DE69530924T3

DE69530924T3 - Verfahren zur herstellung von kaugummigrundmasse

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Publication number: DE69530924T3
Application number: DE69530924T
Authority: DE
Inventors: Joo Song; Donald Townsend
Original assignee: WM Wrigley Jr Co
Current assignee: WM Wrigley Jr Co
Priority date: 1995-03-13
Filing date: 1995-03-13
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2015-03-14
Also published as: WO1996028040A1; DK0758847T4; DK0758847T3; EP0758847A1; EP0758847B2; DE69530924T2; EP0758847B1; EP0758847A4; DE69530924D1; ES2199246T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren für die Herstellung von Kaugummibase.
Eine typische Kaugummibase umfasst einen oder mehrere Elastomere, einen oder mehrere Füllstoffe, ein oder mehrere Elastomerlösemittel, Plastifizierer und optionale Polymere, Wachse, Emulgatoren und verschiedene Farbstoffe, Geschmacksstoffe und Antioxidantien. Primär wegen der Schwierigkeit beim Schmelzen und homogenen Verteilen der Elastomere unter den anderen Bestandteilen der Kaugummibase ist die Herstellung von Kaugummibase typisch ein mühseliger und zeitraubender Stapelprozess. Zum Beispiel verwendet ein solcher konventioneller Prozess einen Sigmaschneidenstapelmischer mit einem Geschwindigkeitsverhältnis von vorn bis hinten von etwa 2:1 und eine Mischtemperatur von etwa 80 bis 120°C.
In diesem konventionellen Prozess werden die anfänglichen Portionen der Elastomere, der Elastomerlösemittel und der Füllstoffe zum beheizten Sigmaschneidenmischer zugeführt und vermengt, bis die Elastomere geschmolzen oder verschmier und durchgängig mit dem Plastifizierern und Füllstoffen vermischt sind. Dann werden die übrigen Portionen von Elastomeren, Elastomerlösemitteln, Plastifizierern, Füllstoffen, Emulgatoren und andere Bestandteilen auf eine abgestufte Weise nacheinander zugeführt, häufig mit ausreichender Zeit für jede stufenweise Zugabe, um vollständig von der Zugabe weitere Bestandteile vermischt zu werden. Abhängig von der Zusammensetzung der jeweiligen Kaugummibase und besonders der Menge und dem Typ der Elastomere ist beträchtliche Geduld erforderlich, um sicherzustellen, dass jeder Bestandteil durchgängig vermischt wird. Insgesamt kann eine Mischzeit von ein bis vier Stunden benötigt werden, um einen Schub von Kaugummibase unter Verwendung eines konventionellen Sigmaschneidenstapelmischers herzustellen.
Nach dem Mischen muss die geschmolzene Menge der Kaugummibase aus dem Mischer in beschichtete oder ausgekleidete Pfannen entleert werden, oder muss zu einem anderen Gerät wie etwa einem Haltetank oder einer Filtervorrichtung gepumpt werden, muss dann in Formen ausgepresst oder gegossen werden, und es muss eine Abkühlung und Verfestigung zugelassen werden, bevor es für die Verwendung in Kaugummi bereit ist. Diese zusätzliche Verarbeitung und Abkühlung benötigt sogar noch mehr Zeit.
Verschiedene Anstrengungen wurden unternommen, um eine Vereinfachung und Zeitreduktion für die Herstellung der Kaugummibase zu versuchen. Die europäische Patentveröffentlichung Nr. 0 273 809 im Namen von General Foods France legt einen Prozess für die Herstellung von nicht anhaftender Kaugummibase offen durch Vermengung von Elastomeren und Füllstoffen in einer kontinuierlichen Mühle, um eine nicht anhaftende Vormischung zu bilden, durch Aufteilen der Vormischung in Fragmente und Vermengen der Vormischungsfragmente und mindestens einem anderen, nicht anhaftenden Kaugummibestandteil in einem Pulvermischer. Alternativ können die Vormischungsfragmente und andere Komponenten der Base zusammen mit anderen Kaugummikomponenten einem Extruder zugeführt werden, um eine direkte Herstellung von Kaugummibase zu erreichen.
Die französische Patentveröffentlichung Nr. 2 635 441 , ebenfalls im Namen von General Foods France, legt einen Prozess für die Herstellung eines Kaugummibasekonzentrats unter Verwendung eines Doppelschraubenextruders offen. Das Konzentrat wird durch Mischen von Elastomeren mit hohem Molekulargewicht und Plastifizierern in gewünschten Proportionen und durch Zuführen der Mischung zu einem Extruder aufbereitet. Mineralische Füllstoffe werden stromabwärts von der Zuführungsöffnung der Elastomer-/Plastifizierer-Mischung zugeführt. Das sich ergebende Konzentrat von Kaugummibase hat eine hohe Stufe an Elastomeren. Das Konzentrat kann dann mit anderen Kaugummibasebestandteilen gemischt werden, um eine vollständige Kaugummibase zu erhalten.
Das an D'Amelio et al. erteilte US-Patent Nr. 4,968,511 legt offen, dass Kaugummi direkt in einem einstufigen Prozess (ohne Herstellung einer zwischenzeitlichen Kaugummibase) produziert werden kann, falls gewisse Vinylpolymere als der Elastomerteil verwendet werden.
Das an Koch et al. erteilte US-Patent Nr. 4,187,320 legt einen dreistufigen Prozess für die Herstellung einer Kaugummibase in einem Mischkessel offen.
Das an des Angel erteilte US-Patent Nr. 4,305,962 legt einen Prozess für die Herstellung einer Elastomer-/Kunststoff-Grundmenge als Vorläufer einer Kaugummibase offen.
Das an De Tora et al. erteilte US-Patent Nr. 4,459,311 legt eine Kaugummibase unter Verwendung zweier getrennter Mischer für die Vorplastifizierung des Elastomers in Anwesenheit eines Füllstoffs, gefolgt von einem Mischer mittlerer Intensität für die abschließende Vermengung aller Kaugummibasekomponenten, offen.
Verschiedne Veröffentlichungen legen offen, dass ein kontinuierlich arbeitender Extruder verwendet werden kann, um ein Kaugummiprodukt herzustellen, nachdem ein getrennter Prozess zuvor verwendet wurde, um die Kaugummibase herzustellen. Diese Veröffentlichungen umfassen das an Degady et al. erteilte US-Patent Nr. 5,135,760 , das an Lesko et al erteilte US-Patent Nr. 5,045,325 , und das an Kramer et al. erteilte US-Patent Nr. 4,555,407 .
Trotz der oben beschriebenen, vorangegangenen Anstrengungen besteht in der Kaugummiindustrie ein Bedarf für einen und ein Wunsch nach einem kontinuierlichen Prozess, der wirkungsvoll und effizient verwendet werden kann, um eine Menge verschiedner, vollständiger Kaugummibasen herzustellen, ohne dass der Typ oder die Menge der angewendeten Elastomere begrenzt wird, und ohne dass ein vorausgehendes Vermengen oder eine andere vorausgehende Behandlung der Elastomere erforderlich wäre.
Eines der Probleme, die bei der Verwendung von Extrudern oder ähnlichen Mischern für die Herstellung einer Kaugummibase auftreten, beruht auf Schwierigkeiten mit dem Wärmeaustausch. Bestimmte Kaugummibestandteile müssen auf relativ hohe Temperaturen erhitzt werden, um mit anderen Bestandteilen vermischt zu werden. Diese Temperaturen müssen höher sein als es für andere Bereiche in der Mischvorrichtung erwünscht ist.
Zusätzlich erhitzt auch die mechanische Scherung, die bei solch einem Mischen erforderlich ist, den Mischer und das darin enthaltene Produkt. Diese erzeugte Hitze in mindestens bestimmten Abschnitten des Extruders ist weiter stromabwärts nicht erforderlich und kann abträglich sein. Zum Beispiel können Temperaturen von 180°C und mehr mindestens für gewisse Bestandteile der Kaugummibase schädlich sein. Jedoch ist das Abführen der Hitze in dem Extruder problematisch.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung sieht einen kontinuierlichen Prozess der Herstellung von Kaugummibase vor, der ein Verfahren vorsieht für die Kühlung von den in mindestens bestimmten Abschnitten des Mischers (Extruders) enthaltenen Komponenten auf eine kostenwirksame und energieeffiziente Weise.
Zu diesem Zweck sieht die vorliegende Erfindung einen Prozess für das kontinuierliche Herstellen von Kaugummibase vor, das die Schritte umfasst: Zusetzen eines Elastomers und eines Füllstoffes zu einem kontinuierlichen Mischer in einem Extruder vor anderen Bestandteilen der Kaugummibase, Zusetzen eines thermischen Kaugummibasenbestandteils, bei dem es sich um Polyvinylazetat handelt, als Feststoff, dessen Wärmekapazität ausreicht, um wenigstens einen Teil der Inhalte des Extruders auf eine gewünschte Temperatur abzukühlen, zu dem Extruder an einer gewünschten Position, und der dem kontinuierlichen Mischer in einer Menge zugesetzt wird, die ausreichend ist, um den Elastomer und den Füllstoff abzukühlen, die sich in dem Extruder befinden; und Erzeugen einer Kaugummibase in dem Mischer, wobei das Polyvenylazetat eine Glasübergangstemperatur hat, die niedriger ist als die Temperatur des Elastomers und des Füllstofffs in dem Extruder, jedoch höher ist als die Ist-Temperatur des thermischen Basenbestandteils zum Zusetzen zu dem Extruder.
In einer Ausführungsform wird die Kaugummibase mit einer Menge hinzugefügt, so dass sie mindestens 10% der sich ergebenden Kaugummibase ergibt, die erzeugt wird.
In einer Ausführungsform umfasst der Extruder mindestens eine verteilende Mischzone und eine zerstreuende Mischzone.
In einer Ausführungsform umfasst der Extruder eine erste, zerstreuende Mischzone, und die Kaugummibase wird während der ersten, zerstreuenden Mischzone hinzugefügt.
In einer Ausführungsform ist der Extruder ein hocheffizienter Mischer.
In einer Ausführungsform umfasst der Extruder einen Klingen-und-Zapfen-Mischer.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren für die Produktion von Kaugummibase in einem Extruder vorgesehen, das die Schritte umfasst: Hinzufügen zu einem Extruder, der mindestens eine erste und eine zweite Mischzone umfasst, von Bestandteilen, die notwendig sind, um eine gewünschte Kaugummibase herzustellen; Hinzufügen zu einem Extruder von Polyvinylazetat mit einer Temperatur, die nicht höher als die Umgebungstemperatur ist; und kontinuierliche Erzeugung der Kaugummibase.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Prozess für die kontinuierliche Produktion einer Kaugummibase unter Verwendung eines einzelnen Extruders vorgesehen, der die Schritte umfasst: Hinzufügen eines Elastomers und eines Füllstoffs in einen kontinuierlichen Mischer; Hinzufügen von Polyvinylazetat als Feststoff zu dem kontinuierlichen Mischer; und Ausgeben einer sich ergebenden Kaugummibase aus dem Mischer.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist geeignet für die Verwendung mit jedem konventionellen Kaugummibaseelastomer in beliebiger Menge, ohne dass eine Vorvermengung oder Vorbehandlung des Elastomers mit einem anderen Bestandteil erforderlich ist. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung verwendet werden für die kontinuierliche Herstellung einer breiten Varietät von Kaugummibasen, welche viele oder alle der folgenden Komponenten in den folgenden Prozenten enthält:

Komponente	Bereich (Gewichtsprozent)
Elastomer(e)	5,0–95
Elastomerlösemittel	0,0–50
Plastifizierer	0,0–75
Wachs(e)	0,0–30
Emulgator(en)	0,5–40
Füllstoff(e)	1,0–65
Farb-/Geschmacksstoff(e)	0,0–3,0

Die vorliegende Erfindung hat verschiedene, unterschiedliche Aspekte, die zusammen getrennt oder in einer beliebigen Kombination angewendet werden können. Alle diese Aspekte können zusammen, nacheinander unter Verwendung eines einzelnen kontinuierlichen Mischprozesses z. B. in einem Doppelschraubenextruder durchgeführt werden.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden das Elastomer, das Elastomerlösungsmittel und der Füllstoff unter Bedingungen des hoch zerstreuenden Mischens kontinuierlich zusammengemischt. Unter ”hoch zerstreuendem Mischen” wird verstanden, dass das Elastomer, das Elastomerlösungsmittel und der Füllstoff in sehr kleine Partikel, Tröpfchen oder ”Bereiche” zerbrochen werden, die untereinander leicht zerstreut werden, und die später im Wesentlichen homogen unter die anderen Bestandteile der Kaugummibase verteilt werden können. Diese Stufe des zerstreuenden Mischens kann verstanden werden als eine Stufe des Entwirrens und ”Herunterbrechens” für die Kaugummibasekomponenten, welche die am schwierigsten zu zerstreuenden Komponenten sind. Spezielle Mischelemente werden zu diesem Zweck verwendet, wie im Folgenden erläutert wird.
In einem Aspekt der Erfindung werden die Bestandteile der Kaugummibase sequenziell zu dem kontinuierlichen Extruder an unterschiedlichen Stellen in einer Reihenfolge hinzugefügt, die angenähert mit einer abnehmenden Ordnung der Viskosität korrespondiert. Die Bestandteile der Kaugummibase mit relativ hoher Viskosität (z. B. die meisten Elastomere) werden zuerst in den Extruder mit Füllstoffen und Elastomerlösungsmitteln an einer stromaufwärtigen Stelle zugegeben, und werden miteinander gemischt. Die Füllstoffe und die Elastomerlösungsmittel helfen bei der Zerstreuung der Elastomere. In einer Ausführungsform werden die Bestandteile der Kaugummibase mit mittlerer Viskosität (z. B. Polyvinylazetat, Elastomere niedrigen Molekulargewichts und Elastomerlösungsmittel) in den Extruder anschließend, an einer mittleren Stelle zugeführt, und werden mit den zuvor zugeführten Bestandteilen hoher Viskosität gemischt. Die Bestandteile der Kaugummibase mit relativ niedriger Viskosität (z. B. Öle, Fette und Wachse) werden dem Extruder zuletzt, an einer stromabwärtigen Stelle zugeführt, und werden mit den zuvor zugeführten Bestandteilen hoher und mittlerer Viskosität gemischt.
In einem Aspekt des Verfahrens werden Elastomere, Elastomerlösungsmittel, Füllstoffe, Bestandteile mittlerer Viskosität (z. B. Polyvinylazetat) und optional Bestandteile niedriger Viskosität (z. B. Fette, Öle und Wachse) kontinuierlich miteinander unter Bedingungen des hoch verteilenden Mischens gemischt. Unter ”hoch verteilendem Mischen” ist zu verstehen, dass die Bestandteile ausgespreizt oder untereinander ”verteilt” werden, um eine im Wesentlichen homogene Vermengung von Kaugummibase zu bilden. Auf analoge Weise bewirkt die oben beschriebene Stufe des ”zerstreuenden Mischens”, dass das Elastomer unter Verwendung des Füllstoffs als eine Verarbeitungshilfe für zerstreuendes Mischen in sehr kleine Partikel, Tröpfchen oder Bereiche ”heruntergebrochen” wird. Die Stufe des ”verteilenden Mischens”, die in dem kontinuierlichen Prozess weiter stromabwärts vorkommt, bewirkt, dass diese kleinen Partikel, Tröpfchen oder Bereiche gleichmäßig unter den restlichen Bestandteilen der Kaugummibase verteilt werden.
In einem Aspekt des Verfahrens können flüchtige Komponenten der Mischung der Kaugummibase während des Extrusionsprozesses kontinuierlich entfernt werden. Diese flüchtigen Komponenten umfassen unerwünschte Abfallprodukte, z. B. minderwertige Elastomere, Elastomerlösungsmittel oder Plastifizierer, die in kleinen Mengen in dem Mischungsprozess vorkommen. Das Entfernen der flüchtigen Komponenten hilft bei der Beseitigung unerwünschter Seitentöne des Geschmacks der Kaugummibase. Dies kann erreicht werden z. B. durch Anlegen eines Vakuums an den Extruder an ausgewählten Stellen. Falls die Abfallbestandteile nicht periodisch entfernt werden, und zugelassen wird, dass sie sich mit den Bestandteilen der Kaugummibase vermischen, kann es sehr schwierig werden, sie aus der Kaugummibase zu entfernen.
In einem Aspekt des Verfahrens können bestimmte Bestandteile in einem flüssigen Zustand unter Druck und Verwendung einer Pumpe eingespritzt werden. Der flüssige Zustand kann herbeigeführt werden durch vorbereitendes Schmelzen eines Bestandteils wie Wachs, oder durch Absenken der Viskosität eines Fetts oder Öls unter Verwendung eines oder mehrerer, beheizter Zuführungstanks. Das Einspritzen einer Flüssigkeit unter Druck kann präzisere Dosierung und eine bessere Mischung und Verteilung bestimmter Bestandteile niedriger oder mittlerer Viskosität erleichtern.
Die Erfindung hat zahlreiche Vorteile. Zuerst wird Kaugummibase in einem kontinuierlichen Prozess erzeugt. Auf Wunsch kann die Ausgabe verwendet werden, um eine kontinuierliche Kaugummiproduktionslinie zu versorgen. Zweitens wird die durchschnittliche Verweilzeit der Bestandteile der Kaugummibase von Stunden auf Minuten reduziert. Drittens können alle notwendigen Zuführungen und Verbindungsschritte nacheinander unter Verwendung eines einzigen kontinuierlichen Mischapparats durchgeführt werden. Viertens ergeben die bevorzugten Ausführungsformen ein energieeffizientes Verfahren der Reduktion der Temperatur des Extruders an bestimmten Stellen des Mischprozesses. Fünftens ist die Erfindung für einen breiten Bereich von Zusammensetzungen der Kaugummibase wirksam, einschließlich unterschiedlicher Kaugummibaseelastomere und Elastomerprozentsätze, ohne dass eine vorausgehende Vermengung oder eine andere Vorbehandlung der Elastomere erforderlich wäre. Sechstens kann die Kaugummibase auf Anforderung produziert werden, was eine Zwischenlagerung fertig gestellter Kaugummibase beseitigt. Dies ermöglicht maximale Flexibilität bei der Reaktion auf Marktanforderungen und Formeländerungen.
Die vorstehenden und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden weiter aus der folgenden detaillierten Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen offenkundig werden, die in Verbindung mit den begleitenden Beispielen und Zeichnungen zu lesen ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Doppelschraubenextruders, der für die Verwendung bei dem Praktizieren der vorliegenden Erfindung eingerichtet wurde.
2 zeigt einen Satz von Scherungsscheiben, die in dem Extruder von 1 verwendet werden.
3 zeigt einen Satz gezahnter Elemente, die in dem Extruder von 1 verwendet werden.
4 zeigt einen Satz von Knetscheiben, die in dem Extruder von 1 verwendet werden.
5 zeigt eine Vielzahl von Knetscheiben, die in einer schraubenförmigen Weise eingestellt sind, um Knetblöcke zu bilden.
6a–6e zeigen schematisch sequenzielle Darstellungen von Bestandteilen von Kaugummibase während des Mischprozesses.
7 zeigt einen differenziellen Abtastkalorimetergraphen der Wärmekapazität gegen die Temperatur von Polyvinylazetat niedrigen Molekulargewichts.
8 zeigt eine Annäherung von Materialtemperaturen in einem in Beispiel 5 diskutierten Extruder.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN UND DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung sieht verbesserte Verfahren für die kontinuierliche Produktion von Kaugummibase vor. Nach dem Verfahren wird Polyvinylazetat, das eine ausreichende thermische Kapazität hat, in ausreichendem Volumen zu dem Extruder hinzugefügt, um mindestens bestimmte Abschnitte des Extruders zu kühlen. Es wird eine Komponente zu dem Extruder hinzugefügt, welche eine Glas-Übergangstemperatur hat, die niedriger ist als die Temperatur bestimmter Bestandteile in einem bestimmten Abschnitt des Extruders, um die Bestandteile in dem Extruder zu kühlen.
Aufgrund dieser thermischen Kapazität nimmt die Komponente Wärme auf und reduziert die Temperatur der Bestandteile in dem Extruder. Dies verhindert, dass die Temperaturen in dem Extruder die Bestandteile der Kaugummibase verschlechtern und beschädigen, und ergibt einen energieeffizienten Prozess. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Komponente Polyvinylazetat, welches vorzugsweise bei einer Temperatur hinzugefügt wird, welche nicht größer als die Umgebungstemperatur ist.
Die durch den Prozess der vorliegenden Erfindung hergestellte Kaugummibase kann durch konventionelle Verfahren in konventionelle Kaugummi weiterverarbeitet werden, einschließlich in Blasengummi (Bubblegum). Die Details solcher Kaugummi und Herstellungsverfahren sind wohlbekannt und werden deshalb hier nicht im Detail wiederholt. Natürlich werden zur Herstellung spezialisierter Kaugummi, wie nicht haftendes Kaugummi und Blasengummi, spezialisierte Formeln für die Kaugummibase und Bestandteile verwendet. Jedoch können diese Bestandteile der Kaugummibase unter Verwendung des hier beschriebenen Prozesses kombiniert werden.
Im Allgemeinen umfasst eine Komposition von Kaugummi typisch einen wasserlöslichen Massenteil und typisch wasserunlösliche Geschmacksstoffe. Der wasserlösliche Teil verflüchtigt sich mit der Zeit beim Kauen des Kaugummis zusammen mit einem Teil der Geschmacksstoffe. Der Teil der Kaugummibase wird während des Kauens im Mund zurückgehalten.
Der wasserlösliche Teil des Kaugummis kann Weichmacher, Massensüßmittel, hochintensive Süßmittel, Geschmacksstoffe und Kombinationen davon umfassen. Weichmacher werden dem Kaugummi beigefügt, um die Kaubarkeit und das Mundgefühl des Kaugummis zu optimieren. Die Weichmacher, die auch als Plastifizierer oder Plastifizierungsmittel bekannt sind, bilden allgemein zwischen 0,5 und 15 Gewichtsprozent des Kaugummis. Die Weichmacher können Glyzerin, Lecithin und Kombinationen davon umfassen. Wässrige Versüßungslösungen wie solche, die Sorbitol, hydrierte Stärke-Hydrolysate, Maissirup und Kombinationen davon enthalten, können als Weichmacher und Bindemittel in Kaugummi verwendet werden.
Massensüßmittel bilden zwischen 5 und 95 Gewichtsprozent des Kaugummis, typischer zwischen 20 und 80 Gewichtsprozent und am üblichsten zwischen 30 und 60 Gewichtsprozent des Kaugummis. Massensüßmittel können sowohl Zucker als auch zuckerfreie Süßstoffe und Komponenten umfassen. Zuckerhaltige Süßmittel können Saccharine umfassen, die Komponenten wie Saccharose, Dextrose, Maltose, Dextrin, getrockneter Invertzucker, Fruktose, Levulose, Galaktose, Festbestandteile des Maissirups und Ähnliches, allein oder in Kombination, enthalten, aber nicht darauf begrenzt sind. Zuckerfreie Süßmittel umfassen Komponenten mit Versüßungscharakteristik, enthalten aber keine der bekannten Zucker. Zuckerfreie Süßmittel umfassen Zuckeralkohole, wie Sorbitol, Mannitol, Xylitol, hydrierte Stärke-Hydrolysate, Maltitol und Ähnliches, allein oder in Kombination, sind aber nicht darauf begrenzt.
Hochintensive Süßmittel können ebenfalls vorhanden sein und werden gewöhnlich mit zuckerfreien Süßmitteln eingesetzt. Wenn eingesetzt, dann bilden hochintensive Süßmittel typisch zwischen 0,001 und 5 Gewichtsprozent des Kaugummis, vorzugsweise zwischen 0,01 und 1 Gewichtsprozent des Kaugummis. Hochintensive Süßmittel sind typisch mindestens zwanzigmal süßer als Saccharin. Diese können Sucralose, Aspartam, Salze von Acesulfam, Alitam, Saccharin und seine Salze, Cyclamatsäure und ihre Salze, Glycyrrhizin, Dihydrochalcone, Thaumatin, Monellin und Ähnliches, allein oder in Kombination, umfassen, sind aber nicht darauf begrenzt.
Kombinationen von Zucker und/oder zuckerfreien Süßmitteln können in Kaugummi verwendet werden. Die Süßmittel können in dem Kaugummi auch ganz oder teilweise als ein wasserlösliches Quellungsmittel funktionieren. Zusätzlich können die Weichmacher auch zusätzliche Süße liefern, wie bei wässrigen Zucker- oder Alditollösungen.
Geschmacksstoffe sollten in dem Kaugummi generell in einer Menge innerhalb des Bereichs von 0,1 bis 15 Gewichtsprozent vorkommen, und vorzugsweise zwischen 0,2 und 5 Gewichtsprozent des Kaugummis und noch bevorzugter zwischen 0,5 und 3 Gewichtsprozent des Kaugummis. Geschmacksstoffe können ätherische Öle, synthetische Geschmacksstoffe oder Mischungen davon umfassen, einschließlich aber nicht begrenzt auf Ölen, die von Pflanzen oder Früchten stammen, wie Zitrusöl, Fruchtessenzen, Pfefferminzöl, Spearminzöl, andere Minzöle, Nelkenöl, Wintergrünöl, Anise und Ähnliches. Künstliche Geschmacksstoffe und Komponenten können ebenfalls verwendet werden. Natürliche und künstliche Geschmacksstoffe können in jeder sensorisch akzeptablen Weise kombiniert werden.
Optionale Bestandteile wie Farbstoffe, Emulgatoren, pharmazeutische Mittel und zusätzliche Geschmacksstoffe können ebenfalls in Kaugummi enthalten sein.
Die unlösliche Kaugummibase umfasst Elastomere, Elastomerlösungsmittel, Plastifizierer, Wachse, Emulgatoren und anorganische Füllstoffe. Plastische Polymere, wie Polyvinylazetat, die sich etwa wie Plastifizierer verhalten, sind nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eingeschlossen. Elastomere können Polyisobutylen, Butylgummi (Isobutylen-Isopren-Copolymer) und Styrol-Butadien-Gummi umfassen, wie auch natürliche Latexe wie Chicle. Elastomerlösungsmittel sind häufig Harze wie Terpenharz und Estergummi. Plastifizierer sind typisch Fette und Öle, einschließlich Talg, hydrierte und teilweise hydrierte Pflanzenöle und Kakaobutter. Gewöhnlich verwendete Wachse umfassen Paraffin, mikrokristalline und natürliche Wachse wie Bienenwachs und Karnaubawachs.
Die Kaugummibase umfasst typisch auch eine Füllstoffkomponente. Die Füllstoffkomponente kann Kalziumkarbonat, Magnesiumkarbonat, Talkum, Dikalziumphosphat oder Ähnliches sein. Der Füllstoff bildet zwischen 5 und 60 Gewichtsprozent der Kaugummibase. Vorzugsweise bildet der Füllstoff 5 bis 50 Gewichtsprozent der Kaugummibase.
Emulgatoren, die manchmal Plastifizierereigenschaften haben, umfassen Glyzerol-Monostearat, Lecithin und Glycerol-Triazetat. Ferner können Kaugummibasen auch optionale Bestandteile wie Antioxidantien, Farben und Geschmacksstoffe enthalten.
Die unlösliche Kaugummibase bildet zwischen 5 und 80 Gewichtsprozent des Kaugummis. Typischerweise bildet die unlösliche Kaugummibase zwischen 10 und 50 Gewichtsprozent des Kaugummis und am häufigsten zwischen 20 und 35 Gewichtsprozent des Kaugummis.
Nach der vorliegenden Erfindung wird die Kaugummibase in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt, vorzugsweise unter Verwendung eines einzelnen Extruders. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kaugummibase unter Verwendung von mindestens zwei Mischzonen hergestellt.
In einer Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf einem Doppelschraubenextruder ausgeführt, wie in 1 schematisch dargestellt. Der Doppelschraubenextruder wird mit verschiedenen unterschiedlichen Zuführungseinlassstellen eingerichtet, an denen Bestandteile der Kaugummibase hinzugefügt werden können. Die Schrauben innerhalb der Trommel des Extruders sind mit unterschiedlichen Typen von Elementen entlang der Länge der Schrauben ausgerüstet. Die unterschiedlichen Abschnitte werden manchmal als Verarbeitungsabschnitte bezeichnet und durch den in den Abschnitten angewendeten Typ der Elemente beschrieben. Die Trommel des Extruders ist typisch in Bereiche unterteilt, die unabhängig von anderen Bereichen beheizt oder gekühlt werden können. Diese Heizbereiche fallen normalerweise mit Verarbeitungsabschnitten zusammen, abhängig von den Längen der Trommelzonenabschnitte und der Elemente in den Verarbeitungsabschnitten.
Während unterschiedliche Gerätehersteller unterschiedliche Typen von Elementen herstellen, umfassen die gebräuchlichsten Typen von Elementen Förderelemente, Verdichtungselemente, Umkehrungselement, Homogenisierungselemente wie Sicherungsscheiben und gezahnte Elemente, und Knetscheiben und Knetblöcke. Förderelemente haben generell Schnecken, die sich spiralig den Elementen entlang ziehen, mit breiten Zwischenräumen zwischen den Schnecken. Diese Elemente werden an Zuführungseinlassabschnitten verwendet, um das Material schnell in den Körper des Extruders hinein zu befördern. Verdichtungselemente haben Schnecken mit einem Abstand, der sich beim Transport des Materials entlang der Schnecken verengt. Dies ergibt eine Verdichtung und einen hohen Druck in der Vorwärtsrichtung, der benötigt wird, um das Material stromabwärts und durch die anderen Elemente hindurch zu zwingen. Umkehrungselemente haben Schnecken, die gegen die der Förderelemente angewinkelt sind. Die Schnecken rotieren in einer Richtung, die das Material stromaufwärts zwingen würde. Diese Elemente erzeugen einen hohen Gegendruck und eine langsame Stromabwärtsbewegung des Materials durch den Extruder. Natürlich arbeitet sich das Material immer noch entgegen den Schnecken durch, um sich durch die Umkehrungselemente hindurch stromabwärts zu bewegen. Eine umgekehrte Schraubenanordnung von Knetblöcken kann ein ähnliches Ergebnis erbringen.
Scherungsscheiben üben hohe Scherkräfte auf das Material in dem Extruder aus, wie ihr Name schon nahe legt, und führen zu einem hoch zerstreuenden Mischen. In einem Doppelschraubenextruder haben die sich auf den zwei unterschiedlichen Schrauben gegenüberliegenden Scherungsscheiben eng auf einander abgestimmte Scheiben-/Schlitzelemente, wie in 2 dargestellt. Gezahnte Elemente, wie in 3 dargestellt, haben Zähne wie Zahnräder, die einem zylindrischen Abstandsschaft auf der anderen Schraube gegenüberliegen. Gezahnte Elemente bewirken hoch verteilendes Mischen. Häufig werden gezahnte Elemente in gepaarten Sätzen hergestellt, mit einem zylindrischen Schaftabschnitt und einem gezahnten Schaftabschnitt als eine Einheit. Knetscheiben, wie in 4 gezeigt, haben eine elliptische Gestalt und erzeugen eine Knetaktion auf das durch den Extruder vorbei wandernde Material. Häufig werden eine Vielzahl von Knetscheiben in einer spiralförmigen Anordnung nebeneinander gesetzt, wie in 5 gezeigt, was als Knetblock bezeichnet wird.
Hochverteilendes Mischen kann auch durch umgekehrte Förderelemente erreicht werden, die Abschnitte in den Schnecken haben, um einen Fluss entgegen der Richtung der Kompression zu ermöglichen. Diese fehlenden Abschnitte können als eine Rille durch die Schnecken angeordnet werden, welche parallel zu der Länge des Elements eingegraben ist. Auch erzeugen Knetblöcke, die von Umkehrungsförderelementen gefolgt werden, um einen hohen Gegendruck aufzubauen, hoch verteilendes Mischen.
Diese Elemente und andere in Doppelschraubenextrudern nützliche Elemente sind in der Technik wohlbekannt und kommerziell verfügbar. Die Elemente werden häufig spezifisch für die unterschiedlichen Typen von frei verfügbaren Doppelschraubenextrudern entworfen, die mitdrehende, gegendrehende, verzahnte und Tangentialdoppelschraubenextruder umfassen. Elemente, die für ähnliche Funktionen vorgesehen sind, werden abhängig vom Typ des Extruders variieren, für den sie vorgesehen sind.
Ein spezifischer Typ von Element für eine spezifische Marke von Extrudern ist ein nicht vermaschtes Polygonelement, das durch die Farrel Corporation, 25 Main Street, Ansonia, Conn. 06401 für den Farrel-Rockstedt mitdrehenden Doppelschraubenextruder vertrieben wird. Es wird angenommen, dass die nicht vermaschten Polygone zerstreuendes Mischen produzieren.
In Ausführungsformen der Erfindung entwirrt das zerstreuende Mischen die Elastomere mit einem minimalen Umfang der Verschlechterung der Polymerketten. Während zerstreuendes Mischen unvermeidbar das Molekulargewicht der Polymere reduziert, kann es somit vorzuziehen sein, die Operation des zerstreuenden Mischens zu steuern, um die Reduktion des Molekulargewichts zu minimieren. Vorzugsweise wird das durchschnittliche Molekulargewicht nicht unter das durchschnittliche Molekulargewicht derselben Polymere abgesenkt, die unter Verwendung konventioneller Prozesse in die Kaugummibase gemischt werden. Jedoch kann ein gesteuerter Umfang der Reduktion des Molekulargewichts wünschenswert sein, um die Kautextur des Endprodukts zu optimieren.
Ein geeignetes, zerstreuendes Mischen wird eine glatte, gummiartige Flüssigkeit produzieren, ohne erkennbare Klumpen von Gummi. Falls nur ein paar Klumpen von Gummi vorhanden sind, können sie ausgesondert oder während nachfolgender Mischstufen zerstreut werden. Falls die Anzahl der Klumpen jedoch exzessiv hoch ist, oder die verarbeiteten Elastomere und Füllstoffe in der Form einer Zusammenballung oder kornartigen Masse vorliegen, ist das zerstreuende Mischen ungeeignet.
Das verteilende Mischen sollte ausreichend sein, um eine homogene Kaugummibase zu produzieren, anstatt eines Materials, das zu ”schwitzen” scheint, oder das eine marmorierte Textur oder die Textur eines Schweizerkäses hat. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das hoch verteilende Mischen ausreichen, um Plastifizierer, besonders Fette, Öle und Wachse, in demselben Maß einzubringen wie in konventionellen Herstellungsprozessen von Kaugummibase.
Wie bereits ausgeführt, wird nach der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für effektiven Wärmeaustausch in dem Mischer (Extruder) bereitgestellt, das ermöglicht, dass Bestandteile in dem Extruder mindestens an bestimmten Stellen in dem Extruder gekühlt werden, um so ein Verfahren der kontinuierlichen Produktion von Kaugummibase vorzusehen.
Nach der vorliegenden Erfindung wird Wärme abgegeben durch Zuführen einer Komponente mit einer hohen thermischen Kapazität, die Polyvinylazetat ist, zu dem Extruder. Diese Komponente Polyvinylazetat ist ein Bestandteil der Kaugummibase, der als ein fester Stoff mit ausreichendem Volumen hinzugefügt wird, um eine ausreichende Menge von Wärme abzuführen. Vorzugsweise wird die Komponente bei Umgebungstemperatur (ohne vorheriges Erhitzen) zugeführt. Auf Wunsch könnte die Komponente jedoch vor dem Zuführen gekühlt werden.
Die Komponente Polyvinylazetat ist eine Komponente, die eine Glas-Übergangstemperatur hat, die niedriger als die Temperatur des Elastomers und des Füllstoffs ist, die in der ersten Zone des Extruders enthalten sind. Somit wird die Komponente Polyvinylazetat eine große Menge der Wärme absorbieren und abführen, und wird dadurch die innerhalb des Extruders enthaltene Kaugummibase kühlen.
Polyvinylazetat hat eine große thermische Kapazität. In einer typischen Kaugummibase macht Polyvinylazetat mindestens angenähert 20% der Zusammensetzung aus. Zusätzlich hat das Polyvinylazetat einen Glas-Übergangsphasenwechsel bei 20°C bis 75°C, was niedriger ist als die Temperatur der Bestandteile in dem Extruder.
Auf Wunsch kann Polyvinylazetat mit anderen Komponenten wie bestimmte Harze, Farbstoffe oder andere Bestandteile der Kaugummibase hinzugefügt werden. Auf ähnliche Weise kann es wünschenswert sein, wegen der zu erzeugenden Kaugummibase mehr als einen Typ von Polyvinylazetat hinzuzufügen.
Vorzugsweise wird Polyvinylazetat in der Form von Pellets mit einer Größe von weniger als 2,54 cm (1 Zoll) hinzugefügt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird Polyvinylazetat in der Form von Pellets mit einer Größe von 3,18 mm (1/8 Zoll) oder kleiner hinzugefügt.
Die Komponente für die Kühlung des Extruders kann in jedem gewünschten Abschnitt des Extruders hinzugefügt werden. Zum Beispiel kann die Komponente am Ende der Zerstreuungszone hinzugefügt werden. Das ermöglicht, dass die Komponente die Bestandteile in dem Extruder kühlen, bevor andere, temperaturempfindliche Bestandteile hinzugefügt werden. Jedoch kann die Komponente für die Kühlung stromabwärts von der Zerstreuungszone hinzugefügt werden, z. B. unmittelbar nach der Zerstreuungszone.
Wie in 1 gezeigt, wird für die Ausführung einer Ausführungsform der Erfindung ein Doppelschraubenextruder 10 eingerichtet mit einer ersten Zuführungseinlassstelle 12 nahe eines ersten Verarbeitungsabschnitts 21, der ausgerüstet ist mit Förderelementen 31, Förder- und Verdichtungselementen 32 und Verdichtungselementen 35. Der zweite Verarbeitungsabschnitt 23 ist ausgerüstet mit einer Kombination von gezahnten Elementen 33, wie in 3 gezeigt, und verschiedenen Sätzen von Scherungsscheiben 34, wie in 2 gezeigt. Am Ende des zweiten Verarbeitungsabschnitts 23 ist der Extruder 10 ausgerüstet mit einer Pforte 16, die mit einer Vakuumquelle (nicht gezeigt) verbunden ist. Der dritte Verarbeitungsabschnitt 24 enthält zusätzliche Förderelemente 31, Förder- und Verdichtungselemente 32 und Verdichtungselemente 35. Ein zweiter Zuführungseinlass 13 ist in dem Extruder nahe diesem zweiten Satz von Förderelementen 31 vorgesehen, für die Zuführung zusätzlicher Bestandteile der Kaugummibase in den dritten Verarbeitungsabschnitt 24. Der Zuführungseinlass 13 ermöglicht die Zugabe von Pulverbestandteilen wie auch von flüssigen Bestandteilen von der Pumpe 41. Der vierte Verarbeitungsabschnitt 25 ist mit Knetscheiben 36 ausgerüstet. Am Anfang des fünften Verarbeitungsabschnitts 26 hat der Doppelschraubenextruder 10 einen weiteren Einlass 15, der mit einer Pumpe 43 verbunden ist, und einen Zuführungseinlass 14 in der Form einer Pforte, die mit einer Seitenzuführung 42 verbunden ist, welche ein einzelner oder ein Doppelschraubenextruder sein kann, oder auch eine Zahnradpumpe, die hohen Druck erzeugen kann. Der fünfte Verarbeitungsabschnitt 26 ist ausgerüstet mit Förderelementen 31, Förder- und Verdichtungselementen 32 und Verdichtungselementen 35, welche die Bestandteile der Kaugummibase in den sechsten und letzten Verarbeitungsabschnitt 28 zwingen. Der Abschnitt 28 enthält zwei Sätze von gezahnten Elementen 38, gefolgt von Umkehrungselementen 39 und Scherungsscheiben 40. Nach Durchlaufen der Scherungsscheiben 40 verlassen die Bestandteile der Kaugummibase den Extruder 10.
Es kann vorzuziehen sein, einige der Bestandteile vorzuheizen, entweder um sie zu schmelzen oder um ihre Viskosität abzusenken. Wie in 1 gezeigt, kann der Extruder 10 mit beheizten Tanks 44 und 45 eingerichtet sein, die jeweils zu diesem Zweck mit den Pumpen 41 und 43 verbunden sind. Andere gewöhnlich verwendete Geräte, wie z. B. Geräte für die Überwachung der Temperatur und für das Beheizen oder Kühlen des Extruders 10, sind in 1 nicht gezeigt. Die Geräte werden auch konventionelle Wiege- und Zuführungsvorrichtungen für das kontinuierliche Zuführen granulierter oder pulverförmiger Bestandteile mit einer gesteuerten, überwachten Rate umfassen.
Es ist zu verstehen, dass 1 als eine schematische Darstellung, die verschiedenen Komponenten in ihrer jeweiligen Reihenfolge vom Standpunkt des Flusses durch den Extruder 10 zeigt. Die Schrauben sind typisch in einer horizontalen Seite-an-Seite-Position montiert, und die Zuführungseinlässe, besonders diejenigen, die zur Atmosphäre offen sind, wie die Einlässe 12 und 13, sind vertikal über den Schrauben platziert.
Während die Anordnung von 1 wünschenswert für bestimmte, in den folgenden Beispielen umrissenen Kaugummibasen sein kann, können andere Anordnungen für andere Kaugummibasen bevorzugt werden. 1 zeigt einen Extruder mit drei allgemeinen Bereichen der Zuführung von Bestandteilen und sechs Verarbeitungsabschnitten. Für einige Kaugummibasen können zwei, vier oder mehr Bestandteilzuführungsabschnitte verwendet werden mit unterschiedlichen Anzahlen von Verarbeitungsstationen. 1 zeigt auch die Verwendung eines Satzes jeweils eines langen Förderelements 31, eines Förder- und Verdichtungselements 32 und eines Verdichtungselements 35 in dem ersten Verarbeitungsabschnitt 21, einen kurzen Satz von Förder- und Verdichtungselementen 32 in den Abschnitten 24 und 26 und einen kurzen Satz von Förderelementen 31 und Verdichtungselementen 35 in Abschnitt 26. In Wirklichkeit können ein, zwei oder mehrere Elemente unterschiedlicher Typen und Längen in diesen Abschnitten verwendet werden. 1 zeigt auch einen Satz gezahnter Elemente 33 und drei Sätze von Scherungsscheiben 34 in dem Abschnitt 23, aber es können unterschiedliche Anzahlen dieser Elemente oder insgesamt unterschiedliche Elemente verwendet werden. Auf gleiche Weise können in den Abschnitten 25 und 28 unterschiedliche Typen von Elementen verwendet werden, die verteilendes Mischen produzieren, abhängig von den Bestandteilen der Kaugummibase, die in jenen Abschnitten gemischt werden, und von dem verwendeten Extruder.
Wie oben bereits festgestellt wurde, können andere Extruder und Verfahren verwendet werden, um Kaugummibase in einer kontinuierlichen Weise unter Verwendung eines einzigen Extruders herzustellen. Die US-Patentanmeldung Nr. 08/136,589 mit dem Anmeldungsdatum vom 14. Oktober 1993 und dem Titel ”Continuous Gum Base Manufacturing Using a Mixing Restriction Element” legt einen Extruder offen, der Mischungsbeschränkungselemente umfasst. Diese offengelegte Extruder können verwendet werden, um Kaugummibase nach der vorliegenden Erfindung zu erzeugen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein hocheffizienter, kontinuierlicher Mischer verwendet. Ein hocheffizienter Mischer ist ein Mischer, der in der Lage ist, gründliches Mischen über eine relativ kurze Distanz der Länge des Mischers vorzusehen. Diese Distanz wird ausgedrückt als ein Verhältnis der Länge einer bestimmten aktiven Region der Mischerschraube, die aus Mischelementen besteht, geteilt durch den maximalen Durchmesser einer Mischtrommel in dieser aktiven Region. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das L/D kleiner als 40 und noch bevorzugter kleiner als 25 L/D.
Ein Beispiel eines einzelnen, hocheffizienten Mischers, der verwendet werden kann, ist ein Schneiden-und-Stift-Mischer. Der Schneiden-und-Stift-Mischer verwendet eine Kombination selektiv konfigurierter, drehender Mischerschneiden und feststehender Trommelstifte, um ein effizientes Mischen über eine relativ kurze Distanz vorzusehen. Ein kommerziell verfügbarer Schneiden-und-Stift-Mischer ist der BUSS-Kneter, hergestellt von Buss AG in der Schweiz und verfügbar von Buss America in Bloomingdale, Illionois. Schneiden-und-Stift-Mischer und Verfahren, welche dieselben anwenden, sind offengelegt in der US-Patentanmeldung Nr. 08/362,254 mit dem Anmeldedatum 22. Dezember 1994 und dem Titel: ”Total Chewing Gum Manufacture Using High Efficiency Continuous Mixing”. Die dort offengelegten Extruder und Mischer können verwendet werden, um nach der vorliegenden Erfindung Kaugummibase zu erzeugen.
6a bis 6e stellen den Zustand verschiedener Bestandteile der Kaugummibase bei der Zusammenführung in eine Kaugummibase in einer Ausführungsform dar. Wie in 6a gezeigt, liegen das Elastomer 51 hohen Molekulargewichts, und das Elastomer 52 mittleren Molekulargewichts beide in der Form von Körnern oder Partikeln vor, in denen die Moleküle des Elastomers dicht zusammengebunden sind. Der Füllstoff 53 liegt in Form von Partikeln vor, aber braucht mit den Elastomeren 51 und 52 nicht homogen gemischt zu sein. Das Elastomerlösungsmittel 54 kann in der Form von Tröpfchen vorhanden sein. Wenn das Mischen beginnt, wie in 6b gezeigt, gesellt sich das Elastomerlösungsmittel 54 zu den Elastomeren 51 und 52. Unter Anwesenheit des Füllstoffs 53, des Elastomerlösungsmittels 54 und von Wärme beginnen sich die Körnchen in einzelne Elastomermoleküle aufzulösen. Auch wird der Füllstoff 53 gleichmäßiger verteilt und kann in der Partikelgröße reduziert sein. Mit Fortsetzung des Prozesses werden die Elastomere 53 und 52 entwirrt, wie in 6c gezeigt. Dieses Entwirren ist das Ergebnis des Aussetzens der Elastomere 51 und 52 einem hoch zerstreuenden Mischen.
In einer Ausführungsform kann nach diesem Schritt das Polyvinylazetat 55 hinzugefügt werden, wie in 6d gezeigt. Anfänglich liegt auch dieses Material in diskreten Partikeln vor. Das Hinzufügen dieses Materials wird aufgrund seiner thermischen Kapazität die Komponenten kühlen, die dem Extruder zuvor hinzugefügt worden sind. Wie oben festgestellt, kann das Polyvinylazetat natürlich in einem unterschiedlichen Abschnitt des Extruders hinzugefügt werden.
Weiteres Mischen und weiteres Hinzufügen von Bestandteilen, wie Wachsen 56 und Emulgatoren 57, werden einem verteilendem Mischen unterzogen, wie in 6e gezeigt. Fortgesetztes, hoch verteilendes Mischen produziert eine homogene Kaugummibase, wobei diskrete Partikel oder Tröpfchen nicht durch sensorische Wahrnehmung erkennbar sind.
Das Elastomer kann an dem ersten Zuführungseinlass 12 zusammen mit Elastomerlösungsmitteln, wie Harzen, und Füllstoffen hinzugefügt werden. Jedoch können besonders Elastomere niedrigen Molekulargewichts zu mindestens teilweise an dem zweiten Zuführungseinlass 13 hinzugefügt werden. Teile des Füllstoffs können ebenfalls über einen Pulverzuführer an dem Zuführungseinlass 14 hinzugefügt werden, während geschmolzene Fette und Wachse und Öle an dem letzten Zuführungseinlass 15 hinzugefügt werden. Dies führt dazu, dass der Füllstoff, das Elastomer und der Plastifizierer zuerst einem hoch zerstreuenden Mischen ausgesetzt werden, bevor Bestandteile niedriger Viskosität hinzugefügt werden. Die gezahnten Elemente 38, die Umkehrungselemente 39 und die Scherungsscheiben 40 nach dem Zuführungseinlass 15 ergeben ein hoch verteilendes Mischen aller Bestandteile der Kaugummibase niedriger Viskosität mit den anderen Bestandteilen der Kaugummibase.
Ein bevorzugter Extruder mit geringen Abmessungen ist das Modell des LSM 30.34, eines gegendrehenden, vermaschten und tangentiellen Doppelschraubenextruders von Leifritz, Nürnberg, Deutschland. Andere annehmbare Doppelschraubenextruder umfassen das Modell TEX30HSS32.5PW-2V von Japan Steel Works, einem vermaschten, mit- und gegendrehenden Doppelschraubenextruder, der auch als das Modell Davis Standard D-Tex bekannt und von Crompton & Knowles Corporation, #1 Extrusion Dr., Pawcatuck, CT 06379 vertrieben wird, und entweder die mitdrehenden oder gegendrehenden, vermaschten Doppelschraubenextruder von Werner & Pfleiderer Corporation, 663 E. Crescent Ave., Ramsey N. J. 07446. Es ist vorzuziehen, eine große Trommellänge zu haben. Ein mitdrehender Doppelschraubenextruder von Werner & Pfleiderer kann sich bis zu einem Längen-zu-Durchmesser-(L/D)-Verhältnis von 58 erstrecken. Das Modell TEX30HSS32.5PW-2V von Japan Steel Works kann ausgerüstet werden zu einem L/D von 48.
Vergleichsbeispiel 1

Kaugummibase wurde auf einer kontinuierlichen Basis unter Verwendung eines Modells LSM 30.34 von Leifritz hergestellt, einem gegendrehenden, vermaschten und tangentiellen Extruder in vermaschter Art mit einem Trommeldurchmesser von 30,3 mm und mit einer Einstellung mit den folgenden Elementen (aufgeführt in der Reihenfolge von dem ersten Zuführungseinlass zu dem Ausgabeende des Extruders und unter Verwendung der Teilebezeichnung von Leifritz für jedes Element:

FF-1-30-120	(Förderelement)
KFD-1-30/20-120	(Förder- und Verdichtungselement)
FD-3-30-120	(Verdichtungselement)
ZSS-2-R4	(gezahntes Element)
ZSS-2-R4
KS	(Scherungselement)
KS
FF-1-30-120
KFD-1-30/20-120
FD-3-30-120
ZSS-2-R4
ZSS-2-R4
ZSS-2-R4
KS

Die Stanze an dem Ende des Extruders hatte ein Loch von 1 mm.

Der Extruder hatte zwei Zuführungszonen, deren jede nahe dem Förderelement FF-1-30-120 lag. Eine Pulvermischung von gemahlenem Butylgummi, Kalziumkarbonat und Terpenharz mit einem Verhältnis von 6:23:17 wurde mit einer Rate von 3 kg/h in der ersten Zuführungszone zugeführt. Polyisobutylen mit 50 bis 80°C wurde ebenfalls in der ersten Zuführungszone mit einer Rate von 0,39 kg/h zugeführt. Eine Pulvermischung von 5 Teilen Glyzerol-Monostearat, 3 Teilen Polyvinylazetat hohen Molekulargewichts und 21 Teilen Polyvinylazetat niedrigen Molekulargewichts wurde in der zweiten Zuführungszone mit einer Rate von 2,74 kg/h zugeführt, zusammen mit einer Mischung von 3 Teilen von teilweise hydrierten Sojabohnenöl und 3 Teilen auf 30°C, die mit einer Rate von 0,4 kg/h zugeführt wurde. Die Temperatur des Extrudergehäuses bei dem Betrieb war wie folgt:

Zone	1	2	3	4	5	6	7	Stanze
Eingestellte Temperatur	90°C	90°C	95°C	130°C	130°C	130°C	110°C
Aktuelle Temperatur	90°C	99°C	95°C	130°C	130°C	130°C	110°C (geschätzt)	115°C (geschätzt)

Der Extruder wurde mit einer Geschwindigkeit von 100 U/min betrieben und benötigte 9 A. Es wurde eine Kaugummibase hergestellt, die keine Gummipartikel oder abgetrenntes Öl hatte. Jedoch war einiges von dem Polyvinylazetat nicht vollständig eingearbeitet. Dies wird bei der Herstellung des Kaugummis aus der Kaugummibase eingearbeitet werden.
Beispiel 2
Dieselbe Extrudereinstellung und Extrudertemperaturen wie in Beispiel 1 wurden verwendet, um eine andere Kaugummibase herzustellen. Eine Pulvermischung von gemahlenem Butylgummi und Kalziumkarbonat mit einem Verhältnis von 15:31 wurde in der ersten Zone mit einer Rate von 3 kg/h zugeführt, zusammen mit Polyisobutylen, das auf 50 bis 80°C erhitzt und mit einer Rate von 2,08 kg/h zugeführt wurde. Eine Pulvermischung von 22 Teilen Polyvinylazetat niedrigen Molekulargewichts, 10 Teilen hydriertem Baumwollsamenöl, 3 Teilen Glyzerol-Monostearat und 13 Teilen hydriertem Sojabohnenöl wurde in den zweiten Zuführungseinlass mit einer Rate von 6,63 kg/h zugeführt, zusammen mit teilweise hydriertem Sojabohnenöl, das auf 30 bis 60°C erhitzt worden war und mit einer Rate von 1,3 kg/h zugeführt wurde. Der Extruder wurde mit 100 U/min betrieben und benötigte 7 bis 8 A. Eine vollständige Kaugummibase von Beispiel 1, und es gab Schwierigkeiten durch Materialansammlungen in der zweiten Zuführungszone.
Es ist zu erkennen, dass die Verfahren der vorliegenden Erfindung in der Lage sind, in der Form einer Menge von Ausführungsformen eingebracht zu werden, von denen nur einige wenige oben veranschaulicht und beschrieben wurden. Es ist zu erkennen, dass das Hinzufügen einiger anderer Bestandteile, Prozessschritte, Materialien oder Komponenten, die nicht spezifisch eingeschlossen sind, abträglichen Einfluss auf die vorliegende Erfindung haben wird. Die beste Art der Erfindung kann deshalb Bestandteile, Prozessschritte, Materialien oder Komponenten außer den oben für Einbezug oder Verwendung in der Erfindung Angeführten ausschließen. Jedoch werden die beschriebenen Ausführungsformen in jeder Hinsicht nur als Veranschaulichung und nicht als begrenzend angesehen, und der Umfang der Erfindung wird deshalb durch die angefügten Ansprüche statt durch vorstehende Beschreibung bezeichnet.

Claims

Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen einer Kaugummibase, das die folgenden Schritte umfasst: Zusetzen eines Elastomers und eines Füllstoffes zu einem kontinuierlichen Mischer in einem Extruder vor anderen Bestandteilen der Kaugummibase; Zusetzen eines thermischen Gummibasenbestandteils, bei dem es sich um Polyvinylacetat handelt, als Feststoff, dessen Wärmekapazität ausreicht, um wenigstens einen Teil des Inhaltes des Extruders auf eine gewünschte Temperatur abzukühlen, zu dem Extruder an einer gewünschten Position, und der dem kontinuierlichen Mischer in einer Menge zugesetzt wird, die ausreichend ist, um den Elastomer und den Füllstoff abzukühlen, die sich in dem Extruder befinden; und Erzeugen einer Kaugummibase in dem Mischer, wobei das Polyvinylacetat eine Glasübergangstemperatur hat, die niedriger ist als die Temperatur des Elastomers und des Füllstoffes in dem Extruder, jedoch höher als die Ist-Temperatur des thermischen Basenbestandteils beim Zusetzen zu dem Extruder.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Polyvinylacetat in einer Menge zugesetzt wird, die ausreicht, damit es wenigstens 10% einer entstehenden Gummibase bildet, die erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der kontinuierliche Mischer wenigstens eine Zone verteilenden Mischens und eine Zone dispergierenden Mischens enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der kontinuierliche Mischer eine erste Zone dispergierenden Mischens enthält und das feste Polyvinylacetat der ersten Zone dispergierenden Mischens zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der kontinuierliche Mischer eine erste Zone dispergierenden Mischens enthält und das feste Polyvinylacetat nach der ersten Zone dispergierenden Mischens zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei es sich bei dem Extruder um einen Hochleistungsmischer handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Mischer einen Klingen-und-Zapfen-Mischer umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verfahren in einem gegenlaufenden Eingriffs-Doppelschneckenextruder ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 8, wobei der Extruder eine Vielzahl von Zahnelementen enthält, die in Bezug auf angrenzende Zahnelemente gegenlaufend sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei Polyvinylacetat dem Extruder bei einer Temperatur zugesetzt wird, die nicht höher ist als ungefähr Umgebungstemperatur.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Polyvinylacetat vor der zweiten Mischzone zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Polyvinylacetat abgekühlt wird, bevor es dem Extruder zugesetzt wird.