemiddelde polymerisatiegraad van ongeveer 2.000.000. De commercieel belangrijkste zetmeelsoorten, namelijk maïs-15 zetmeel, aardappelzetmeel, tarwezetmeel en tapiocazetmeel bevatten 15 tot 30 gew.% amylose.

Van enkele graansoorten, namelijk gerst, maïs, millet, milo, rijst en sorghum bestaan er natuurlijke variëteiten, waarvan de zetmeelkorrels nagenoeg volledig uit amylopectine 20 bestaan. Berekend als gewichtsprocent op droge stof, bevatten deze zetmeelkorrels meer dan 95% en gewoonlijk meer dan 98% amylopectine. Het amylosegehalte van deze graanzetmeelkorrels is dus minder dan 5% en gewoonlijk minder dan 2%. Gebleken is dat, bij de vorming van 25 amylopectine-graanzetmeelkorrels in de graanplant, het enzym dat de synthese van amylosemoleculen katalyseert afwezig is. Bovengenoemde graanvariëteiten worden wel aangeduid als kleefgranen (waxy cereal grains) en de hieruit geïsoleerde amylopectine-zetmeelkorrels als kleefgraanzetmelen (waxy 30 cereal starches).

In tegenstelling tot de situatie bij diverse granen, zijn er uit de natuur geen aardappelvariëteiten bekend waarvan de zetmeelkorrels nagenoeg uitsluitend uit amylopectine bestaan. De uit aardappelknollen geïsoleerde 35 aardappelzetmeelkorrels bevatten gewoonlijk ongeveer 20% amylose en 80% amylopectine (gew.% op droge stof). De laatste 10 jaar is men er echter in geslaagd om door 1005141 - 4 - genetische modificatie aardappelplanten te kweken, die in de aardappelknollen zetmeelkorrels vormen welke voor meer dan 95 gew.% (op droge stof) uit amylopectine bestaan.

Bij de vorming van zetmeelkorrels in de plant zijn 5 diverse enzymen katalyserend werkzaam. Van deze enzymen is het korrelgebonden zetmeelsynthase (granule-bound starch synthase; GBSS) betrokken bij de vorming van amylose. De synthese van het GBSS-enzym is afhankelijk van de activiteit van genen, die coderen voor het GBSS-enzym. Uitschakeling of 10 remming van de expressie van deze specifieke genen heeft tot gevolg dat de synthese van het GBSS-enzym wordt verhinderd of beperkt. De uitschakeling van deze genen kan gerealiseerd worden door genetische modificatie van aardappelplantenmateriaal. Een voorbeeld hiervan is de amylosevrije mutant 15 van de aardappel (amf) waarvan het zetmeel nagenoeg alleen amylopectine bevat door een recessieve mutatie in het GBSS-gen. Deze imitatietechniek is onder andere beschreven in de volgende twee tijdschriftartikelen: - J.H.M. Hovenkamp-Hermelink et al.

20 Isolation of amylose-free starch mutant of the potato (Solanum tuberosum L.)

Theor. Appl. Genet. (1987), 75: 217-221.

- E. Jacobsen et al.

Introduction of an amylose-free (amf) mutant into 25 breeding of cultivated potato, Solanum tuberosum L. Euphytica (1991), 53, 247-253.

Uitschakeling of remming van de expressie van het GBSS-gen in de aardappel is ook mogelijk door toepassing van zogenaamde antisense-inhibitie. Deze genetische modificatie 30 van de aardappel is beschreven in het Canadese octrooi-schrift 2.061.443; het Internationale octrooischrift WO 92/11376 en in het volgende tijdschriftartikel: 1005141 - 5 - - R.G.F. Visser et al.

Inhibition of the expression of the gene for granule-bound starch synthase in potato by antisense constructs.

Mol. Gen. Genet. (1991), 225: 289-296.

5 Door toepassing van genetische modificatie is het mogelijk gebleken om aardappels te kweken en te telen waarvan de zetmeelkorrels weinig of nagenoeg geen amylose bevatten. Onder het begrip amylopectine-aardappelzetmeel worden hier verstaan, de uit aardappelknollen geïsoleerde 10 aardappelzetmeelkorrels met een amylopectinegehalte van ten minste 95 gew.%, berekend op de droge stof.

Inzake productiemogelijkheden en eigenschappen zijn er beduidende verschillen tussen enerzijds amylopectine-aardappelzetmeel en anderzijds de kleefgraanzetmelen. Dit 15 geldt met name ook voor kleefmaïszetmeel (waxy-maïszetmeel), dat commercieel veruit het belangrijkste kleefgraanzetmeel is. De verbouw van kleefmaïs, die geschikt is voor de productie van kleefmaïszetmeel, is niet commercieel uitvoerbaar in landen met een koud of gematigd klimaat zoals 20 Nederland, België, Engeland, Duitsland, Polen, Zweden en Denemarken. Het klimaat in deze genoemde landen is echter juist wél geschikt voor de verbouw van aardappelen.

De samenstelling en eigenschappen van amylopectine-aardappelzetmeel verschillen van die van de kleefgraanzet-25 melen. Zo heeft amylopectine-aardappelzetmeel een veel lager gehalte aan lipiden en eiwitten dan de kleefgraanzetmelen. Problemen inzake geur en schuimvorming, die vanwege de lipiden en/of eiwitten kunnen optreden bij de toepassing van kleefgraanzetmeelproducten (natief en gemodificeerd), treden 30 bij toepassing van overeenkomstige amylopectine-aardappel-zetmeelproducten niet of in veel mindere mate op. In tegenstelling tot de kleefgraanzetmelen bevat amylopectine-aardappelzetmeel chemisch gebonden fosfaatgroepen. Daardoor bezitten amylopectine-aardappelzetmeelproducten in opgeloste 35 toestand een specifiek polyelektrolytkarakter.

1005141 - 6 -

Onder chemisch gemodificeerde zetmelen worden hier zetmeelproducten verstaan, die verkregen zijn door zetmeel chemisch te modificeren door zure modificatie, oxydatie, verestering, verethering, entpolymerisatie en/of verknoping.

5 Vóór, tijdens of na de chemische modificatie kan ook een fysische modificatie (bijvoorbeeld door walsdrogen, extruderen of hitte-vocht-behandeling) of een enzymatische modificatie van het zetmeel uitgevoerd worden. Methoden voor het vervaardigen van de diverse chemisch gemodificeerde 10 zetmelen zijn beschreven in het boek O.B. Wurzburg (Ed.).

Modified Starches: Properties and Uses; CRC Press Inc. Boca Raton, Florida, 1986. Deze methoden kunnen ook toegepast worden voor het vervaardigen van chemisch gemodificeerd amylopectine-aardappelzetmeel dat volgens de uitvinding als 15 sterkmiddel wordt toegepast.

Waterige oplossingen van deze sterkmiddelen, ook wel aangeduid als sterkbad of sterkpap, kunnen op de gebruikelijke wijze worden aangemaakt, bijvoorbeeld in open of gesloten kookapparatuur. De behandeling van de textielgarens 20 met de waterige oplossingen van chemisch gemodificeerde amylopectine-aardappelzetmeelproducten volgens de uitvinding kan op de voor het sterken van garens gebruikelijke wijzen geschieden. Men kan bijvoorbeeld de garens continu door een oplossing van het sterkmiddel leiden of een oplossing van 25 het sterkmiddel door versproeien of door middel van een wals op het garen brengen. Na het passeren van de sterkpap wordt de garenlaag uitgeperst, bijvoorbeeld tussen twee walsen. Volgens worden de uitgeperste garens gedroogd op verhitte cilinders of met behulp van hete lucht.

30 Voor het bereiken van een goede indringing van het sterkmiddel in het garen wordt het sterkbad bij voorkeur gehouden op een temperatuur van 30 tot 90°C. De concentratie van het sterkmiddel in het sterkbad ligt bij voorkeur tussen 2 en 20 gew.%. De door het garen opgenomen hoeveelheid 35 sterkmiddel (opname; verzwaring) ligt bij voorkeur tussen 2 en 30 gew.% sterkmiddel (droge stof) berekend op garen (droge stof).

1005141 - 7 -

De te gebruiken sterkoplossingen kunnen naast het chemisch gemodificeerde amylopectine-aardappelzetmeel nog geringe hoeveelheden van de bij het sterken gebruikelijke ]·. opstoffen bevatten zoals wassen, vetten, anti-schuim-5 miidelen, middelen tegen het optreden van statische elektriciteit en weekmakers. De sterkoplossingen kunnen Dovendien nog andere sterkmiddelen bevatten zoals poïyvinylalcohol, polyacrylaten of carboxymethylcellulose.

Gevonden werd dat chemisch gemodificeerd amylopectine-10 aardappelzetmeel zeer geschikt is als sterkmiddel voor - r y.tielgarens. De volgens de uitvinding gesterkte garens zijn goed bestendig tegen mechanische invloeden (hoge slijtweerstand), doordat zij bekleed zijn met een sterke, soepele, gladde omhulling. In de weverij worden met deze 15 garens uitstekende resultaten verkregen (hoog weefrendement).

Zoals gezegd heeft de uitvinding betrekking op het sterken van textielgarens. De term "garens" is hierbij in de meest algemene zin te verstaan en wordt geacht alle draden Ξ0 c garens te omvatten, die in de textielnijverheid voorkomen. Zij kunnen uit continue draden of uit vezels bestaan, van natuurlijke, half-synthetische en/of synthetische aard t'jn en al of niet getwijnd zijn (SW 57).

De uitvinding zal aan de hand van de volgende voorbeelden 25 nader worden toegelicht. Volgens de voorbeelden zijn de -sterkte garens op enkele kenmerkende eigenschappen onderzocht. De in dit verband vermelde cijfers hebben de v.Lgende betekenis: 1005141 - 8 -

Opname (verzwaring)

De opname (verzwaring) is de hoeveelheid sterkmiddel (gewichtsprocent) berekend op het ongesterkte garen volgens de formule:

5 Gewicht vóór ontsterken - Gewicht na ontsterken x C

Opname (%) =_

Gewicht na ontsterken x C Gewicht blanco garen voor ontsterken 10 c= _

Gewicht blanco garen na ontsterken

Slii tweerstand

Gesterkt garen wordt in het slijtapparaat gespannen.

15 Vervolgens worden 50 monsters gemeten. Bij deze meting slijt het garen cyclisch langs zichzelf tot breuk. Het aantal slagen tot breuk wordt van elk garen apart geregistreerd en vervolgens wordt uitgerekend in welk interval 95% van de monsters breekt.

2 0 U i twasbaarhe id

Test-methode:

Een monster ongebleekt katoenband wordt geappreteerd met een 10%-ige sterkoplossing van het betreffende sterkmiddel (natte opname ca. 100%). Na drogen (5 min. bij 25 100°C) wordt uitgewassen met de volgende oplossingen (95°C): I - 2 g/1 soda II - 2 g/1 non-ionische bevochtiger III - water 30 Na elke waspassage wordt het bandmonster afgeperst op de Benz foulard met een snelheid van 3,5 metere per minuut en een afpersdruk van 25 kg/cm.

1005141 - 9 -

6 sec. I 36 sec. II 15 sec. Ill 15 sec. Ill 5 72 sec. II

15 sec. Ill 15 sec. Ill

Op de nog vochtige monsterband wordt een 0,01 N jodium 10 oplossing gedruppeld. De aankleuring wordt vergeleken met een standaard. Hieruit kan bepaald worden of een product ontsterkbaar is zonder het gebruik van enzymen of oxidatiemiddelen.

15 Weefrendement (Weaving efficiency)

Het weefrendement wordt hier gedefinieerd als

Gerealiseerde weeftijd

Weefrendement=_ x 100% 20 Theoretische weeftijd

Voorbeeld 1

In dit voorbeeld worden chemisch gemodificeerde zetmelen op basis van normaal aardappelzetmeel (21 gew.% 25 amylose) en op basis van amylopectine-aardappelzetmeel met elkaar vergeleken inzake de toepassing als sterkmiddel. De chemisch gemodificeerde zetmelen werden vervaardigd door extrusie van een alkalisch reactiemengsel van zetmeel en monochloorazijnzuur. Aldus werden de volgende 30 gecarboxymethyleerde geëxtrudeerde zetmeelproducten verkregen: A. Carboxymethylderivaat van aardappelzetmeel (AAZ) met een DS (Degree of Substitution) van 0.13 (Handels-produkt Quicksolan (MS van AVEBE) 1005141 - 10 - B. Een overeenkomstig carboxymethylderivaat van amylopectine-aardappelzetmeel (AAZM) met een DS van 0,13 C. Een carboxymethylderivaat van amylpectine-aardappel- 5 zetmeel met een DS van 0,08.

Oplosmethode

Aan 600 ml kraanwater werd de benodigde hoeveelheid zetmeelproduct toegevoegd. Vervolgens werd gekookt met stoom 10 onder roeren gedurende 20 minuten. Daarna werd het volume tot 1 liter aangevuld en werd gedurende 1 minuut geroerd met de Kotthoff-mischsirene (bij 2800 rpm). Daarna werd de oplossing opgewarmd tot 85°C. Na het meten van de viscositeit werd de oplossing gebruikt voor het sterken van 15 textielgaren.

Het sterken

Katoenen garens (Ne 36/1; 25 draden) werden gesterkt (twee maal dompelen; twee maal afpersen) op een 20 laboratorium-sterkmachine. De sterktemperatuur bedroeg 85°C, de afpersdruk 5 kg/3,5 cm en de droogtemperatuur 140°C. De sterksnelheid was 50 m/min.

Beoordeling gesterkte garens 25 Het gesterkte garen werd geconditioneerd bij 20°C en 65% relatieve luchtvochtigheid en vervolgens getest op verzwaring (opname) en slijtweerstand. In tabel 1 zijn de resultaten van een aantal recepturen vermeld.

1005141 - 11 -Tabel 1

Verzwaring en slijtweerstand

Carboxymethyl- j Zetmeel» DS Verzwaring Grenzen 5 zetmeel op j product carboxy- % slijt- basis van i concentratie methyl weerstand ί in sterkpap 200/2

| gew.% cN

| 10 Aardappel- j 9 0,13 13,0 82-100

J

zetmeel (AZM) I

AZM ! 11 0,13 . 18,4 133-162 i AZM 14 0,13 27,6 300-435 15 Amylopectine- 12 0,13 j 17,8 126-155 aardappel- ] ! j zetmeel (AAZM): j ; AAZM 12 ! 0,13 ! 17,2 151-186 j AAZM 12 | 0,13 17,3 ! 142-175 I ' j 20 AAZM 12 ! 0,13 ' 16,0 ! 131-165 AAZM 12 ! 0,13 16,0 127-159 AAZM ; 12 | 0,13 ; 15,1 j 119-148 25 Deze resultaten zijn weergegeven in Figuur 1, waarin de slijtweerstand is uitgezet tegen de verzwaring. Uit tabel 1 en figuur 1 blijkt, dat garen gesterkt met een gecarboxy-methyleerd amylopectine-aardappelzetmeel (AAZM), bij gelijke verzwaring aan sterkmiddel, een betere slijtweerstand bezit 30 vergeleken met een zelfde garen dat gesterkt is met een overeenkomstig derivaat op basis van normaal aardappelzetmeel.

Voorbeeld 2 35 In dit voorbeeld wordt aangetoond dat de uitwasbaarheid van carboxymethylamylopectine-aardappelzetmeel bij daling van de substitutiegraad (DS) aan carboxymethyl-substituenten van 0,13 naar 0,07 niet afneemt.

1005141 - 12 -

Een monster ongebleekt katoenband werd geappreteerd met een oplossing (concentratie 10 gew.% zetmeelproduct) van het betreffende sterkmiddel. De natte opname bedroeg ongeveer 100%. Het behandelde weefsel werd gedurende 5 minuten 5 gedroogd bij 100°C. Daarna werd de uitwasbaarheid bepaald zoals hiervoor is beschreven. De resultaten zijn weergegeven in tabel 2.

Tabel 2 10 Uitwasbaarheid van carboxymethylamylopectine-

aardappelzetmeel met verschillende DS

DS Uitwasbaarheid 15__ 0,133 9 0,102 9 0,070 I 9 20

Voorbeeld 3

Er werd een praktijkproef uitgevoerd op een sterkmachine van Sucker Müller.

25 Garen: Polyester/katoen 65/35 Ne 30/1 43 x 22,5

Constructie doek=_ X 177,5 30 x 16 30

Sterkbadsamenstelling (in gew.%):

Carboxymethylaardappelzetmeel (DS 0,13) : 8,4 %

Polyvinylalcohol (PVA 8-88) : 5 %

Anti-schuimmiddel (Foamaster 340) : 0,04% 35 Anti-statisch-middel (Kartax) : 0,04%

Wax (Olinor NW 81) : 0,2 % 1005141 - 13 -

Wanneer men carboxymethylaardappelzetmeel (DS 0,13) vervangt door carboxymethylamylopectine-aardappelzetmeel <DC 0,13) wordt het weefrendement op een Picanol-weefgetouw 5 (630 rpm) verhoogd van 82% tot 92%.

Voorbeeld 4

Een praktijkproef werd uitgevoerd op een sterkmachine van Sucker Müller.

10 Garen: Katoen Ne 22/1 38,5 x 26,5

Constructie doek = _ X 178 22 x 22 15

Sterkbadsamenstelling (in gew.%)

Carboxymethylaardappelzetmeel (DS 0,13) : 9,4 %

Polyacrylaat (Size CB; droge stof) : 2,5 %

Wax (Olinor NW 81) : 0,2 % 20

Wanneer men carboxymethylaardappelzetmeel (DS 0,13) vervangt door carboxymethylamylopectine-aardappelzetmeel 0,13) wordt het weefrendement (weaving efficiency) op een Sulzer-weefgetouw (250 ppm) verhoogd van 94 tot 97%.

1005141

Claims (3)

1. Toepassing van chemisch gemodificeerde amylopectine-aardappelzetmeelproducten als sterkmiddel voor het sterken van natuurlijke en/of synthetische garens.

2. Toepassing volgens conclusie 1 daardoor gekenmerkt dat 5 men de chemisch gemodificeerde amylopectine- aardappelzetmeelproducten in combinatie met andere sterkmiddelen zoals polyvinylalcohol, carboxymethylcellulose of polyacrylaat toepast.

3. Werkwijze voor het sterken van natuurlijke en/of 10 synthetische garens, met het kenmerk, dat men chemisch gemodificeerde amylopectine-aardappelzetmeelproducten als sterkmiddel toepast. 1005141