Enzyme convertedstarch in pigment coating

Abstract

Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää entsyymikonvertoinnin mahdollisuudet vaikuttaa sideainetärkkelyksen toiminnallisiin ominaisuuksiin. Tärkein tehtävä oli etsiä vastaukset kysymykseen, kuinka paljon entsyymikonvertointia optimoimalla voidaan maksimoida tärkkelyksen positiivisia vaikutuksia. Tavoitteena oli myös tutkia, voiko lisäaineita käyttämällä ja tärkkelystä plastisoimalla säilyttää tärkkelyksen vaikutus paperin jäykkyyteen ja saada tärkkelysfilmille joustavuutta.

Kirjallisuusosassa tarkasteltiin tärkkelyksen entsyymikonvertointiin vaikuttavia tekijöitä, eri tärkkelysraaka-aineiden eroja, sekä konvertoinnissa käytettävien entsyymien ominaisuuksia. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin myöstärkkelyksen käyttöä sideaineena pigmenttipäällystyksessä. Kokeellisessa osassakeskityttiin selvittämään entsyymikonvertoinnin olosuhteiden, käytettävän raakatärkkelyksen ja entsyymin vaikutusta konvertoidun tärkkelyksen ominaisuuksiin. Konvertoiduista tärkkelyksistä valmistettiin päällystyspastat, ja tutkittiin niinpastan kuin päällystetyn paperin ominaisuuksia. Myös erilaisten pehmentimien vaikutusta niin päällystyspastaan, kuin paperin pinnalle tutkittiin.

Havaittiin, että konvertoimalla tärkkelysketjua entsymaattisesti, voidaan tärkkelysketjun pituutta säädellä. Tarkoituksena oli konvertoida tärkkelystä niin, että tärkkelyksen molekyyliketjujakaumat sisältävät lyhyitä, keskipitkiä sekäpitkiä molekyylejä. Päällystämisen havaittiin olevan vaikeaa Helicoaterilla varsinkin pitkäketjuista tärkkelystä suuren määrän sisältävillä pastoilla. Myös tärkkelys/lateksi-suhde vaihteli eri pastoilla. Päällystyspastojen reologisia ominaisuuksia testattaessa huomattiin, että tärkkelysketjun pituuden kasvaessa pastanviskositeetti lisääntyy ja vesiretentio vähenee.

Havaittiin vain muutamia teknisiä paperiominaisuuksia, jotka korreloivat hyvin tärkkelysketjun pituuden kanssa. Näitä olivat kiilto, Gurley-Hill huokoisuus, taivutusvastus, taivutuspituus sekä IGT pintalujuus. Pehmentimien ei havaittu vaikuttavan moneenkaan paperin eri tekniseen ominaisuuteen. Suurimmat erot huomattiin paperin taivutuspituudessa ja taivutusvastuksessa.

The aim of this master of science thesis was to work out, how enzymatic conversion effects on functional properties of starch as a binding agent. There was also a need to get an answer to the questions that how much positive properties of starch canbe maximized, and is it possible to maintain stiffness of starch and get flexibility of starch films if additive chemicals have been used (plasticize starch).

In the literature part, different factors which affect on enzymatic conversion of starches, differences between different starches as a raw material and differences between different enzymes were studied. There was also studied in the literature part that how starch works as a binding agent, is thereany advantages or disadvantages when starch is used and, which are the factors which limit use of starch. In the experimental part, enzymatic conversion conditions, raw-materials and enzymes effects on the starch were studied. Also plasticizers and their use in coating colours and in papers were studied.

It was noticed that while converting starch enzymatically it can be adjusted starch molecular chain length. Aim was that starch can be converted so that final product is short, medium or long molecular chain length distributions of starches. While coating, runnability in Helicoater was bad when paper was coated by coating colour which includes long molecular chain length starch. Because alsostarch/latex-ratio in coating colours change, runnability was bad when starch amount was higher. It was noticed when testing rheological properties of starch coating colours that when starch molecular chain length grows, coating colour's viscosity increases and static water retention increase.

There were no significant differences between these starches which included different size molecular chain length starches when comparing mill references. Therewere only few technical paper properties which correlated with starch molecularchain length. These properties were gloss, Gurley-Hill porosity, bending resistance, bending length and IGT surface strength. There were also no remarkable changes between plasticized coating colours or coated papers when comparing resultsto non-plasticized papers. Only changes, which were noticed, were in bending resistance and in bending length.