Kochstärke im Papierherstellungsprozess

Wie wir alle wissen, ist Stärke neben Fasern und Füllstoffen der am häufigsten verwendete Rohstoff für die Papierherstellung. Dazu gehören native Stärke, kationische Stärke, anionische Stärke, amphotere Stärke usw. Sie wird häufig zur Verstärkung, Retention, Oberflächenleimung, Emulsionsstabilität und für andere Zwecke eingesetzt.

Normalerweise muss Stärke vor der Verwendung gekocht und verkleistert werden. Es gibt zwei Arten der Stärkezubereitung: diskontinuierlich und kontinuierlich. Geräte mit intermittierendem Betrieb sind schwieriger zu steuern und eignen sich in der Regel für Anwendungen mit geringem Stärkeverbrauch. Beim kontinuierlichen Kochen wird häufig ein Jet-Kocher verwendet. Dieser bietet die Vorteile eines gleichmäßigeren Produkts nach dem Kochen, einer gründlicheren Hydratisierung der Stärkemoleküle, einer einfachen automatischen Steuerung und einer guten Wirtschaftlichkeit. Daher eignet er sich für Anwendungen mit hohem Stärkeverbrauch.

Das Kochen und Einfügen scheint einfach und leicht zu sein, es gibt jedoch möglicherweise einige Dinge, die Sie nicht wissen. Nun werde ich Ihnen kurz die folgenden drei Punkte erklären:

1. Beim Verdünnen von trockener Stärke zu einer Aufschlämmungssuspension sollte die Temperatur des Verdünnungswassers zwischen 30 und 38 °C geregelt werden, um das Anhaften von Stärkekörnchen zu vermeiden, da es sonst zu Problemen beim anschließenden Dispersions- und Kochprozess kommen kann.
2. Beim Kochen und Pastieren nehmen die Stärkepartikel mit steigender Temperatur weiterhin Wasser auf, die Bindungen zwischen den Stärkemolekülen werden aufgelöst oder zerstört und das Volumen der Stärkepartikel dehnt sich weiter aus. Die Temperatur, bei der die Quellung am stärksten ist, wird als Gelatinierungs- oder Pastierungstemperatur bezeichnet und liegt im Allgemeinen bei 55–80 °C. Die Stärke wird zur weiteren Hydratisierung weiter erhitzt, bis die Viskosität der Stärkelösung allmählich ihr Maximum erreicht. Dann beginnen die Ränder der Stärkepartikel aufzubrechen und die Stärkemoleküle wandern in Form kleiner Aggregate in die Wasserphase. Die durch das Erhitzen zugeführte Energie sorgt dafür, dass die Wassermoleküle weiterhin zwischen die Stärkemoleküle gelangen und die Stärkemoleküle optimal verteilt werden.
3. Der wesentliche Unterschied zwischen kontinuierlichem und intermittierendem Kochen und Pastieren besteht darin, dass beim kontinuierlichen Kochen Druckgaren verwendet wird (intermittierendes Kochen und Pastieren erfolgt in der Regel nicht unter Druck). Dabei wird die Stärke einige Minuten lang auf eine Temperatur über dem normalen Siedepunkt von Wasser erhitzt und anschließend durch ein Gegendruckventil geleitet. Beim plötzlichen Ablassen des Drucks auf Normaldruck entstehen extrem starke Turbulenzen und Scherkräfte. Durch die Einwirkung des inneren und äußeren Druckunterschieds platzen die Stärkepartikel schnell auf, und ihre Moleküle lösen sich vollständig auf. Dieser Vorgang wird allgemein als thermomechanischer Umwandlungsprozess bezeichnet. Wird während des Kochens eine Säure oder ein Oxidationsmittel verwendet, spricht man von thermochemischer Umwandlung, was in der Regel zu einer niedrigeren Viskosität führt. Beim kontinuierlichen Kochen empfehlen Stärkelieferanten in der Regel eine möglichst niedrige Kochtemperatur, um einen Abbau der Stärkemoleküle zu vermeiden. Kochen bei einer höheren Temperatur als eigentlich erforderlich wird als Überkochen bezeichnet. Im Allgemeinen nimmt das Molekulargewicht der Stärke bei Kochtemperaturen unter 140 °C nicht wesentlich ab.

Lassen Sie uns nun über die Faktoren sprechen, die während des Stärkekochprozesses kontrolliert werden müssen.

1. Temperaturen

Druckkochen und Pastieren werden beim Chargenkochen im Allgemeinen nicht verwendet, und das Kochen der Stärkeflüssigkeit sollte vermieden werden. Es wird allgemein empfohlen, die Kochtemperatur bei 88–95 Grad Celsius zu halten und mindestens 20 Minuten lang beizubehalten; kontinuierliches Kochen dauert in der Regel nur wenige Minuten, und die Mindestkochtemperatur von Wachsmaisstärke liegt bei 104–116 Grad Celsius; bei amylosehaltiger Stärke sollte die Mindestkochtemperatur zwischen 116 und 127 Grad Celsius liegen.

1. Scherkraft

Scheren ist beim intermittierenden Kochen und Pastieren sehr wichtig. Der Mischer bietet die geringste Scherkraft, um eine gleichmäßige Wärmeübertragung aufrechtzuerhalten und ein Über- oder Unterkochen in lokalen Bereichen zu verhindern. Gleichzeitig werden die Stärkemoleküle vollständig verteilt. Die Scherung beim kontinuierlichen Jet-Kochen wird durch den Fluss der Stärkesuspension in der Rohrleitung (gleichmäßig mit Heizdampf vermischt) und das Gegendruckventil (um die beste Heizleistung und gleichmäßige Temperatur zu erzielen) gewährleistet.

1. Druckscheiben

Der beim intermittierenden Kochen und Pastieren verwendete Dampf hat in der Regel nur Normaldruck oder einen etwas höheren Druck als Normaldruck. Der beim kontinuierlichen Kochen und Pastieren verwendete Dampf hat in der Regel nur Normaldruck oder einen etwas höheren Druck als Normaldruck. Der beim kontinuierlichen Jet-Kochen verwendete Druck liegt zwischen 103 und 138 kPa oder sogar höher, und der Dampfdruck hat einen großen Einfluss auf das Kochergebnis. Schwankungen des Dampfdrucks führen zu Änderungen des Kochdrucks und der Kochtemperatur und beeinträchtigen letztendlich die Qualität der gelatinierten Stärkeflüssigkeit.

1. Fester Inhalt

Aufgrund der begrenzten Heizleistung, der Heizeffizienz und der hohen Spitzenviskosität ist der Feststoffgehalt beim intermittierenden Kochen und Pastieren im Allgemeinen niedriger als beim kontinuierlichen Kochen. Ersteres liegt im Allgemeinen bei 4–6 %, letzteres bei 8–15 % oder sogar höher.

1. Scheinbare Viskosität

Verschiedene Koch- und Pastenmethoden haben einen größeren Einfluss auf die scheinbare Viskosität. Generell gilt: Je mehr Wärme während des Kochvorgangs zugeführt wird, desto besser werden die Stärkemoleküle dispergiert. Bei gleichem Feststoffgehalt ist die Viskosität der durch kontinuierliches Strahlkochen erhaltenen gelatinierten Stärke geringer als die durch Batchkochen erhaltene. Der Grund dafür liegt jedoch nicht im Abbau der Stärkemoleküle, sondern in der Verflechtung der Stärkemoleküle nach der Gelatinierung. Besser ist es, sie zu dissoziieren.

1. Qualitätsprüfung von verkleisterter Stärke

Unter dem Mikroskop lässt sich feststellen, ob die gelatinierte Stärke gleichmäßig ist und ob Stärkekörner vorhanden sind. Eine gut gelatinierte Stärke sieht durchscheinend aus (die ungekochte Stärkesuspension ist milchig weiß). Der Feststoffgehalt kann mit einem Refraktometer (schnell) oder durch die Trocknungsmethode (genau) gemessen werden.