способ непрерывного производства основы жевательной резинки, использующий множество вводов для агентов, выступающих в качестве мягчителей (варианты); основа жевательной резинки, полученная этим способом (варианты); продукт жевательной резинки, включающий эту основу (варианты), и способ изготовления состава жевательной резинки (варианты)

Формула изобретения

1. Способ непрерывного производства основы жевательной резинки, включающий стадии: а) непрерывного добавления ингредиентов основы жевательной резинки, включающих жесткий эластомер, наполнитель и один или более агентов, выступающих в качестве смазки, включая мягчитель, в непрерывный смеситель, имеющий множество пространственно разделенных вводов подачи ингредиентов, часть указанного мягчителя, которая вводится в указанный смеситель через второй ввод загрузки ингредиентов, расположенный в нисходящем потоке указанного первого ввода загрузки ингредиентов; б) стадию, в которой подвергают ингредиенты основы жевательной резинки операции непрерывного перемешивания внутри смесителя, тем самым производя основу жевательной резинки; с) непрерывной выгрузки основы жевательной резинки из смесителя, в то время как ингредиенты основы жевательной резинки продолжают вводиться и перемешиваться внутри смесителя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что мягчитель выбран из группы, состоящей из жиров, масел, восков, эмульгаторов и их смесей.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что жиры выбирают из группы, состоящей из гидрированных растительных масел, частично гидрированных растительных масел, ларда, таллового масла, масла какао, твердых липидов, полученных из триглицеридов жирных кислот и их смесей.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что масла выбирают из группы, состоящей из осевого масла, хлопкового масла, пальмового масла, пальмового кернелевого масла, масла кокосового ореха, подсолнечного масла, кукурузного масла, каптрина, жидких липидов, изготовленных из триглицеридов жирных кислот и их смесей.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что воска выбирают из группы, состоящей из парафинового воска, микрокристаллического воска, поливоска, натуральных восков и их смесей.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что эмульгаторы выбирают из группы, состоящей из моно- и диглицеридов жирных кислот, моно- и дистеарата глицерина, триацетата глицерина, ацетилированного моноглицерида, полиглицериновых эфиров, сахара и эфиров полиола, лецитина, триацетина, карбогидратов полиэфиров и их смесей.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что непрерывный смеситель содержит, по крайней мере, одну зону дисперсионного перемешивания и, по крайней мере, одну зону распределительного перемешивания нисходящего потока указанной дисперсионной зоны перемешивания.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что указанный первый и второй вводы загрузки ингредиентов оба располагают вблизи указанной зоны распределительного перемешивания.

9. Способ по п.7, отличающийся тем, что первый ввод загрузки ингредиентов располагают до указанной зоны распределительного перемешивания, а указанный второй ввод загрузки ингредиентов располагают вблизи указанной зоны распределительного перемешивания.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что непрерывный смеситель составляет одну часть оборудования.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что смеситель представляет лопастно-шпоночный смеситель.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что жесткий эластомер приводят в контакт с наполнителем до какой-либо пластификации жесткого наполнителя.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что агент, выступающий в качестве смазки, включает растворитель эластомера и растворитель эластомера также вводят в непрерывный смеситель в два или более из указанных пространственно разделенных местоположений вводов загрузки ингредиентов.

14. Способ по п.7, отличающийся тем, что функции зоны распределительного перемешивания, как таковой, обусловлены комбинацией использования элементов высокосдвигового перемешивания в смесителе, ингредиентов основы смолы, которые смешиваются в нем, и температуры и условий степени наполнения смесителя.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что основу смолы выгружают из смесителя в виде части состава жевательной резинки.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что жесткий эластомер весь добавляют в первый ввод загрузки ингредиентов.

17. Способ по п.1, отличающийся тем, что агенты, выступающие в качестве смазки, далее включают один или более ингредиентов, выбранных из группы, состоящей из растворителей эластомера, мягких эластомеров, пластичных полимеров и их смесей.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что пластичный полимер включает поливинилацетат.

19. Способ по п.17, отличающийся тем, что растворители эластомера выбирают из группы, состоящей из терпеновых смол, эфиров натуральных смол и их смесей.

20. Способ по п.17, отличающийся тем, что жесткие эластомеры имеют мол. в. по Флори около 200000, а мягкие эластомеры имеют мол. в. по Флори ниже, чем около 100000.

21. Способ по п.20, отличающийся тем, что мягкие эластомеры выбирают из группы, состоящей из полиизобутилена, полибутадиена и их смесей.

22. Способ по п.20, отличающийся тем, что жесткий эластомер выбирают из группы, состоящей из сополимера изобутилена-изопрена, стирол-бутадиенового каучука, натуральных каучуков, натуральных смол и их смесей.

23. Способ непрерывного производства основы жевательной резинки, включающий стадии: а) непрерывного добавления ингредиентов основы жевательной резинки, включающих жесткий эластомер, наполнитель и один или более агентов, выступающих в качестве смазки, включая мягчитель, в непрерывный смеситель, имеющий множество пространственно разделенных вводов подачи ингредиентов, высокосдвиговых перемешивающих элементов и низкосдвиговых перемешивающих элементов нисходящего потока из указанных высокосдвиговых перемешивающих элементов, по крайней мере, часть указанного жесткого эластомера, по крайней мере, часть указанного наполнителя и часть указанного смазывающего агента вводятся в указанный смеситель через один или более вводов подачи ингредиентов, расположенных при или до высокосдвиговых перемешивающих элементов, и часть указанного мягчителя вводится в указанный смеситель через первый ввод подачи ингредиентов, а часть указанного мягчителя вводится в указанный смеситель через второй ввод подачи ингредиентов, расположенный в нисходящем потоке указанного первого ввода подачи ингредиентов; б) стадию, в которой подвергают ингредиенты основы жевательной резинки операции непрерывного перемешивания внутри смесителя, тем самым производя основу жевательной резинки; с) непрерывной выгрузки основы жевательной резинки из смесителя, в то время как ингредиенты основы жевательной резинки продолжают вводится и перемешиваться внутри смесителя.

24. Способ по п.23, отличающийся тем, что смеситель работает при максимальной температуре выше, чем 79,4^oС, в элементах высокосдвигового перемешивания.

25. Способ по п.23, отличающийся тем, что смеситель работает при максимальной температуре выше чем 121,1^oС, в элементах высокосдвигового перемешивания.

26. Способ по п.23, отличающийся тем, что смеситель работает при максимальной температуре выше, чем 148,9^oС, в элементах высокосдвигового перемешивания.

27. Способ по п.1, отличающийся тем, что мягчитель включает жиры, масла или их смеси и указанные жиры, масла или их смеси вводят в непрерывный смеситель в два или более из указанных местоположений пространственно разделенных вводов подачи ингредиентов.

28. Основа жевательной резинки, полученная способом по п.1.

29. Основа жевательной резинки, полученная способом по п.23.

30. Продукт жевательной резинки, включающий основу жевательной резинки, изготовленную способом по п.1.

31. Продукт жевательной резинки, включающий основу жевательной резинки, изготовленную способом по п.23.

32. Способ изготовления состава жевательной резинки, отличающийся тем, что основу жевательной резинки готовят согласно способу по п.1 и смешивают с отдушками, агентами, придающими объем, и подслащивающими агентами для изготовления указанного состава жевательной резинки.

33. Способ изготовления состава жевательной резинки, отличающийся тем, что основу жевательной резинки готовят согласно способу по п.23 и смешивают с отдушкой, агентами, придающими объем, и подслащивающими агентами для изготовления указанного состава жевательной резинки.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение является частичным продолжением следующих заявок США: 1) Серийный N 08/126319, поданной 24 сентября 1993 и озаглавленной теперь "Непрерывный способ производства основы жевательной резинки, использующий высокораспределительное перемешивание"; 2) Серийный N 08/136589, поданной 14 октября 1993 и озаглавленной теперь "Непрерывный способ производства основы жевательной резинки, использующий ограничивающий элемент перемешивания, которая является частичным продолжением заявки Серийный N 08/126319; 3) Серийный N 08/141281, поданной 22 октября 1993 и озаглавленной "Непрерывное производство основы смолы, использующее перемешивание с помощью лопастной мешалки, и 4) Серийный N. 08/362254, поданной 22 декабря 1994, озаглавленной "Общее производство жевательной резинки, использующее высокоэффективное непрерывное перемешивание", которая является частичным продолжением заявки Серийный N 08/305363, поданной 13 сентября 1994, также озаглавленной "Общее производство жевательной резинки, использующее высокоэффективное непрерывное перемешивание". Каждый из вышеуказанных документов раскрывают здесь ссылкой.

Это изобретение относится к непрерывному способу производства основ жевательной резинки.

Обычная основа жевательной резинки включает один или более эластомеров, один или более наполнителей, один или более растворителей эластомера, агенты, выступающие в качестве мягчителей, и необязательно, пластичные полимеры и разнообразные окрашивающие агенты, отдушки и антиоксиданты. Вследствие того, что возникают трудности в плавлении и гомогенном диспергировании эластомеров среди других ингредиентов основы смолы, производство основы смолы обычно связано с утомительным и требующим значительного расхода времени периодическим процессом. Например, один из таких обычных процессов использует сигма-лопастный периодический смеситель, имеющий отношение скоростей фронтальной и задней лопастей, равное около 2:1, и температуру смешения около 80-125^oC.

В этом обычном процессе начальные количества эластомера, растворителя эластомера и наполнителя добавляют в нагретый сигма-лопастный смеситель и перемешивают до тех пор, пока не расплавят эластомер или не сделают его вязким, и интенсивно смешивают с растворителем эластомера и наполнителями. Затем остающиеся количества эластомера, растворителя эластомера, агентов, выступающих в качестве мягчителя, наполнителей, и других ингредиентов добавляют последовательно, постадийным путем, часто в течение достаточного времени для каждой стадии добавления, для того чтобы быть полностью перемешанными до добавления большего количества ингредиентов. В зависимости от состава конкретных основ жевательной резинки и, в частности, количества и типа эластомера может потребоваться значительное терпение для обеспечения того, чтобы каждый ингредиент стал тщательно перемешанным. Может потребоваться общее время смешения, во всяком случае от одного до четырех часов для приготовления одного замеса основы жевательной резинки, используя обычный сигма-лопастный смеситель.

После перемешивания расплавленный замес основы смолы должен быть выгружен из смесителя в покрытые или футерованные чаны или перекачан в другое оборудование, такое как танк хранения или фильтрующее устройство, затем экструдирован или полит в формы и подвергнут охлаждению или отверждению до того как он будет готов для использования в жевательной резинке. Эта дополнительная переработка и охлаждение требуют даже больше времени.

Различные усилия были предприняты в попытке упростить и уменьшить время требуемое для производства основы смолы. Европейская патентная заявка N 0273809, в списке Общих продуктов Франции, раскрывает способ изготовления неадгезивной основы жевательной резинки путем смешения эластомера и компонентов наполнителя вместе в смесителе типа промышленной мельницы с образованием неадгезивной предварительной смеси, разделения предварительной смеси на фрагменты и смешения фрагментов предварительной смеси и, по крайней мере, одного из некоторых других неадгезивных компонентов основы смолы вместе в порошковом смесителе. Или же фрагменты предварительной смеси и другие компоненты основы могут быть добавлены в экструдер вместе с другими компонентами жевательной резинки для прямого производства жевательной резинки.

Французская патентная заявка N 2635441, также в названии Общих продуктов Франции, раскрывает способ изготовления концентрата основы смолы, используя двухшнековый экструдер. Концентрат готовят путем смешения высокомолекулярных эластомеров и пластификаторов в желаемых пропорциях и загружают их в экструдер. Минеральные наполнители добавляют в экструдер в нисходящий поток подачи смеси эластомер/пластификатор. Полученный концентрат основы смолы имеет высокую концентрацию эластомеров. Концентрат затем смешивают с другими ингредиентами основы смолы для обеспечения законченной основы смолы.

Патент США N 3995064, опубликованный Ehrgott et al., раскрывает непрерывное производство основы смолы, используя ряд смесителей или одночервячный регулируемый смеситель.

Патент США N 4187320, опубликованный Koch et al., раскрывает двухстадийный процесс производства основы жевательной резинки. В первой стадии твердый эластомер, растворитель эластомера и маслообразный пластификатор объединяют и перемешивают вместе в условиях высокого сдвига. Во второй стадии гидрофобный пластификатор, нетоксичный виниловый полимер и эмульгатор добавляют к смеси и смесь перемешивают в условиях высокого сдвига.

Патент США N 4305962, опубликованный del Angel, раскрывает маточную смесь эластомер/смола, полученную смешением тонкоизмельченной эфирной смолы с латексным эластомером с образованием эмульсии, коагулированием эмульсии, используя хлористый натрий и серную кислоту, отделением скоагулированных твердых крошек из жидкой фазы, промыванием твердых крошек и удалением избытка воды.

Патент США N 4459311, опубликованный DeTora et al., раскрывает производство основы смолы с использованием двух раздельных смесителей - высокоинтенсивного смесителя для предварительного пластифицирования эластомера в присутствии наполнителя с последующей обработкой в смесителе со средней интенсивностью для окончательного смешения всех компонентов основы смолы вместе.

Патент США N 4968511, опубликованный D"Amelia et al., раскрывает возможность того, что жевательная резинка может быть изготовлена непосредственно в одностадийном процессе компаундирования (без приготовления промежуточной основы смолы), если в качестве части эластомера используют определенные виниловые полимеры.

Несколько публикаций раскрывают то обстоятельство, что непрерывный экструдер может быть использован для производства окончательного продукта жевательной резинки, после того как был предварительно использован отдельный процесс для изготовления основы жевательной резинки. Эти публикации включают Патент США N 5135760, опубликованный Degady et al., Патент США N 5045325, опубликованный Lesko et al., и Патент США N 5555407, опубликованный Kramer et al.

Несмотря на известные ранее усилия, описанные выше, в промышленности жевательной резинки необходимым и желательным является непрерывный процесс, который может быть эффективным и эффективно использован для производства различных законченных основ жевательной резинки без ограничения типа и количества применяемого эластомера и без требования предварительного смешения или другой предварительной обработки эластомера.

Непрерывные процессы производства основы смолы хотя и желательны, но существует ряд трудностей. Одной из них является то, что непрерывное оборудование имеет определенную длину зоны переработки, установленную однажды для операции. Эту длину ограничивают на практике той, которая является коммерчески доступной, и часто она является меньше, чем та, которая может быть желательной с точки зрения производства основы смолы. В результате операции непрерывного перемешивания имели меньшие степени свободы, чем традиционные периодические процессы. Например, в периодическом процессе, если необходимым является более продолжительное время перемешивания, это просто является вопросом продолжительности перемешивания. Однако время пребывания в непрерывном смесителе является функцией скорости воздействия и скоростей загрузки. Поэтому для изменения времени перемешивания должен быть отрегулирован и приспособлен некоторый другой фактор. Кроме того, в периодическом процессе дополнительные ингредиенты могут быть добавлены в любое время. Коммерческие непрерывные смесители имеют ограниченное количество вводов подачи компонентов в фиксированных положениях. Поэтому дополнительные ингредиенты могут быть добавлены только в существующие точки в процессе перемешивания.

Кроме того, в периодическом смесителе дисперсионное и распределительное перемешивание может быть изменено независимо и контролированно. В непрерывном смесителе изменение одного типа перемешивания часто будет также влиять на другой тип перемешивания. Если число устройств, использованных для высокосдвигового перемешивания, увеличивают, то для распределительного перемешивания меньшее количество устройств является доступным. Кроме того, если увеличивают скорость, то выделяемое тепло может быть выше способности охлаждающего оборудования.

Одной из конкретных проблем, с которой сталкиваются в процессе развития непрерывных процессов производства основы смолы, является то, что свойства основы жевательной резинки, конкретно мягкость жвачки, является функцией ингредиентов основы смолы и условии перемешивания, которые прикладывают к этим ингредиентам. Однако условия перемешивания также являются функцией ингредиентов основы смолы, а также типа перемешивающих элементов, которые были использованы, температуры и вязкости ингредиентов и степени заполнения барабана смесителя. Когда основа смолы включает большие количества агентов, выступающих в качестве мягчителя, конкретно жиров и масел, она становится трудной для введения всех агентов, выступающих в качестве мягчителя, в основу смолы в непрерывном смесителе, где ограничивают время нахождения в смесителе, а изменения одного из аспектов перемешивания включает изменение других аспектов.

Было обнаружено, что один из путей контролирования процесса перемешивания, тем не менее, в то же время обеспечивая все ингредиенты, желательные в основе жевательной резинки, состоит в добавлении агентов, выступающих в качестве мягчителей в множество местоположений вводов подачи ингредиентов в непрерывном процессе перемешивания.

В одном из аспектов изобретение представляет процесс для непрерывного производства основы жевательной резинки, включающий стадии непрерывного добавления ингредиентов основы жевательной резинки, включающих жесткий эластомер, наполнитель и один или более смазывающих агентов, включая агент, выступающий в качестве мягчителя, в непрерывный смеситель, имеющий множество пространственно разделенных вводов подачи ингредиентов, часть агента, выступающего в качестве мягчителя, вводится в смеситель через первый ввод подачи и часть агента, выступающего в качестве мягчителя, вводится в смеситель через второй ввод подачи, расположенный в нисходящем потоке первого ввода подачи; стадию, в которой подвергают ингредиенты основы смолы операциям непрерывного перемешивания внутри смесителя, тем самым производя основу жевательной резинки; и непрерывной выгрузки основы жевательной резинки из смесителя, в то время как ингредиенты основы жевательной резинки продолжают вводиться и смешиваться внутри смесителя.

Во втором аспекте изобретение представляет процесс непрерывного производства основы жевательной резинки, включающий стадии непрерывного добавления ингредиентов основы жевательной резинки, включающих жесткий эластомер, наполнитель и один или более смазывающих агентов, включая агент, выступающий в качестве мягчителя, в непрерывный смеситель, имеющий множество пространственно разделенных вводов подачи ингредиентов, элементов высокосдвигового перемешивания и элементов низкосдвигового перемешивания в нисходящем потоке из элементов высокосдвигового перемешивания, по крайней мере, часть жесткого эластомера, по крайней мере, часть наполнителя и часть агентов, выступающих в качестве смазки, которые вводятся в смеситель через один или более вводов подачи, расположенных около или до элементов высокосдвигового перемешивания, и часть агента, выступающего в качестве мягчителя, который вводится в смеситель через первый ввод подачи, а часть агента, выступающего в качестве мягчителя, вводится в смеситель через второй ввод подачи, расположенный в нисходящем потоке первого ввода подачи; стадию в которой подвергают ингредиенты основы смолы операциям непрерывного перемешивания внутри смесителя, тем самым производя основу жевательной резинки; и непрерывной выгрузки основы жевательной резинки из смесителя, в то время как продолжают вводиться ингредиенты основы жевательной резинки и смешиваться внутри смесителя.

Изобретение обладает многочисленными преимуществами. Во-первых, основу жевательной резинки производят непрерывным способом. Если желательно, продукция может быть использована для подачи на непрерывную линию производства жевательной резинки. Во-вторых, среднее время пребывания для ингредиентов основы смолы снижается от часов до минут. В третьих, все необходимые стадии добавления и составления смеси могут быть выполнены одна за другой в единичном непрерывном аппарате смешения. В четвертых, вариант изобретения обеспечивает улучшенное дозирование и перемешивание промежуточных и низковязких ингредиентов основы смолы за счет добавления этих ингредиентов в жидком состоянии под давлением. В пятых, изобретение является эффективным для широкого ряда составов основ смолы, включающих различные эластомерные основы смолы и их различное процентное содержание, без требования предварительного перемешивания или другого процесса предварительной обработки эластомеров. В шестых, основа смолы может быть приготовлена по требованию, исключая окончательную основу изобретения. Это позволяет максимально гибко реагировать на запросы рынка и изменение формулы. В седьмых, высококачественные основы смол, включающие и основы, содержащие высокие концентрации жиров, масел и/или восков с низкой температурой плавления, могут быть изготовлены непрерывным способом.

Вышеуказанные и другие черты и преимущества изобретения будут далее очивидными из следующего детального описания представленных предпочтительных вариантов, читаемых вместе с сопровождающими примерами и рисунками.

Фиг. 1 изображает схематическое представление двухшнекового экструдера, установленного для использования в практике настоящего изобретения.

Фиг. 2 изображает набор сдвиговых дисков, использованных в экструдере фиг. 1.

Фиг. 3 изображает набор зубчатых элементов, использованных в экструдере фиг. 1.

Фиг. 4 изображает набор перемешивающих дисков, использованных в экструдере фиг. 1.

Фиг. 5 изображает множество перемешивающих дисков, установленных в спиральной последовательности с образованием перемешивающих блоков.

Фиг. 6 a-e изображают схематические последовательные представления ингредиентов основы смолы в течение процесса перемешивания.

Фиг. 7 представляет перспективный вид единичной плоской лопасти перемешивания, как она использована в практике другого варианта изобретения.

Фиг. 8 представляет вид сбоку лопасти перемешивания фиг. 1.

Фиг. 9a представляет вид спереди лопасти перемешивания фиг. 7, показанной под углом 0^o вращения (относится к положению nо. 1).

Фиг. 9b представляет вид спереди лопасти перемешивания фиг. 7, показанной под углом 45^o против вращения часовой стрелки (относится к положению nо. 2).

Фиг. 9c представляет вид спереди лопасти перемешивания фиг. 7, показанной под углом 90^o против вращения часовой стрелки (относится к положению nо. 3).

Фиг. 9d представляет вид спереди лопасти перемешивания фиг. 7, показанной под углом 135^o против вращения часовой стрелки (относится к положению nо. 4).

Фиг. 10a представляет перспективный вид элемента загрузки (не лопастного элемента), использованного в зонах подачи лопастного смесителя.

Фиг. 10b представляет вид спереди элемента загрузки фиг. 10a.

Фиг. 11a представляет перспективный вид передней спиральной лопасти перемешивания, которая может быть использована в лопастном смесителе.

Фиг. 11b представляет вид спереди передней спиральной лопасти перемешивания фиг. 11a.

Фиг. 11c основана на виде сверху передней спиральной лопасти перемешивания 11a, показывающая только верхнюю линию пересечения 92, наложенную на нижнюю линию пересечения 90 и линию сравнения 91.

Фиг. 12a представляет перспективный вид риверсионной спиральной лопасти перемешивания, которая может быть использована в лопастном смесителе.

Фиг. 12b представляет вид спереди риверсионной спиральной лопасти перемешивания фиг. 12a.

Фиг. 12c основана на виде сверху риверсионной спиральной лопасти перемешивания 12a, показывающая только верхнюю линию пересечения 92, наложенную на нижнюю линию пересечения 90 и линию сравнения 91.

Фиг. 13 представляет перспективный вид общей конфигурации лопасти перемешивания лопастного смесителя.

Фиг. 14 представляет схематическую иллюстрацию барабана и загрузочного устройства, которые могут быть использованы вместе с конфигурацией лопастного смесителя фиг. 13.

Фиг. 15 представляет вид поперечного сечения, выбранный вдоль линии 15-15 фиг. 14, показывающий отношение между лопастями вращения и стенкой барабана.

Фиг. 16 представляет схематическую иллюстрацию двух лопастных смесителей, расположенных в ряд.

Фиг. 17 представляет частично раскрытый перспективный вид высокоэффективного лопастно-шпоночного смесителя Buss, использованного для практики другого варианта изобретения, иллюстрирующий барабан перемешивания и шнековое устройство перемешивания.

Фиг. 18a представляет перспективный вид элемента на шнеке, использованный со стороны восходящего потока ансамбля ограничительного кольца в высокоэффективном смесителе фиг. 17.

Фиг. 18b представляет перспективный вид элемента на шнеке, использованный со стороны нисходящего потока ансамбля ограничительного кольца в высокоэффективном смесителе фиг. 17.

Фиг. 18c представляет перспективный вид ансамбля ограничительного кольца, использованного в высокоэффективном смесителе фиг. 17.

Фиг. 19 представляет перспективный вид, показывающий относительное расположение элементов фиг.18a, 18b и 18c в высокоэффективном смесителе фиг. 17.

Фиг. 20 представляет перспективный вид низкосдвигового шнекового элемента перемешивания, использованного в высокоэффективном смесителе фиг. 17.

Фиг. 21 представляет перспективный вид высокосдвигового шнекового элемента перемешивания, использованного в высокоэффективном смесителе фиг. 17.

Фиг. 22 представляет перспективный вид элемента барабанной шпонки, использованного в высокоэффективном смесителе фиг. 17.

Фиг. 23 представляет схематическую диаграмму устройства барабанных шпонок перемешивания и портов подачи ингредиентов, использованных в высокоэффективном смесителе фиг. 17.

Фиг. 24 представляет схематическую диаграмму представленной предпочтительной конфигурации шнека перемешивания, использованной высокоэффективным смесителем фиг. 17.

Как отмечалось ранее, ингредиенты основы смолы играют функциональную роль как в процессе перемешивания основы смолы, так и в конечных жевательных характеристиках жевательной резинки, изготовленной из основы. В течение процесса высокого сдвига, дисперсионного перемешивания наполнитель служит для увеличения сдвига. Большинство растворителей эластомера, мягкие эластомеры, пластичные полимеры и агенты, выступающие в качестве мягчителей, выступают обычно в качестве смазывающих агентов в непрерывных процессах производства основы смолы. Некоторые смазывающие агенты, такие как полиизобутилен и растворители эластомера заставляют эластомер распутываться, в то время как другие не совмещаются с эластомером и выступают только для смазки перемешивающих и сдвиговых операций.

В большинстве случаев жиры и/или масла, использованные в непрерывных процессах, могут быть добавлены в одно местоположение. Однако во многих случаях имеют место некоторые преимущества в добавлении жиров и/или масел в множество местоположений. Порционное добавление на ранних стадиях переработки может улучшить легкость манипулирования некоторыми эластомерами при дисперсионном перемешивании. Добавление на ранних стадиях распределительного перемешивания может улучшать перемешивание низковязких масел с высоковязкими основами. Множество местоположений добавления жира/масла может также влиять на конечную текстуру основы и, следовательно, состава смолы.

Некоторые составы основы требуют значительного количества жира/масла, такие как некоторые нелипкие композиции основы. Эти композиции могут содержать 20-40% жира. В этих ситуациях, имеет место значительное преимущество использования множества точек добавления ингредиентов. Количество жира является слишком большим для добавления в одну точку, поэтому жир и масло должны быть добавлены на ранней распределительной стадии перемешивания и позже в этой стадии становятся полностью введенными в основу. Испытания показали, что состав основы с 35% концентрацией жира не может быть приготовлен, если не добавляют жир/масло в множество местоположений.

Основа жевательной резинки, приготовленная способом настоящего изобретения будет такой же, как основы, приготовленные обычными способами, и может быть после этого переработана в обычные жевательные резинки, включая пузыристую жевательную резинку, обычными способами. Способы производства являются хорошо известными и поэтому не повторяются здесь. Конечно, специальная жевательная резинка, такая как неадгезивная жевательная резинка и пузыристая жевательная резинка, будут использовать специальные ингредиенты основы смолы. Однако эти ингредиенты основы смолы могут быть объединены, используя процессы, описанные здесь.

В общем, состав жевательной резинки обычно включает водорастворимую объемную часть, водонерастворимую часть основы жевательной резинки и обычно водонерастворимые агенты, выступающие в качестве отдушек. Водорастворимая часть теряется с частью агентов, выступающих в качестве отдушки, в процессе жевания. Часть основы смолы остается во рту в течение всего процесса жевания.

Нерастворимая основа смолы обычно включает эластомеры, растворители эластомера, мягчители и неорганические наполнители. Пластичные полимеры, такие как поливинилацетат, который ведет себя аналогично пластификатору, также часто включают в основу смолы. Другие пластичные полимеры, которые могут быть использованы, включают поливиниллаурат, поливиниловый спирт и поливинилпирролидон.

Эластомеры могут составлять от около 5 до около 95 весовых процентов основы смолы, предпочтительно между 10 и 70 весовыми процентами и наиболее предпочтительно между 15 и 45 весовыми процентами. Эластомеры могут включать полиизобутилен, бутилкаучук (сополимер изобутилена-изопрена), стирол-бутидиеновый каучук, полиизопрен и бутадиеновый каучук, а также натуральные каучуки, такие как копченый каучук или жидкий латекс и гваюлу, а также натуральные смолы, такие как jelutong, lechi caspi, perillo, massaranduba balata, massaranduba chocolate, nispero, rosindinha, chicle, gutta hang kang или их смеси.

Эластомеры, использованные в основе смолы, могут быть обычно идентифицированы как жесткие эластомеры или мягкие эластомеры. Жесткие эластомеры, которые наиболее обычно являются бутилкаучуком и стирол-бутадиеновым каучуком, имеют обычно высокий молекулярный вес, обычно молекулярный вес по Флори около 200000. Обычный бутилкаучук, использованный в основе жевательной резинки, имел молекулярный вес по Флори около 400000. Жесткими эластомерами являются те, которые требуют высокого сдвига, дисперсионного перемешивания, для того чтобы быть использованными в основе жевательной резинки. Жесткие эластомеры обычно не текут при комнатной температуре даже в течение продолжительного периода времени и не поддаются перекачке насосом, даже когда нагреты до температуры несколько ниже температуры при которой по существу протекает деструкция.

Мягкие эластомеры имеют более низкий молекулярный вес, обычно молекулярный вес по Флори ниже 100000. Полиизобутилен и полибутадиен являются обычно мягкими эластомерами. Обычный полиизобутилен, использованный в основе жевательной резинки, имеет молекулярный вес по Флори около 53000. Мягкие эластомеры являются обычно способными перекачиваться насосом при температурах, обычно используемых для изготовления основы жевательной резинки, и будут течь при комнатной температуре, часто даже очень медленно.

Дополнительно к молекулярному весу по Флори иногда указывают молекулярный вес по Stodinger. Молекулярный вес по Stodinger составляет обычно от 1/3 до 1/5 молекулярного веса по Флори. Например, полиизобутилен, имеющий молекулярный вес по Флори 53000, имеет молекулярный вес по Stodinger около 12000. Иногда приводят среднечисленные или средневесовые молекулярные веса или не сообщают способ измерения. В таких примерах подчеркнутая выше функциональность эластомера и способность смешиваться при производстве основы жевательной резинки могут быть обычно использованы для классификации эластомера на жесткий или мягкий.

Растворители эластомера могут составлять от около 0 до около 75 весовых % основы смолы, предпочтительно между 5 и 45 весовыми процентами и наиболее предпочтительно между 10 и 30 весовыми процентами. Растворители эластомера включают эфиры натуральных смол, такие как глицериновый эфир экстракционной канифоли, глицериновый эфир частично гидрированной канифоли, глицериновый эфир полимеризованной канифоли, глицериновый эфир частично димеризованной канифоли, глицериновый эфир канифоли, пентаэритритоловые эфиры частично гидрированной канифоли, метиловый и частично гидрированный метиловый эфиры канифоли, пентаэритритоловый эфир канифоли, смолистый эфир глицеринабиетата или их смеси. Растворители эластомера также включают синтетические смолы, такие как терпеновая смола, полученная из альфа-пинена, бэтта-пинена и/или d-лимонена.

Мягчители включают масла, жиры, воски и эмульгаторы. Жиры и масла, использованные в основах жевательной резинки, являются не только материалами, подобными растительным маслам, таким как соевые и хлопковые масла, гидрированные и частично гидрированные растительные масла, животные жиры, подобные лардовому и талловому, масло какао, кокосовое масло, пальмовое масло и пальмовое кернелевое масло, но также модифицированными липидами, такими, как те, которые содержат жирные кислоты, такие как каприновая, каприловая, лауриловая, стеариновая и олеиновая кислоты, и моно-, ди- и триглицеридами этих жирных кислот. Некоторые жиры и масла являются триглицеридами со средней длиной цепи (названные капринами).

Обычно используемые воски включают поливоск, парафин, микрокристаллические и натуральные воски, такие как канделильский воск, пчелиный воск, карнаубский воск. Парафиновые воска могут рассматриваться как пластификаторы. Микрокристаллические воска, особенно те, которые имеют высокую степень кристалличности, могут рассматриваться как наполняющие агенты или текстурирующие модификаторы.

Эмульгаторы, которые также иногда обладают пластифицирующими свойствами, включают моноглицерин и дистеарат, лецитин, моно- и диглицериды жирных кислот, триацетин, ацетилированный моноглицерид, полиглицериновые эфиры, триацетат глицерина и карбогидратные полиэфиры.

Основа смолы обычно также включает наполняющий компонент. Наполняющий компонент может быть карбонатом кальция, карбонатом магния, тальком, дикальцийфосфатом или им подобными соединениями. Наполнитель может составлять между около 5 и около 60 весовыми процентами основы смолы. Предпочтительно, наполнитель составляет от около 5 до около 50 весовых процентов основы смолы.

Кроме того, основы смол могут также содержать необязательные ингредиенты, такие как антиоксиданты, окрашивающие агенты и отдушки.

Температура, достигнутая в смесителе, часто меняется в пределах длины смесителя. Максимальная температура в зоне дисперсионного перемешивания, где располагаются элементы высокосдвигового перемешивания, будет находиться предпочтительно в пределах 79,4^oC, более предпочтительно в пределах 121,1^oC и наиболее предпочтительно в пределах 148,9^oC и даже 176,7^oC для некоторых процессов производства основы смолы.

Нерастворимая основа смолы может составлять между около 5 и около 80 весовыми процентами смолы. Более обычно нерастворимая основа смолы составляет между 10 и 50 весовыми процентами смолы и наиболее обычно между около 20 и около 35 весовыми процентами смолы.

Необязательные ингредиенты, такие как окрашивающие агенты, эмульгаторы и фармацевтические агенты, и дополнительные агенты, выступающие в качестве отдушек, также могут быть включены в жевательную резинку.

Водорастворимая часть жевательной резинки может включать мягчители, объемные подслащиватели, высокоинтенсивные подслащиватели, агенты, выступающие в качестве отдушек, и их комбинации. Мягчители добавляют к жевательной резинке для того чтобы оптимизировать жевательную способность и ощущение субстрата смолы во рту. Мягчители, которые также известны как пластификаторы или пластифицирующие агенты, обычно составляют от около 0,5 до 15 весовых % жевательной резинки. Мягчители могут включать глицерин, лецитин и их комбинации. Водные растворы подслащивателей, таких как те, которые содержат сорбит, гидрированный гидролизат крахмала, кукурузный сироп и их комбинации, также могут быть использованы в качестве связующих агентов в жевательной резинке.

Объемные подслащиватели составляют от 5 до 95 весовых % жевательной резинки, более предпочтительно 20-80 весовых % жевательной резинки и наиболее предпочтительно 30-60 весовых % жевательной резинки. Объемные подслащиватели могут включать оба типа компонентов, содержащие сахар и не содержащие сахара. Содержащие сахар подслащиватели могут включать сахаридсодержащие компоненты, включающие, но не ограничивающиеся ими, сахарозу, декстрозу, мальтозу, декстрин, высушенный инертный сахар, фруктозу, левулозу, галактозу, твердые частицы кукурузного сиропа и им подобные вещества, сами по себе или в комбинации. Подслащиватели не содержащие сахар, включают компоненты с подслащивающими свойствами, но исключают обычно известные сахара. Подслащиватели, не содержащие сахар, включают, но не ограничиваются ими, сахарные спирты, такие как маннит, ксилит, гидрированные крахмальные гидролизаты, мальтит и им подобные, сами по себе или в комбинации.

Могут также присутствовать и высокоинтенсивные подслащиватели и они обычно используются с подслащивателями, не содержащими сахар. Если их используют, высокоинтенсивные подслащиватели обычно составляют от 0,001 до 5 весовых % жевательной резинки, предпочтительно между 0,01-1 весовым % жевательной резинки. Обычно высокоинтенсивные подслащиватели являются, по крайней мере, в 20 раз слаще, чем сахароза. Эти подслащиватели могут включать, но не ограничиваются ими, сукралозу, аспартам, соли ацесульфама, алитам, сахарин и его соли, цикламовую кислоту и ее соли, глицирризин, дигидрохальконы, тауматин, монеллин и им подобные сами по себе или в комбинации.

Комбинации подслащивателей, содержащих и/или не содержащих сахара, могут быть использованы в жевательной резинке. Подслащиватель может выступать также в жевательной резинке во всей или в ее части в качестве водорастворимого агента, придающего объем. Дополнительно мягчители, такие как водные растворы сахара и растворы альдитола, также могут обеспечивать дополнительную сладость.

Агенты, выступающие в качестве отдушек, обычно присутствуют в жевательной резинке в количествах в пределах от около 0,1 до около 15 весовых % жевательной резинки, предпочтительно от около 0,2 до около 5 весовых % жевательной резинки и более предпочтительно между около 0,5-3 весовыми % жевательной резинки. Агенты, выступающие в качестве отдушек, могут включать необходимые масла, синтетические отдушки или их смеси, включающие, но не ограничивающиеся ими, масла, полученные из растений и фруктов, такие как цитрусовые масла, фруктовые эссенции; масло мяты перечной, масло мяты колосовой, другие масла мяты, луковое масло, масло грушанки, аниса обыкновенного и им подобные масла. Могут быть использованы искусственные агенты и компоненты, выступающие в качестве отдушек. Натуральные и синтетические агенты, выступающие в качестве отдушек, могут быть объединены в любом сенсориально приемлемом виде.

Необязательные ингредиенты, такие как окрашивающие агенты, эмульгаторы, фармацевтические агенты и дополнительные агенты, выступающие в качестве отдушек, также могут быть включены в жевательную резинку.

Предпочтительный способ настоящего изобретения может быть выполнен с различным оборудованием с непрерывным перемешиванием. В некоторых вариантах изобретения более чем один образец оборудования с непрерывным перемешиванием будет сочетаться в серии. Термин "непрерывный смеситель", как он использован в формуле изобретения, обозначает один смеситель или множество смесителей в серии. Три конкретных типа непрерывных смесителей описывают ниже детально и показывают на сопровождающих рисунках: двухшнековые экструдеры, лопастные смесители и лопастно-шпоночные смесители, которые ограничиваются одночервячным шнековым экструдером. Экструдеры являются предпочтительными для использования в настоящем изобретении, особенно лопастно-шпоночные смесители.

А. Двухшнековые экструдеры.

В одном из вариантов настоящее изобретение может быть осуществлено в двухшнековом экструдере, таком, который схематически изображен на фиг. 1. Двухшнековый экструдер, использованный в практике предпочтительного варианта изобретения, будет оборудован несколькими различными положениями впускных отверстий для загрузки ингредиентов, куда могут быть добавлены ингредиенты основы жевательной резинки. Шнеки внутри барабана экструдера оборудуют различными типами элементов вдоль длины шнеков. Различные зоны перемешивания иногда относят к перерабатывающим зонам и описывают типом элементов, применяемых в зонах. Барабан экструдера обычно состоит из различных секций. Эти секции могут быть нагреты или охлаждены независимо от других областей. Нагревание или охлаждение, таким образом, обычно определяют областью барабана экструдера, которая обычно совпадает с барабанными секциями. Эти области нагревания или охлаждения могут совпадать, а могут и не совпадать с перерабатывающими зонами, в зависимости от длин секций барабана и элементов в перерабатывающих зонах.

В то время как различные производители оборудования изготавливают различные типы элементов, наиболее общий тип элементов включает транспортирующие элементы, компрессионные элементы, реверсионные элементы, гомогенизирующие элементы, такие как диски сдвиговой деформации и зубчатые элементы, и перемешивающие диски и блоки. Транспортирующие элементы обычно имеют пролеты, располагающиеся спирально вдоль элементов с шириной зазоров между пролетами. Эти элементы используют в секциях ввода подачи ингредиентов для быстрого передвижения материала в корпус экструдера. Компрессионные элементы имеют пролеты с шагом, который сужается в процессе движения материала вдоль пролетов. В результате это приводит к сжатию и высокому давлению в направлении вперед, которое требуется для продвижения материала в нисходящем потоке и через другие элементы. Риверсионные элементы имеют пролеты, которые являются заостренными в направлении, противоположном транспортирующим элементам. Пролеты вращаются в направлении, которое будет заставлять материал продвигаться в восходящем потоке. Эти элементы обеспечивают высокое обратное давление и медленное движение материала вниз через экструдер. Конечно, экструдированный материал продолжает еще продвигаться по пути, противоположному пролетам, с продвижением в нисходящем потоке через реверсионные элементы. Реверсионное спиральное устройство перемешивающих блоков может приводить к подобным результатам.

Сдвиговые диски, как подразумевает их название, передают высокосдвиговое усилие на материал в экструдере, приводя в результате к высокодисперсионному перемешиванию. В двухшнековом экструдере сдвиговые диски, расположенные друг против друга на двух различных шнеках, имеют близко пригнанные диск/паз элементы, как изображено на фиг. 2. Зубчатые элементы, как изображено на фиг. 3, имеют зубья шестеренчатого типа, которые располагаются напротив цилиндрического распорного вала на другом шнеке. Зубчатые элементы передают высокораспределительное перемешивание. Часто зубчатые элементы готовят в подогнанных наборах с частью цилиндрического вала и зубчатой частью как одно звено. Перемешивающие диски, как показано на фиг. 4, имеют эллиптическую форму и производят перемешивающее действие в материале, проходящем через экструдер. Часто множество перемешивающих дисков, которые будут помещаться вслед друг за другом в спиральной форме, как показано на фиг. 5, относят к перемешивающим блокам.

Высокораспределительное перемешивание может также сопровождаться использованием реверсионных транспортирующих элементов, которые имеют пролеты с отсутствующими частями, для того чтобы обеспечить противоток направлению сжатия. Эти отсутствующие части могут располагаться как пазы через пролеты, разрезанные параллельно вдоль элемента. Кроме того, перемешивающие блоки, за которыми следуют реверсионные транспортирующие элементы для создания обратного высокого давление, также производят высокораспределительное перемешивание.

Ограничивающие элементы перемешивания создают высокое обратное давление и некоторое перемешивание без чрезмерного ограничения от начала до конца. По этой причине сопла или мундштуки экструдера являются непригодными в качестве ограничивающих элементов перемешивания. Как отмечено выше, реверсионные транспортирующие элементы обеспечивают обратное давление и являются, таким образом, ограничивающими элементами перемешивания. Сдвиговые диски, подобные тем, которые показаны на фиг. 2, также обеспечивают высокое обратное давление и являются, таким образом, другим примером ограничивающих элементов перемешивания.

Обратное высокое давление является важным, так что другие элементы, такие как те, которые производят высокораспределительное или высокодисперсионное перемешивание, будут способны функционировать соответственно. Таким образом, в предпочтительном варианте изобретения ограничивающие элементы перемешивания используют после каждой зоны перемешивания. Наиболее предпочтительным является использование ограничивающих элементов перемешивания именно до выпуска основы смолы из экструдера.

Эти различные типы элементов и другие элементы, полезные в двухшнековых экструдерах, являются хорошо известными в этой области и являются коммерчески доступными. Элементы часто конкретно конструируют для различных типов обычно доступных двухшнековых экструдеров, которые включают двухшнековые экструдеры с однонаправленным вращением или противовращением, двухшнековые экструдеры вытесняющего действия со шнеками, находящимися в зацеплении, и двухшнековые экструдеры с касающимися шнеками. Элементы, предназначенные для подобных функций, будут меняться в конструкции в зависимости от типа экструдера, для которого они предназначены.

Один из конкретных типов элемента для конкретной марки экструдера представляет полигональный элемент без внешнего зацепления, продаваемый Farrel Corporation, 25 Main Street, Ansonia, Conn. 06401, для двухшнекового экструдера с однонаправленным вращением типа Farrel-Rochstedt. Полагают, что полигональные элементы без внешнего зацепления производят распределительное перемешивание.

В предпочтительных вариантах изобретения дисперсионное перемешивание распутывает эластомер с минимальной степенью деструкции полимерных цепей. Таким образом, тогда как дисперсионное перемешивание будет неизбежно снижать молекулярный вес полимера, может быть предпочтительным контролирование операции дисперсионного перемешивания для минимизации этого снижения молекулярного веса. Предпочтительно, чтобы средний молекулярный вес не снижался ниже среднего молекулярного веса того же полимера, смешанного с основой смолы с использованием обычных способов.

Адекватное дисперсионное перемешивание будет производить однородную каучукообразную жидкость без обнаружения комков каучука. Если только присутствует небольшое количество комков каучука, они могут быть отсеяны

или диспергированы в процессе последующих стадий перемешивания. Однако, если количество или размер комков является чрезмерным, или переработанные эластомеры и наполнители находятся в форме агломерированной или зернистой массы, приложенное дисперсионное перемешивание является неадекватным.

Распределительное перемешивание должно быть достаточным, для того чтобы производить гомогенную основу смолы скорее, чем материал, который является, по-видимому, "выпотевающим" или который имеет мраморную текстуру или текстуру типа швейцарского сыра. В предпочтительном варианте изобретения высокораспределительное перемешивание является достаточным для введения пластификаторов, особенно жиров, масел и восков, в той же степени, в какой эти пластификаторы вводят в обычных процессах производства основы жевательной резинки.

Как показано на фиг. 1, для практики варианта изобретения двухшнековый экструдер 10 оборудуют первым положением ввода подачи ингредиентов 12, соседним с первой перерабатывающей зоной 21, оборудованной транспортирующими элементами 31, транспортирующими и сжимающими элементами 32 и сжимающими элементами 35. Вторую перерабатывающую зону 23 оборудуют комбинацией зубчатых элементов 33, как изображено на фиг. 3, и несколькими наборами сдвиговых дисков 34, как изображено на фиг. 2. Конец второй перерабатывающей зоны 23 экструдера 10 оборудуют портом 16, который соединяют с вакуумным насосом (не показан). Третья перерабатывающая зона 24 содержит дополнительные транспортирующие элементы 31, транспортирующие и сжимающие элементы 32 и сжимающие элементы 35. Второй порт подачи 13 обеспечивают в экструдере, смежном с этим вторым набором транспортирующих элементов 31, для загрузки дополнительных ингредиентов основы смолы в третью перерабатывающую зону 24. Ввод подачи ингредиентов 13 предусматривается для дополнительных порошкообразных ингредиентов, а также для жидких ингредиентов из насоса 41. Четвертую перерабатывающую зону 25 оборудуют дисками перемешивания 36. В начале пятой перерабатывающей зоны 26 двухшнековый экструдер 10 имеет другой ввод 15, соединенный с насосом 43 и вводом подачи 14 в форме порта, соединенного с боковым питательным устройством 42, которое может быть одночервячным или двухшнековым экструдером, или даже насосом с зубчатой передачей, который может создавать высокое давление. Пятую перерабатывающую зону 26 оборудуют транспортирующими элементами 31, дисками перемешивания 36, транспортирующими и сжимающими элементами 32 и сжимающими элементами 35, которые заставляют ингредиенты основы смолы передвигаться в шестую и конечную перерабатывающую зону 28. Зона 28 содержит два набора зубчатых элементов 33, за которыми следуют реверсионные элементы 39 и диски перемешивания 34. После прохождения через диски перемешивания 34 ингредиенты основы смолы покидают экструдер 10.

Может быть предпочтительным нагревание некоторых ингредиентов либо до их плавления, либо до понижения их вязкости. Как показано на фиг. 1, экструдер 10 может быть оборудован набором нагревающих емкостей 44 и 45, соединенных соответственно с насосами 41 и 43 для этой цели. Другое обычно используемое оборудование, такое как оборудование для управления температурой и теплом или охлаждения экструдера, не показано на фиг. 1. Оборудование будет также включать обычные взвешивающие и загружающие устройства для непрерывного добавления гранулированых или порошкообразных ингредиентов. Все ингредиенты предпочтительно загружают в экструдер с помощью оборудования, которое контролируют для работы в стационарных условиях; хотя вначале процесса оно может предпочтительно начинать загрузку некоторых ингредиентов до других и загружать ингредиенты с различными скоростями, чем те, которые желательны для операции в стационарном состоянии.

Будет понятно, что фиг. 1 в схематическом виде показывает различные компоненты в их соответствующем порядке с точки зрения течения через экструдер 10. Обычно шнеки располагают в горизонтальном положении бок о бок, а вводы подачи, особенно те, которые открыты в атмосферу, аналогично вводам 12 и 13 помещают вертикально выше шнеков.

В то время как устройство фиг. 1 является предпочтительным для конкретных основ смолы, другие устройства могут быть предпочтительными для других основ смолы. Фиг. 1 изображает экструдер с тремя общими площадями добавления ингредиента и шестью перерабатывающими зонами. Для некоторых основ смолы могут быть использованы две, четыре или более зон загрузки ингредиентов с различным количеством перерабатывающих секций. Фиг. 1 изображает также использование одного набора каждого из длинных транспортирующих элементов 31, транспортирующих и сжимающих элементов 32 и сжимающих элементов 35 в первой перерабатывающей зоне 21, набора коротких транспортирующих и сжимающих элементов 32 в зонах 24 и 26 и набора коротких транспортирующих элементов 31, и сжимающих элементов 35 в зоне 26. Реально, один, два или более элементов различных типов и длин могут быть использованы в этих зонах. Фиг. 1 изображает также один набор зубчатых элементов 33 и три набора дисков перемешивания 34 в зоне 23, но могут быть использованы различные количества этих элементов, или различные элементы все вместе. Аналогично в зонах 25 и 28 могут быть использованы различные типы элементов, которые создают распределительное перемешивание, в зависимости от ингредиентов смолы, которые будут перемешаны в этих зонах, и типа экструдера, который будет использован.

Фиг. 6a-e представляют состояние различных ингредиентов основы смолы, как они есть, в варианте, скомпаундированном в основу жевательной резинки. Вначале, как показано на фиг. 6a, высокомолекулярный эластомер 51 и эластомер со средней молекулярной массой 52 оба находятся в форме гранул или частиц, в которых молекулы эластомера являются жестко связанными вместе. Наполнитель 53 находится в конкретной форме, но он может быть гомогенно смешан с эластомерами 51 и 52. Растворитель эластомера 54 может присутствовать в форме капель. Когда начинают перемешивание, изображенное на фиг. 6б, растворитель эластомера 54 становится ассоциированным с эластомерами 51 и 52. В присутствии наполнителя 53, растворителя эластомера 54 и нагревания гранулы начинают разделяться на индивидуальные молекулы эластомера. Кроме того, наполнитель 53 становится даже более распределенным и может иметь в большей степени уменьшенный размер частиц. При продолжении процесса эластомеры 51 и 52 становятся развернутыми, как показано на фиг. 6c. Это разворачивание (распутывание) является результатом того, что эластомеры 51 и 52 подвергаются высокораспределительному перемешиванию.

После этой стадии могут быть добавлены низковязкие ингредиенты, такие как поливинилацетат 55, как показано на фиг. 6d. Первоначально этот материал также будет находиться в форме дискретных частиц или капель, или расплава. Дальнейшее перемешивание и дальнейшее добавление ингредиентов, таких как воски 56 и эмульгаторы 57, сопровождается распределительным перемешиванием, как изображено на фиг. 6е. Продолжительное высокораспределительное перемешивание образует гомогенную основу жевательной резинки, где дискретные частицы или капли являются необнаруживаемыми сенсорным восприятием.

Эластомер может быть добавлен в первый ввод подачи 12 вместе с растворителем эластомера, таким как смолы и наполнитель. Однако особенно низкомолекулярные эластомеры могут быть добавлены, по крайней мере, частично во второй ввод подачи 13. Часть наполнителя может быть также добавлена во второй ввод подачи 13. Поливинилацетат может быть добавлен через устройство для подачи порошкообразных продуктов или одночервячный экструдер 42, или двухшнековый экструдер, или через шестеренчатый насос в порт подачи ингредиентов 14, в то время как жиры, воски и масла добавляют в последний ввод подачи ингредиентов 15. В результате этого, наполнитель, эластомер и пластификатор оказываются подвергнутыми высокодисперсионному перемешиванию первыми до добавления ингредиентов с низкой вязкостью. Зубчатые элементы 38, реверсионные элементы 39 и диск перемешивания 40 после ввода подачи 15 приводят в результате к высокораспределительному перемешиванию всех ингредиентов основы смолы с низкой вязкостью с другими ингредиентами основы смолы.

Предпочтительный мелкомасштабный экструдер представляет двухшнековый экструдер модели LSM 30.34 с противовращением, двухшнековый экструдер вытесняющего действия со шнеками, находящимися в зацеплении, и двухшнековый экструдер с касающимися шнеками из Leistritz, Nurenberg, Germany. Другие приемлемые двухшнековые экструдеры включают двухшнековый экструдер вытесняющего действия со шнеками, находящимися в зацеплении, модели Japan Steel Works Model TEX30HSS32.5PW-2V с однонаправленным вращением и с противовращением, двухшнековый экструдер, известный также как Davis Standard D-Tex Model, распространяемый компанией Crompton and Knowles Corporation, #l Extrusion Dr., Pawcatuck, CT 06379, и двухшнековый экструдер вытесняющего действия со шнеками, находящимися в зацеплении, из Werner and Pfleiderer Corporation, 663Е Crescent Ave. , Ramsey, N.J.07446 с однонаправленным вращением или с противовращением. Этот экструдер может предпочтительно иметь барабан удлиненного размера. Двухшнековый экструдер вытесняющего действия со шнеками, находящимися в зацеплении, Werner and Pfleiderer с однонаправленным вращением может быть расширен до величины отношения длины к диаметру (L/D) 48. Двухшнековый экструдер модели Japan Steel Works Model TEX30HSS32.5PW-2V может быть оборудован таким образом, что он будет иметь величину отношения L/D 58.

В. Лопастные смесители.

Другой тип непрерывного смесителя, который может быть использован в практике настоящего изобретения, представляет лопастный смеситель. Лопасть перемешивания 85, имеющую плоскую (не спиральную) конфигурацию, показывают на фиг. 7-9. Термин "лопасть перемешивания" определяют здесь как четырехсторонний элемент, имеющий две плоские поверхности 86 и 87 и две вогнутые поверхности 88 и 89. Плоские поверхности являются параллельными друг другу и пересекают только вогнутые поверхности. Вогнутые поверхности располагаются друг против друга и пересекают друг друга в двух линиях 90 и 91. Некруглое (предпочтительно квадратное) отверстие 94 проходит через центр каждой лопасти перемешивания 85 в направлении, перпендикулярном плоским поверхностям 86 и 87, и пересекает обе плоские поверхности. Отверстия 94 используют для установки множества лопастей на вращающиеся валы в предварительно определенной последовательности (фиг. 13).

Относительно фиг. 9a-d, лопасть перемешивания 85 может быть расположена на валу под одинаковыми или различными углами вращения относительно друг друга. Для целей следующего далее описания "положение N 1" определяют согласно фиг. 9a, где прямую линию вычерчивают на плоской поверхности 87, а линии пересечения 90 и 92 совпадают с линией сравнения (например, вертикальной линией). "Положение N 2" определяют согласно фиг. 9b, где прямую линию вычерчивают на плоской поверхности 87, а линии пересечения 90 и 92 составляют угол в 45 градусов против вращения часовой стрелки с линией сравнения. "Положение N 3" определяют согласно фиг. 9c, где прямую линию вычерчивают на плоской поверхности 87, а линии пересечения 90 и 92 составляют угол в 90 градусов против вращения часовой стрелки с линией сравнения. "Положение N4" определяют согласно фиг. 9d, где прямую линию вычерчивают на плоской поверхности 87, а линии пересечения 90 и 92 составляют угол в 135 градусов против вращения часовой стрелки с линией сравнения.

Так как лопасти 85 на фиг. 9a-d являются симметричными, нет необходимости в дальнейшем определении положений относительно вращения лопастей под углами 180, 225, 270 и 315 градусов с линией сравнения. Например, лопасть, имеющая вращательное положение в 180 градусов точно совпадает с лопастью, имеющей угол вращения 0 (фиг. 9a). Аналогично лопасть, имеющая угол вращения 225, градусов совпадает с лопастью, имеющей угол вращения 45 градусов (фиг. 9b); лопасть, имеющая угол вращения 270 градусов, точно совпадает с лопастью, имеющей угол вращения 90 градусов (фиг. 9c), и лопасть, имеющая угол вращения 315 градусов, точно совпадает с лопастью, имеющей угол вращения 135 градусов (фиг. 9d).

Понятно также, что каждая лопасть перемешивания 85 будет находиться в постоянном вращении в процессе работы лопастного смесителя вследствие вращения валов, поддерживающих лопасти (фиг. 13). С целью описания лопастей перемешивания в зависимости от относительных положений вращения (т.е. относительно друг друга), как объяснено выше, должна учитываться линия сравнения для вращения по мере того, как лопасти вращаются. Например, если лопасти перемешивания, показанные на фиг. 9a-d, располагают последовательно на единичном валу, и если вал вращают под углом 90 градусов, тогда выбранная линии сравнения, первоначально вертикальная, будет поворачиваться до горизонтального положения. Другими словами, относительные положения вращения лопастей перемешивания на фиг. 9a-d, определенные соответственно как 1-2-3-4, не будут изменяться в процессе работы лопастного смесителя.

Относительно фиг. 10a и 10b способ изобретения предусматривает также использование небольшой доли нелопастных элементов, известных как направляющие транспортирующие элементы или элементы загрузки 50. Каждый элемент загрузки 50 имеет плоскую переднюю поверхность 48, плоскую заднюю поверхность 49, параллельную передней поверхности, и некруглое (предпочтительно, квадратное) отверстие 46, перпендикулярное к поверхности или пересекающее переднюю и заднюю поверхности. Однако в отличие от лопастей перемешивания, описанных выше, элементы загрузки не имеют двух вогнутых поверхностей, пересекающихся в двух линиях. Вместо этого, каждый элемент загрузки 50 включает участки двух чередующихся спиральных каналов 47 и 59. Спиральные каналы являются более очевидными на фиг. 13, где множество элементов загрузки 50 объединяют в последовательность элементов на вращающихся валах 110 с образованием зон загрузки в смесителе. Первичной целью элементов загрузки 50 является перемещение ингредиентов основы жевательной резинки вперед к областям смесителя, где имеет место лопастное перемешивание.

Относительно фиг. 11a и 11b, способом изобретения может быть также использован тип лопасти перемешивания, известный как спиральная лопасть с прямым ходом 95. Если используют, спиральная лопасть с прямым ходом 95 производит небольшое перемещающее действие вперед, во время перемешивания ингредиентов основы смолы. Подобно плоским лопастям перемешивания 85 каждая спиральная лопасть с прямым ходом 95 имеет две плоских поверхности и две вогнутых поверхности 88 и 89. Плоские поверхности являются параллельными друг другу и пересекают только вогнутые поверхности. Вогнутые поверхности противостоят друг другу и пересекаются в двух линиях 90 и 92. Вновь не круглое (предпочтительно квадратное) отверстие 94 проходит через центр каждой лопасти перемешивания 95 и пересекает обе плоских поверхности.

Различие между спиральной лопастью с передним ходом 95 и плоской лопастью перемешивания 85 состоит в том, что в плоской лопасти перемешивания 85, линии 90 и 92 (определяющие пересечение вогнутых поверхностей 88 и 89) являются параллельными друг другу, как показано на фиг. 8. В спиральной лопасти с передним ходом 95 линия 90 вращается против часовой стрелки по отношению к линии 92, так что линии являются не длиннее параллели, как показано на фиг. 11b. Аналогично линия 92 вращается по часовой стрелке по отношению к линии 90. Эффект этого вращения состоит в изгибании вогнутых поверхностей 88 и 89 таким образом, что эти поверхности имеют слабую спиральную конфигурацию.

Относительно фиг.12a и 12b, способом изобретения может быть также использован тип лопасти перемешивания, известный как спиральная лопасть с обратным ходом 96. Если используют, спиральная лопасть с обратным ходом 96 придает небольшое сопротивление перемещению ингредиентов основы смолы вперед во время перемешивая ингредиентов. Это вызывает локальное повышение степени наполнения смесителя и небольшое повышение давления вблизи спиральной лопасти с обратным ходом 96.

Спиральной лопасти с обратным ходом 96 придают очертание таким же образом, как для спиральной лопасти с прямым ходом 95, обсуждавшейся выше, за исключением того, что линии 90 и 92 (определяющие пересечение вогнутых поверхностей 88 и 89) вращают в противоположных направлениях. Относительно фиг. 12a, линия 90 вращается по часовой стрелке по отношению к линии 92, и линия 92 вращается против часовой стрелки по отношению к линии 90. Эффект этого вращения состоит в изгибании вогнутых поверхностей 88 и 89 таким образом, что эти поверхности имеют слабую обратную спиральную конфигурацию.

Угол вращения линий 90 и 92 для спиральных лопастей 95 и 96 с прямым и обратным ходом может быть объяснен со ссылкой на фиг. 11c и 12c. На фиг. 11c и 12c спиральные лопасти рассматривают сверху и показывают только линии 90 и 92 лопастей, наложенных одна поверх другой. Показывают также линию сравнения 91, указывающую положение линий 90 и 92, когда нет вращения, как для плоской лопасти 85.

Относительно фиг. 11c, угол "а" составляет степень вращения линии 90 против часовой стрелки, имеющую место в спиральной лопасти с прямым ходом 95. Угол "а" должен находиться между около 5 и около 30 градусами, предпочтительно между около 10 и около 18 градусами, более предпочтительно около 13 градусов 53 минут 50 секунд.

Относительно фиг. 12c, угол "а" составляет степень вращения линии 90 по часовой стрелке, имеющую место в спиральной лопасти с обратным ходом 96. Угол "а" должен находиться между около 5 и около 30 градусами, предпочтительно между около 10 и около 18 градусами, более предпочтительно около 13 градусов 53 минут 50 секунд. Угол "b" составляет степень вращения линии 92 против часовой стрелки, имеющую место в спиральной лопасти с обратным ходом 96. Угол "b" должен находиться между около 5 и около 30 градусами, предпочтительно между около 10 и около 18 градусами, более предпочтительно около 13 градусов 53 минут 50 секунд.

Относительно фиг. 3, лопасти перемешивания и элементы загрузки составляют ансамбль на двух параллельных валах 110 в предварительной определенной конфигурации. В показанном варианте для 12,5 см лопастного смесителя каждый из валов 110 имеет активную длину 90 см и квадрат площади поперечного сечения 3,44 см х 3,44 см (4,73 см²). Параллельные валы располагают с интервалом 8,75 см (от центра до центра). Валы 110 приспосабливают для совместного вращения (вращения в одном и том же направлении) внутри барабана смешения. Каждый из валов 110 поддерживает идентичное устройство перемешивающих лопастей и элементов загрузки. Перемешивающие лопасти и элементы загрузки на соседних валах могут налагаться, как показано на фиг. 13, но не прикасаются друг к другу когда валы вращаются.

Каждый из валов 10 имеет достаточную длину для того, чтобы разместить 36 см элементов, каждый имеетий длину 2,5 см, максимальный диаметр 12,2 см и минимальный диаметр 5,0 см. Два или более 2,5 см сегментов могут быть объеденены для получения более длинных элементов без оказания влияния на работу. Например, элементы загрузки 50 часто имеют длину 5,0 см. Для целей изобретения большая часть каждого вала должна быть занята перемешивающими лопастями. Обычно, по крайней мере, около 40 процентов каждого вала должно быть занято перемешивающими лопастями. Предпочтительно, по крайней мере, около 50 процентов каждого вала должно быть занято перемешивающими лопастями, более предпочтительно, по крайней мере, около 60 процентов каждого вала должно быть занято перемешивающими лопастями. Среди перемешивающих лопастей большинство должно быть плоскими перемешивающими лопастями в противоположность спиральным лопастям с прямым или обратным ходом. В варианте,показанном на фиг. 13, 67 процентов длины вала занимают перемешивающими лопастями (двадцать четыре 2,5 см элемента) и 33 процента длины вала занимают элементами загрузки (шесть 2,5 см элементов).

Конфигурация смесителя 102 на фиг. 13 включает две зоны загрузки 125 и 135 и две зоны лопастного перемешивания 130 и 150. Конкретную конфигурацию смесителя указывают в табл. 1, приведенной ниже. В табл. 1 и других таблицах используют следующую аббревиатуру:

FC - транспортирующий элемент загрузки (каждый занимающий два 2,5 см положения),

FP - плоская лопасть перемешивания (каждая занимающая одно 2,5 см положение),

FH - спиральная лопасть перемешивания с прямым ходом (каждая занимающая одно 2,5 см положение),

RH - спиральная лопасть перемешивания с обратным ходом (каждая занимающая одно 2,5 см положение).

Использование двух или более зон загрузки и двух или более зон перемешивания в конфигурации смесителя 102 позволяет проводить последовательное добавление и перемешивание различных ингредиентов основы смолы. Например, высоковязкая часть, включающая эластомер, наполнитель и некоторую смолу или поливинилацетат, может непрерывно подаваться в первую зону загрузки 125 на фиг. 13. Эти ингредиенты могут быть затем интенсивно перемешаны в первой зоне лопастного перемешивания 130 до объединения их с дополнительными ингредиентами. Более низковязкая часть, включающая воски (если используют), жиры, масла, окрашивающие агенты и дополнительную смолу или поливинилацетат, могут непрерывно подаваться во вторую зону загрузки 135. Все ингредиенты основы смолы могут быть затем интенсивно перемешаны во второй зоне лопастного перемешивания 150.

Конфигурацию смесителя 102, показанную на фиг. 13, на практике окружают одним или более барабанными сегментами, увеличивающими длину конфигурации смесителя 102. Фиг. 14 иллюстрирует схематически обычный барабан 105, окружающий конфигурацию смесителя 102. Мотор 101 приводит в движение валы 110, которые поддерживают элементы смесителя. Ингредиенты основы смолы загружают через порты загрузки 103 и 123 в барабан 105. Основа смолы остается в смесителе в течение достаточного промежутка времени для обеспечения гомогенности, например времени порядка около 20-30 минут, и выгружается через щелевое сопло 155. Барабан 105 может быть нагрет или охлажден. Нагревание может сопровождаться использованием горячей воды или паровой рубашки, окружающей барабан (не показана). Охлаждение может сопровождаться подачей охлаждающей воды в рубашку окружающую барабан 105. Могут быть также применены альтернативные способы нагревания и охлаждения. Обычно нагревание осуществляют вначале процесса, а охлаждение осуществляют на последней стадии для предотвращения перегревания и деструкции основы.

Нагревание и охлаждение барабана должно применяться, когда необходимо, в процессе перемешивания ингредиентов основы смолы для поддержания температур выходящего продукта при около 90-150^oC, предпочтительно 100-135^oC.

Фиг. 15 представляет сечение барабана 105, которое показывает, как лопастный смеситель способен работать в условиях с более продолжительным временем пребывания ингредиентов в нем по сравнению с обычным двухшнековым экструдером. Как показано на фиг. 15, барабанная стенка 116 имеет форму двух пересекающихся цилиндров, каждый цилиндр, имеющий диаметр больше, чем самый большой диаметр лопасти перемешивания 85, находящейся в нем. Эта барабанная конфигурация похожа на конфигурацию стандартного двухшнекового экструдера. Однако в отличие от шнеков двухшнекового экструдера лопасти 85 не заполняют в большей части пространство, определенное стенкой барабана 116.

Лопасти перемешивания 85 имеют обычно близкий допуск со стенкой барабана 116 и друг с другом вблизи линий 90 и 92, где пересекаются вогнутые поверхности. Для лопастей 85, имеющих диаметр больше 12,2 см, самый близкий допуск между каждой лопастью и стенкой барабана 116 может быть порядка от около 0,12 до около 0,20 см и самый близкий допуск между двумя лопастями может быть порядка от около 0,15 до около 0,23 см. Однако дальше от линий 90 и 92 расстояние между каждой лопастью 85 и стенкой барабана 116 является гораздо больше. Благодаря уникальной конструкции лопастей 85 процентное содержание барабанного расстояния, занятого лопастями 85, является гораздо меньше, чем для обычного двухшнекового экструдера. Кроме того, давление в лопастном смесителе должно оставаться ниже 3,5 атм, предпочтительно ниже около 1,4 атм, когда имеет место большое процентное содержание лопастей по сравнению с другими элементами. Каждая лопасть 85, если смотреть спереди, как на фиг. 15, имеет меньшую ширину, чем высоту. Предпочтительно отношение высоты к ширине каждой лопасти перемешивания составляет более чем 1,5:1. Наиболее предпочтительно отношение высоты к ширине для каждой лопасти перемешивания составляет более чем 2: 1.

Большее значение доступного барабанного пространства позволяет также способу изобретения работать с более значительным временем пребывания ингредиентов в лопастном смесителе. Высокая доля лопастей перемешивания, особенно плоских лопастей, также вносит вклад в более значительное время пребывания в смесителе и в более низкое давление. Среднее время пребывания в лопастном смесителе должно быть, по крайней мере, около 10 минут, предпочтительно более чем 15 минут, наиболее предпочтительно более чем 20 минут.

Остающиеся параметры работы смесителя, например число оборотов в минуту смесителя, скорости загрузки, скорости производства и т.д., меняются в зависимости от размера смесителя и от конкретного состава основы смолы. Коммерчески доступный лопастный смеситель, пригодный для практики изобретения, представляет смеситель типа Teledyne Readco Continuous Processor, доступный из Teledyne Readco in York, Pennsylvania. Эти лопастные смесители являются доступными в широком разнообразии размеров. Диаметры лопасти для смесителей различных размеров находятся в области от 5 до 60 см и отношения длины смесителя к диаметру (L/D) находится в области от 4:1 до 14:1. Для целей настоящего изобретения максимальный диаметр лопасти составляет предпочтительно между 5 см и 12,5 см, и величина L/D составляет предпочтительно около 7:1. Конфигурация лопастного смесителя и условия способа должны быть выбраны так, чтобы достигать получения гомогенного продукта основы смолы.

В конкретном пригодном варианте могут быть использованы двух- или более лопастные смесители с последовательным включением в таком виде, как проиллюстрировано на фиг. 16. Использование двух смесителей с последовательным включением придает большую гибкость для загрузки различных ингредиентов основы смолы в различные местоположения. Комбинация эластомера, наполнителя и смолы может непрерывно подаваться через порт загрузки 103 к барабану загрузки 105 первого смесителя. Эти материалы смешивают в первом смесителе, после чего может быть дополнительно добавлена смола в первый смеситель через порт загрузки 123. Объединенные ингредиенты смешивают в первом смесителе, и они покидают первый смеситель на выходе 155, после чего их немедленно загружают в барабан 205 второго смесителя 208 (нагнетая двигателем 201) через порт загрузки 203. Поливинилацетат также может непрерывно загружаться в барабан 205 из бункера 207, через конвейер загрузки 209 и порт загрузки 203.

Другие ингредиенты, такие как воски или масла, могут быть впрыснуты во второй смеситель из танка загрузки 211 и 231 с помощью насосов 213 и 233. Необязательно, часть ингредиентов может быть добавлена в порт загрузки 204 нисходящего потока. После того как смешают все компоненты, основа смолы покидает второй смеситель через выводное отверстие 255. Широкое разнообразие различных загрузочных и перемешивающих устройств может быть также применено, используя двух- или более лопастные смесители в серии, для того чтобы достигнуть хорошего диспергирования ингредиентов и получить широкое разнообразие продуктов основы смолы.

Дополнительно к лопастям, описанным выше, может быть использовано широкое разнообразие перемешивающих лопастей, доступных из различных компаний, производящих экструдеры. Лопасти могут быть двухсторонними, трехсторонними или многосторонними.

Лопастный смеситель, который можно отнести к смесителю для составления смесей, обладает отличительными характеристиками по сравнению с обычным экструдером, хотя может быть использовано даже то же самое оборудование. Различие между экструдером и смесителем для составления смесей заключается в отношении лопастей или перемешивающих элементов к транспортирующим элементам. Транспортирующие элементы и сжимающие элементы приводят к тому, что в экструдере создается давление. Лопасти или перемешивающие элементы не создают такого высокого давления в экструдере, таким образом, создается большее перемешивание при низком давлении. Если экструдер содержит, по крайней мере, 40% перемешивающих элементов, тогда давление может составлять от около одной пятой до около одной десятой того давления, которое имеет место в обычном экструдере, который использует больше транспортирующих и сжимающих элементов.

Почти все экструдеры могут быть использованы как смесители для составления смеси. Однако смесители для составления смеси, которые имеет низкую величину отношения L/D (от около 3:1 до 20:1) не могут быть обычно использованы в качестве экструдеров высокого давления. Кроме того, смесители для составления смеси с этой низкой величиной отношения L/D имеют менее эффективную длину вала, и может требоваться больше лопастей или перемешивающих элементов по сравнению с транспортирующими элементами. Для этого типа смесителя для составления смеси лопасти перемешивания должны занимать, по крайней мере, 50% и предпочтительно, по крайней мере, 60% вала. Наоборот, для экструдера, имеющего величину отношения L/D от около 20:1 до около 40:1, только 40% должно быть с необходимостью занято перемешивающими лопастями или перемешивающими элементами. Для экструдеров с высокой величиной отношения L/D, больше чем 40:1, только около 30% может быть с необходимостью занято лопастями перемешивания или перемешивающими элементами.

Одно из ключевых преимуществ предпочтительного варианта лопастного смесителя, описанного выше, заключается в том, что время пребывания в смесителе гораздо больше, чем в обычном экструдере. Многие экструдеры обеспечивают время пребывания меньше двух минут или даже меньше 1 минуты. Однако в предпочтительном лопастном смесителе, описанном выше, может быть обеспечено время пребывания, по крайней мере, 10 минут, и предпочтительно, по крайней мере, 15-20 минут.

С. Лопастно-шпоночные смесители.

Способ настоящего изобретения может быть также преимущественно проведен, используя непрерывный смеситель, в котором шнек смешения состоит преимущественно из точно расположенных перемешивающих элементов, только с небольшой долей простых транспортирующих элементов. Указанный предпочтительный смеситель представляет лопастно-шпоночный смеситель, который в качестве примера приведен на фиг. 17. Этот смеситель может быть использован не только для производства основы смолы, но и полного состава жевательной резинки. Лопастно-шпоночный смеситель использует комбинацию специально сконструированных вращающихся лопастей смесителя и стационарных барабанных шпонок для обеспечения эффективного перемешивания на относительно коротком расстоянии. Коммерчески доступный лопастно-шпоночный смеситель представляет замесочную машину Buss, производимую Buss AG в Швейцарии и доступную из Buss America, расположенной в Bloomingdale, Illinois.

Относительно фиг. 17, здесь предпочтительный лопастно-шпоночный смеситель 100 включает единичный шнек смешения 120, вращающийся внутри барабана 140, который в процессе использования закрывает и полностью окружает шнек смешения 120. Шнек смешения 120 включает обычный цилиндрический вал 122 и три ряда лопастей смешения 124, расположенных на равномерном расстоянии вокруг вала шнека 122 (только с двумя рядами, которые видны на фиг. 1). Лопасти смешения 124 выступают радиально снаружи из вала 122, каждая из которых напоминает лезкие топора.

Барабан смешения 140 включает внутренний вал барабана 142, который обычно является цилиндрическим, если барабан 140 закрывают вокруг шнека 120 в процессе работы смесителя 100. Три ряда стационарных шпонок 144 располагают на равном расстоянии вокруг вала шнека 142 и радиально выдаются внутрь из вала барабана 142. Шпонки 144 являются обычно цилиндрическими по форме и могут иметь закругленные или скошенные концы 146.

Шнек смешения 120 с лопастями 124 вращается внутри барабана 140 и приводится в движение двигателем с переменной скоростью (не показан). В процессе вращения шнек смешения 120 также движется вперед и назад в аксиальном направлении, создавая комбинацию вращательного и аксиального перемешивания, которая является высокоэффективной. В процессе вращения лопасти смешения 124 непрерывно проходят между стационарными шпонками 144, тем не менее лопасти и шпонки никогда не прикасаются друг к другу. Кроме того, радиальные углы 126 лопастей 124 никогда не прикасаются к внутренней поверхности барабана 142, и концы 146 шпонок 144 никогда не прикасаются к валу шнека смешения 122.

Фиг. 18-22 иллюстрируют различные элементы шнека, которые могут быть использованы для пространственного расположения шнека смешения 120 для оптимального использования. Фиг. 18a и 18b иллюстрируют элементы 60 и 61 на шнеке, каждый из которых включает цилиндрическую внешнюю поверхность 62, множество лопастей 64, выступающих наружу из поверхности 62, и внутреннее отверстие 66 со шпоночной канавкой 68 для приема и установки вала шнека смешения (не показано). Второй элемент 61 на шнеке является приблизительно в два раза длиннее, чем первый элемент 60 на шнеке.

Фиг. 18C иллюстрирует ансамбль ограничительного кольца, используемый для создания обратного давления при выбранном положении вдоль шнека смешения 120. Ансамбль ограничительного кольца 70 включает две половины 77 и 79, установленные в барабанном корпусе 142, половины, которые соединяются в процессе использования с образованием закрытого кольца. Ансамбль ограничительного кольца 70 включает внешний круглый обод 72, внутреннее кольцо 74, профилированное как показано, и отверстие 76 во внутреннем кольце, которое принимает, но не касается их, элементы 60 и 61 на шнеке, установленные на валу шнека. Установочные отверстия 75 в поверхности кольца 72 обеих половин ансамбля ограничительного кольца 70 используют для установки половин в барабанный корпус 142.

Фиг. 19 иллюстрирует связь между ансамблем ограничительного кольца 70 и элементами 60 и 61 на шнеке в процессе работы. Когда шнек смешения 120 поворачивается внутри барабана 140 и движется аксиально с возвратно-поступательным движением, просветы между элементами 60 и 61 на шнеке и внутренним кольцом 74 обеспечивают первичный способ прохождения материала с одной стороны ансамбля ограничительного кольца 70 к другой. Элемент 60 на шнеке в части восходящего потока ансамбля ограничительного кольца включает видоизмененную лопасть 67, позволяющую образовывать просвет внутри кольца 74. Другой элемент 61 на шнеке помещают обычно в части нисходящего потока ансамбля ограничительного кольца 70, и он имеет концевую лопасть (не видна), которая движется близко к противоположной поверхности и вытирает противоположную поверхность внутреннего кольца 74.

Просветы между внешними поверхностями 62 элементов 60 и 61 на шнеке и внутренним кольцом 74 ансамбля ограничительного кольца 70, которые могут меняться и предпочтительно имеют размер порядка 1-5 мм, определяют в большей степени, насколько велико будет создаваемое давление, которое будет иметь место в области восходящего потока ансамбля ограничительного кольца 70 в процессе работы смесителя 100. Следует отметить, что элемент 60 на шнеке в восходящем потоке имеет отношение L/D около 1/3 и элемент 61 на шнеке в нисходящем потоке имеет отношение L/D около 2/3, давая в результате общее отношение L/D около 1,0 для элементов на шнеке. Ансамбль ограничительного кольца 70 имеет меньшее отношение L/D, около 0,45, которое совпадает с отношением L/D элементов на шнеке 60 и 61, которые связаны друг с другом, но не касаются ансамбля ограничительного кольца.

Фиг. 20 и 21 иллюстрируют элементы смешения или "замешивания", которые выполняют большую часть работы по смешению. Первоначальная разница между более низкосдвиговым элементом смешения 80 фиг. 20 и более высокосдвиговым элементом смешения 78 фиг. 21 составляет размер лопастей смешения, которые выступают снаружи на элементах смешения. На фиг. 21 более высокосдвиговые лопасти перемешивания 83, которые выступают снаружи из поверхности 81, являются больше и толще, чем более низкосдвиговые лопасти перемешивания 84, которые выступают снаружи из поверхности 82 на фиг. 20. Для каждого из элементов смешения 80 и 78 лопасти смешения располагают в трех периферически расположенных рядах, как объяснено выше относительно фиг. 17. Использование более толстых лопастей смешения 83 на фиг. 21 обозначает, что существует меньшее аксиальное расстояние между лопастями 83 и стационарными шпонками 144, когда шнек 120 вращается и движется аксиально возвратно-поступательно (фиг. 17). Это уменьшение в просвете вызывает, по существу, более высокий сдвиг вблизи элементов смешения 78. Фиг. 22 иллюстрирует единичную стационарную шпонку 144, выделенную из барабана 140. Шпонка 144 включает закручиваемое основание 145, которое позволяет проводить присоединение в выбранное положение вдоль вала 142 внутреннего барабана. Это также делает возможным пространственное расположение некоторых из шпонок 144 в виде портов для впрыскивания жидкости путем обеспечения их полыми центральными отверстиями.

Фиг. 23 представляет схематический вид барабана, показывающий здесь предпочтительную конфигурацию барабана, включающую предпочтительное устройство барабанных шпонок 144. Фиг. 24 представляет соответствующий схематический вид барабана, иллюстрирующий здесь предпочтительную конфигурацию шнека смешения. Смеситель 200, чью предпочтительную конфигурацию иллюстрируют на фиг. х 23 и 24, имеет общее активное расстояние смешения L/D около 19.

Смеситель 200 включает начальную зону подачи ингредиентов 210 и пять зон смешения 220, 230, 240, 250 и 260. Зоны 210, 230, 240, 250 и 260 включают пять возможных больших портов подачи ингредиентов 212, 232, 242, 252 и 262 соответственно, которые могут быть использованы для добавления основных (например, твердых) ингредиентов в смеситель 200. Зоны 240 и 260 также пространственно располагают с пятью меньшими портами 241, 243, 261, 263 и 264 для впрыскивания жидкости, которые могут быть использованы для добавления жидких ингредиентов. Порты 241, 243, 261, 263 и 264 для впрыскивания жидкости включают специальные барабанные шпонки 144, изготовленные с полыми центрами, как объяснено выше.

Относительно фиг. 23, барабанные шпонки 144 предпочтительно присутствуют в большей части или во всех доступных положениях, во всех трех рядах, как показано.

Относительно фиг. 24, предпочтительную здесь конфигурацию шнека смешения 120 для большинства продуктов жевательной резинки схематически иллюстрируют в следующем виде. Зону 210, которая является первоначальной зоной подачи ингредиентов, пространственно располагают с расстоянием смешения около 1-1/3 L/D низкосдвиговых элементов, таких как элемент 40, показанный на фиг. 4. Величина L/D начальной зоны подачи 210 не считается как часть общего активного отношения L/D, равного 19, обсуждавшегося выше, потому что ее целью является больше транспортирование ингредиентов в зоны смешения.

Первую зону смешения 220 пространственно располагают слева направо (фиг. 24) с двумя элементами низкосдвигового смешения 80 (фиг. 20) с последующими двумя высокосдвиговыми элементами 78 (фиг. 21). Два элемента низкосдвигового смешения вносят около 1-1/3 L/D расстояния смешения, и два элемента высокосдвигового смешения вносят около 1-1/3 L/D расстояния смешения. Зона 220 имеет общую величину расстояния смешения L/D около 30, включая концевую часть, покрываемую 57 мм ансамблем ограничительного кольца 70 с объединенными элементами 60 и 61 на шнеке (не обозначенными отдельно на фиг. 24).

Ансамбль ограничительного кольца 70 с объединенными элементами 60 и 61 на шнеке, разъединяющий конец первой зоны смешения 220 и начало второй зоны смешения 230 имеют общее объединенное расстояние смешения L/D около 1,0, часть которого находится во второй зоне смешения 230. Затем зону 230 пространственно располагают слева направо с тремя элементами низкосдвигового смешения 80 и 1,5 элементами высокосдвигового смешения 78. Три элемента низкосдвигового смешения вносят около 2,0 L/D расстояния

смешения, и 1,5 элемента высокосдвигового смешения вносят около 1,0 L/D расстояния смешения. Зона 230 имеет общую величину расстояния смешения L/D около 4,0.

Разъединяющий конец второй зоны смешения 230 и начало третьей зоны смешения 240 представляют 60 мм ансамбль ограничительного кольца 70 с объединенными элементами на шнеке 60 и 61, имеющий объединенную величину расстояния смешения L/D около 1,0. Затем зону 240 пространственно располагают слева направо с 4,5 элементами высокосдвигового смешения 78, вносящими расстояние смешения L/D около 3,0. Зона 240 также имеет общую величину расстояния смешения L/D около 4,0.

Разъединяющий конец третьей зоны смешения 240 и начала четвертой зоны смешения 250 представляют другой 60 мм ансамбль ограничительного кольца 70 с объединенными элементами на шнеке, имеющий величину расстояния смешения L/D около 1,0. Затем оставшуюся четвертую зону смешения 250 и пятую зону смешения 260 пространственно располагают с одиннадцатью элементами низкосдвигового смешения 80, вносящими расстояние смешения L/D около 7¹/3. Зона 250 имеет общую величину расстояния смешения L/D около 4,0 и зона 260 имеет общую величину расстояния смешения L/D около 4,0.

Пример 1.

Этот пример выполняют, используя два перемешивающих устройства: 5,0 см непрерывный смеситель типа Teledyne Readco, который был пространственно расположен, как описано в табл. 2, 10,0 см непрерывный смеситель типа Teledyne Readco, который был пространственно расположен, как описано в табл. 1, за исключением того, что ривесионная спиральная лопасть была помещена в положение 19. Порты загрузки были расположены следующим образом:

порт загрузки N 1 - выше продольных положений 1-4 на 5 см смесителе,

порт загрузки N 2 - выше продольных положений 1-4 на 12,5 см смесителе,

порт загрузки N 3 - выше продольных положений 20-23 на 12,5 см смесителе.

Используя вышеуказанное перемешивающее устройство основа жевательной резинки была изготовлена следующим образом.

Смесь измельченного сополимера изобутилена-изопрена (размер частиц 2-7 мм), карбоната кальция (размер частиц меньше 12 микрон) и терпеновой смолы в отношении 8:21:17 загружали с расходом 0,17 кг/мин в первую зону подачи ингредиентов. Порошкообразную смесь поливинилацетата, моностеарата глицерина и гидрированного соевого масла и растительного масла при отношении 24:5:13 загружали во вторую зону подачи ингредиентов с расходом 0,16 кг/мин. В третий порт подачи ингредиентов добавляли 6 частей полиизобутилена при 130^oC с расходом 0,02 кг/мин и 6 частей 50/50 смеси гидрированного хлопкового масла/лецитина при 70^oC с расходом 0,02 кг/мин.

Общая скорость образования основы смолы была 22,5 кг/час. Основу смолы производили, используя условия процесса, представленные в табл. А.

Было изготовлено около 18 кг продукта основы смолы в этих условиях. Основа смолы имела нормальную окраску, равномерную (гладкую) текстуру и гомогенную консистенцию, за исключением случайно выделенной недиспергированной частицы.

Пример 2.

Этот пример был проведен, используя устройство с двумя смесителями с 12,5 см непрерывными смесителями для составления смеси типа Teledyne Readco. Первый смеситель для составления смеси имел конфигурацию, такую как в табл. 3. Второй смеситель для составления смеси имел конфигурацию,такую как приведена в табл. 1, показанной предварительно. Эта конфигурация также показана на фиг. 13.

Порты загрузки были расположены следующим образом:

порт загрузки N 1 - выше продольных положений 1-4 на первом 12,5 см смесителе,

порт загрузки N 2 - выше продольных положений 1-4 на втором 12,5 см смесителе,

порт загрузки N 3 - выше продольных положений 20-23 на втором 12,5 см смесителе.

Используя вышеуказанное перемешивающее устройство, основа жевательной резинки была изготовлена следующим образом.

Смесь измельченного сополимера изобутилена-изопрена (размер частиц 2-7 мм), карбоната кальция (размер частиц меньше 12 микрон), терпеновой смолы и порошкообразного окрашивающего агента в отношении 11:18:17:1 загружали с расходом 0,65 кг/мин в первый ввод подачи ингредиентов. Порошкообразную смесь поливинилацетата, моностеарата глицерина,и гидрированного соевого масла и растительного масла при отношении 24:5:12 загружали во вторую зону подачи ингредиентов с расходом 0,57 кг/мин. В третий порт подачи ингредиентов добавляли 6 частей полиизобутилена при 95^oC с расходом 0,08 кг/мин и 6 частей 50/50 смеси гидрированного хлопкового масла/лецитина при 80^oC с расходом 0,09 кг/мин.

Общая скорость образования основы смолы была 83,25 кг/час. Основу смолы производили, используя условия процесса, представленные в табл. Б.

Было изготовлено около 90 кг продукта основы смолы. Основа смолы имела нормальную окраску, не содержала комков, не содержала невошедшего масла, но была горелой на вкус и имела запах.

Пример 3.

Этот пример был проведен, используя устройство с двумя смесителями с 12,5 см непрерывными смесителями для составления смеси типа Teledyne Readco. Оба смесителя для составления смеси имели конфигурацию с такой же конфигурацией лопасти, как показана в табл. 1. Четыре порта загрузки были расположены следующим образом:.

порт загрузки N 1 - выше продольных положений 1-4 на первом 12,5 см смесителе,

порт загрузки N 2 - выше продольных положений 20-23 на первом 12,5 см смесителе,

порт загрузки N 3 - выше продольных положений 1-4 на втором 12,5 см смесителе,

порт загрузки N 4 - выше продольных положений 20-23 на втором 12,5 см смесителе.

Используя вышеуказанное перемешивающее устройство основа жевательной резинки была изготовлена следующим образом.

Смесь измельченного сополимера изобутилена-изопрена (размер частиц 2-7 мм), карбоната кальция (размер частиц меньше 12 микрон) и поливинилацетата при отношении 13:10:7 загружали с расходом 0,33 кг/мин в первый ввод подачи ингредиентов. Во второй ввод подачи ингредиентов добавляли 15 частей поливинилацетата с расходом 0,17 кг/мин. В третий порт подачи ингредиентов добавляли гидрированное растительное масло, гидрированное соевое масло и моностеарат глицерина при отношении 13:13:3 с расходом 0,33 кг/мин. В четвертый порт подачи ингредиентов добавляли 10 частей частично гидрированного растительного масла с расходом 0,11 кг/мин и 16 частей полиизобутилена при 130^oC с расходом 0,18 кг/мин.

Общая скорость образования основы смолы была 67,5 кг/час. Основу смолы производили, используя условия процесса, представленные в табл. В.

Было изготовлено около 180 кг продукта основы смолы. Основа смолы имела нормальную окраску, не содержала комков, не содержала невошедшего масла и имела хороший вкус и запах.

Пример 4.

Этот пример был проведен, используя устройство с двумя смесителями с 12,5 см непрерывными смесителями для составления смеси типа Teledyne Readco. Оба смесителя для составления смеси имели конфигурацию согласно следующей табл. 4. Порты загрузки были такими же, как в примере 3, за исключением порта загрузки N 2, который был закрыт.

Используя вышеуказанное перемешивающее устройство, основа жевательной резинки была изготовлена следующим образом.

Смесь измельченного сополимера изобутилена-изопрена (размер частиц 2-7 мм), карбоната кальция, терпеновой смолы и поливинилацетата при отношении 11:18:17:1 добавляли с расходом 0,53 кг/мин во ввод подачи ингредиентов N 1. Порошкообразную смесь поливинилацетата, моностеарата глицерина, гидрированного соевого и растительного масел и порошкообразного окрашивающего агента при отношении 23:5:12:1 загружали в порт подачи ингредиентов N 3 с расходом 0,46 кг/мин. В порт подачи ингредиентов N 4 добавляли 6 частей полиизобутилена при 130^oC с расходом 0,07 кг/мин и 6 частей смеси 50/50 лецитина и гидрированного хлопкового масла при 90^oC с расходом 0,07 кг/мин.

Общая скорость образования основы смолы была 67,5 кг/час. Основу смолы производили, используя условия процесса, представленные в табл. Г.

Было изготовлено около 157,5 кг продукта основы смолы. Основа смолы имела нормальную окраску, не содержала комков, не содержала невошедшего масла и имела хороший вкус и запах. Кроме того, жевательная резинка, приготовленная из основы смолы этого примера обладала сенсорными свойствами, по существу, такими же как жевательная резинка, приготовленная с помощью обычного периодического процесса.

Примеры 5-10. Непрерывное производство жевательной резинки.

В примерах 5-10 основу жевательной резинки готовили в лопастно-шпоночном смесителе, который затем использовали также для окончательного изготовления состава жевательной резинки. Для того чтобы выполнить полное производство жевательной резинки, используя предпочтительный лопастно-шпоночный смеситель 200 (фиг. 17), в нем преимущественно поддерживают число оборотов для шнека перемешивания 120, при ниже чем около 150, предпочтительно меньше чем около 100. Кроме того, температуру смесителя предпочтительно оптимизируют таким образом, что основа смолы находится при около 54,4^oC или ниже, когда она первоначально встречает другие ингредиенты жевательной резинки, а продукт жевательной резинки находится при температуре около 54,4^oC или ниже (предпочтительно 51,7^oC или ниже), когда он покидает смеситель. Эта оптимизация температуры может сопровождаться, частично, селективным нагреванием и/или охлаждением барабанных секций, окружающих зоны перемешивания 220, 230, 240, 250 и 260 (фиг. 23.).

Для того чтобы произвести основу смолы, следующая предпочтительная процедура может быть такой. Эластомер, наполнитель и, по крайней мере, некоторое количество растворителя эластомера добавляют в первый большой порт загрузки 212 в первой зоне 210 смесителя 200 и подвергают высокодисперсионному перемешиванию в первой зоне перемешивания 220, в то же время перемещаясь в направлении стрелки 122. Остающийся растворитель эластомера (если вообще имеется) и поливинилацетат добавляют во второй большой порт подачи 232 во второй зоне перемешивания 230 и ингредиенты подвергают большему распределительному перемешиванию в оставшейся зоне перемешивания 230.

Жиры, масла, воски (если используют), эмульгаторы и необязательно окрашивающие агенты и антиоксиданты добавляют в порты впрыскивания жидкости 241 и 243 в третью зону перемешивания 230 и ингредиенты подвергают распределительному перемешиванию в зоне перемешивания 240, в то же время перемещая в направлении стрелки 122. В этой точке производство основы смолы должно быть закончено и основа смолы должна покинуть третью зону перемешивания 240 в виде, по существу, гомогенной массы, свободной от комков с однородной окраской.

Четвертую зону смешения 250 используют, в основном, для охлаждения основы смолы, хотя минимальное количество ингредиентов жевательной резинки может быть добавлено в нее. Затем для производства конечного продукта жевательной резинки могут быть добавлены глицерин, кукурузный сироп, другие объемные подслащиватели, содержащие сахар, высокоинтенсивные подслащиватели и отдушки в пятую зону смешения 260, и ингредиенты подвергают распределительному смешению. Если продукт смолы должен быть продуктом, не содержащим сахара, то гидролизат гидрированного крахмала или раствор сорбита могут быть использованы вместо кукурузного сиропа, а порошкообразные альдитолы могут быть использованы вместо сахара.

Предпочтительно глицерин добавляют в первый порт впрыскивания жидкости 261 в пятой зоне смешения 260.

Твердые ингредиенты (объемные подслащиватели капсулированные высокоинтенсивные подслащиватели и т.д.) добавляют в большой порт подачи 262. Сиропы (кукурузный сироп, гидролизат гидрированного крахмала, раствор сорбита и другие) добавляют в следующий порт впрыскивания жидкости 263 и отдушки добавляют в конечный порт впрыскивания жидкости 264. Или же отдушки могут быть добавлены в порты 261 и 263, для того чтобы способствовать пластификации основы смолы, тем самым снижая температуру и крутящий момент на шнеке. Это может позволить осуществлять вращение смесителя при более высоких оборотах в минуту и повысить производительность.

Ингредиенты смолы соединяют в гомогенную массу, которую выгружают из смесителя в виде непрерывного потока или "жгута". Непрерывный поток или "жгут" может быть выгружен на движущийся конвейер и перенесен в зону формования, где смоле придают желаемую форму, такую которая может быть получена путем вальцевания ее в пластины, рубки и разрезания на куски. Так как полный процесс производства жевательной резинки осуществляют в единичном непрерывном смесителе, существует меньше изменений в продукте и продукт является более чистым и более устойчивым благодаря его упрощенной механической и термической предистории.

Следующие примеры 13-22 проводили, используя замесочную машину Buss со 100 мм диаметром шнека перемешивания, имеющим конфигурацию, описанную выше в предпочтительном варианте (если не оговорено особо), с пятью зонами перемешивания и общей величиной расстояния перемешивания L/D 19 и начальной величиной расстояния транспортировки L/D 1-1/3. В конце смесителя не использовали головку, если не оговорено особо, и смесь продукта выгружали в виде непрерывного жгута. Каждый пример выполняли при таких расходах ингредиентов, которые позволяли получать продукт жевательной резинки с расходом 135 кг в час.

Жидкие ингредиенты загружали, используя объемные насосы в большие порты подачи ингредиентов и/или меньшие порты впрыскивания жидкости, обычно расположенные, как описано выше, если не оговорено особо. Насосы были подобраны соответствующего размера и отрегулированы для достижения желаемых скоростей подачи ингредиентов.

Сухие ингредиенты добавляли, используя гравиметрические шнековые подающие устройства, в большие порты добавления ингредиентов, расположенные, как описано выше. Вновь, подающие шнековые устройства были подобраны соответствующего размера и отрегулированы для достижения желаемых скоростей подачи ингредиентов.

Контроль температуры сопровождался циркулированием жидкостей через рубашки, окружающие каждую барабанную зону перемешивания и внутри шнека перемешивания. Водяное охлаждение использовали там, где температура не превышала 93,3^oC, и масляное охлаждение использовали при повышенных температурах. Если было желательно водяное охлаждение, использовали сливную воду (обычно при температуре около 14^oC) без дополнительного охлаждения. Регистрировали температуры и жидкости, и ингредиента смеси. Температуры жидкости устанавливали для каждой барабанной зоны перемешивания (соответствующей зонам 220, 230, 240, 250 и 260 на фиг. 23 и 24) и приводили ниже соответственно как Zl, Z2, Z3, Z4 и Z5 соответственно. Температуры жидкости также были установлены для шнека перемешивания 120 и приведены ниже как S1.

Реальные температуры смеси регистрировали вблизи конца нисходящего потока зон перемешивания 220, 230, 240 и 250; вблизи середины зоны перемешивания 260 и вблизи конца зоны перемешивания 260. Эти температуры смеси приводили ниже как T1, T2, TЗ, T4 и T5 соответственно. Реальные температуры смеси зависели от температур циркулирующей жидкости, теплообменных свойств смеси и окружающего барабана и механического нагревания от процесса перемешивания, и часто отличались от установленных температур вследствие дополнительных факторов.

Все ингредиенты добавляли в непрерывный смеситель при температуре окружающей среды (около 25^oC), если не оговорено особо.

Пример 5.

Этот пример иллюстрирует приготовление нелипкой жевательной резинки, содержащей сахар с ароматом мяты колосовой. Смесь 24,2% терпеновой смолы, 29,7% измельченного до пылевидного состояния бутилкаучука (75% каучука с 25% тонкоизмельченного карбоната кальция в качестве антиблокирующей добавки) и 46,1% тонкоизмельченного карбоната кальция загружали с расходом 11,3 кг/час в первый большой порт загрузки ингредиентов (порт 212 на фиг. 23 и 24). Низкомолекулярный полиизобутилен (мол.вес=12000), предварительно нагретый до 100^oC, также добавляли с расходом 2,8 кг/час в этот порт.

Измельченный низкомолекулярный поливинилацетат добавляли с расходом 6,0 кг/час во второй большой порт загрузки ингредиентов (порт 232 на фиг. 23 и 24).

Жировую смесь, предварительно нагретую до 83^oC, впрыскивали в порты впрыскивания жидкости в третью зону перемешивания (порты 241 и 243 на фиг. 23) с расходом 8,3 кг/час с 50% смесью, загружаемой через каждый порт. Жировая смесь включала 30,4% гидрированного соевого масла, 35,4% гидрированного хлопкового масла, 13,6% частично гидрированного соевого масла, 18,6% моностеарата глицерина, 1,7% порошка какао и 0,2% ВНТ.

Глицерин впрыскивали в первый порт впрыскивания жидкости в пятой зоне перемешивания (порт 261 на фиг. 23) с расходом 1,8 кг/час. Смесь 1,1% сорбита и 98,9% сахара добавляли в большой порт подачи в пятой зоне перемешивания (порт 262 на фиг. 23) с расходом 83,6 кг/час. Кукурузный сироп, предварительно нагретый до 44^oC, добавляли во второй порт впрыскивания жидкости в пятой зоне перемешивания (порт 263 на фиг. 23) с расходом 20 кг/час. Отдушку мяты перечной добавляли в третий порт впрыскивания жидкости в пятой зоне перемешивания (порт 264 на фиг. 23) с расходом 1,4 кг/час.

Температуры зон ZI-Z5 устанавливали 176,7, 176,7, 65,6, 13,9 и 13,9^oC соответственно (350, 350, 150, 57 и 57^oF соответственно). Температура шнека смешения SI была установлена при 48,9 (120^oF). Температуры смеси T1-T6 были измерены в стационарном состоянии 112,8, 98,0, 80, 38 и 37,8^oC (235, 209, 177, 101 и 100^oF) и слегка флуктуировали в процессе испытания. Вращение шнека было 80 об/мин.

Продукт жевательной резинки выгружали из смесителя при 48,9^oC. Продукт был сравним с продуктом, который был получен с помощью обычной пилотной установки периодического действия. Жевательная резинка была слегка каучукообразной, но не было видно комков.

Пример 6.

Этот пример иллюстрирует приготовление нелипкой жевательной резинки, содержащей сахар с ароматом мяты перечной. Сухую смесь 57% измельченного до пылевидного состояния бутилкаучука (75% каучука, 25% карбоната кальция) и 43% тонкоизмельченного карбоната кальция добавляли в первый большой порт загрузки ингредиентов 212 (фиг. 23) с расходом 6,3 кг/час. Расплавленный полиизобутилен (предварительно нагретый до 100^oС) также добавляли в порт 212 с расходом 4,3 кг/час.

Измельченный низкомолекулярный поливинилацетат добавляли в порт 232 с расходом 5,9 кг/час.

Жировую смесь (предварительно нагретую до 82^oС) закачивали в отношении 50/50 в порты 241 и 243 с расходом 10,6 кг/час. Жировая смесь включала 33,6% гидрированного соевого масла, 24,9% частично гидрированного соевого масла, 6,6% моностеарата глицерина, 1,3% порошка какао и 0,1% ВНТ.

Глицерин добавляли в порт 261 с расходом 0,9 кг/час. Смесь 98,6% сахара и 1,4% сорбита добавляли в порт 262 со скоростью 88,2 кг/час. Кукурузный сироп (предварительно нагретый до 40^oС), добавляли в порт 263 с расходом 18 кг/час. Отдушку мяты перечной добавляли в порт 264 с расходом 0,9 кг/час.

Температуры зон (ZI-Z5) устанавливали 176,7, 176,7, 148,9, 15,6 и 15,6^oC соответственно (350, 350, 300, 60 и 60^oF соответственно). Температура шнека (S1) была установлена при 93,3^oС (200^oF). Температуры смеси (T1-T6) были измерены как 147, 108, 125, 50, 36,7 и 41^oC (297, 228, 258, 122, 98 и 106^oF соответственно). Вращение шнека было 85 об/мин.

Продукт жевательной резинки выгружали из смесителя при 48^oС. Конечный продукт был свободен от комков, но был сухим и обладал недостаточным пределом прочности при растяжении. Эти дефекты были приписаны скорее составу, чем процессу переработки.

Пример 7.

Этот пример иллюстрирует приготовление жевательной резинки для таблетированного покрытия с ароматом мяты колосовой. Смесь 27,4% высокомолекулярной терпеновой смолы, 26,9% низкомолекулярной терпеновой смолы, 28,6% измельченного до пылевидного состояния бутилкаучука (75% каучука, 25% карбоната кальция) и 17,7% тонкоизмельченного карбоната кальция загружали в первый большой порт загрузки ингредиентов 212 (фиг. 23) с расходом 15,1 кг/час. Расплавленный полиизобутилен (100^oС) закачивали в тот же порт с расходом 0,6 кг/час.

Низкомолекулярный поливинилацетат загружали в порт 232 с расходом 8,9 кг/час.

Жировую смесь (82^oС) добавляли в отношении 50/50 в порты 241 и 243 с расходом 7,8 кг/час. Жировая смесь включала 22,6% гидрированного хлопкового масла, 21,0% частично гидрированного соевого масла, 21,0% гидрированного соевого масла, 19,9% моностеарата глицерина, 15,4% лецитина и 0,2% ВНТ.

Сахар загружали в порт 262 с расходом 71 кг/час. Кукурузный сироп (40^oC) добавляли в порт 263 с расходом 30,8 кг/час. Отдушку мяты колосовой добавляли в порт 264 с расходом 0,8 кг/час.

Температуры зон (ZI-Z5) устанавливали 71,1, 71,1, 43,3, 15,6 и 15,6^oC соответственно (160, 160, 110, 60 и 60^oF соответственно). Температура шнека (S1) была установлена при 20^oС (68^oF). Температуры смеси (T1-T6) были измерены как 110, 101,8, 74, 40,6, 43 и 44^oC (230, 215, 166, 105, 109 и 111^oF соответственно). Вращение шнека было 80 об/мин.

Продукт жевательной резинки выгружали из смесителя при 49^oC. Продукт был совершенной консистенции и обладал когезией в процессе жевания (нормальный для таблетированного центра). Комков основания не было видно.

Пример 8.

Этот пример иллюстрирует приготовление жевательной резинки, содержащей сахар с ароматом фруктовой отдушки. Смесь 39,3% измельченного до пылевидного состояния бутилкаучука (75% каучука, 25% карбоната кальция), 39,1% низкомолекулярной терпеновой смолы и 21,6% тонкоизмельченного карбоната кальция добавляли в первый большой порт загрузки ингредиентов 212 (фиг. 23) с расходом 9,3 кг/час.

Смесь 33,0% низкомолекулярной терпеновой смолы и 67,0% низкомолекулярного поливинилацетата добавляли с расходом 11 кг/час во второй большой порт загрузки 232. Полиизобутилен (предварительно нагретый до 100^oС) также добавляли в порт 232 с расходом 0,45 кг/час.

Состав жир/воск (82^oC) впрыскивали в отношении 50/50 в порты впрыскивания жидкости 241 и 243 с расходом 6,3 кг/час. Состав включал 29,7% парафинового воска, 21,7% микрокристаллического воска (т.пл.=76,7^oС), 5,7% микрокристаллического воска (т.пл.=82,2^oС), 8,6% гидрированного хлопкового масла, 11,4% лецитина сои, 2,1% порошка какао и 0,3% ВНТ.

Глицерин впрыскивали в порт впрыскивания жидкости 261 с расходом 1,5 кг/час. Смесь 88,5% сахарозы и 11,5% моногидрата декстрозы добавляли в большой порт 262 с расходом 90,5 кг/час. Кукурузный сироп (40^oC) впрыскивали в большой порт 263 с расходом 1,4 кг/час и смесь 88,9% фруктовой отдушки и 11,1% лецитина сои впрыскивали с расходом 1,2 кг/час в порт впрыскивания жидкости 264.

Температуры зон (ZI-Z5) устанавливали 218,3, 218,3, 93,3, 16,1 и 16,1^oC соответственно (425, 425, 200, 61 и 61^oF соответственно). Температура шнека (S1) была установлена при 18,9^oС (66^oF). Температуры смеси (T1-T6) были измерены как 182, 136, 85, 40,6, 37,8 и 43^oC (359, 278, 185, 105, 100 и 109^oF соответственно). Вращение шнека было 70 об/мин.

Продукт жевательной резинки выгружали из смесителя при 50^oС. Продукт был очень мягким, когда был теплым, и расслаивался в процессе жевания. Однако это было нетипичным для этого продукта. После старения в течение двух месяцев продукт вновь жевался, и было найдено, что он обладает превосходной текстурой и ароматом. Комков каучука не было видно.

Пример 9.

Этот пример иллюстрирует приготовление кусков пузыристой жевательной резинки, содержащей сахар. Для этого примера конфигурация смесителя была слегка изменена по сравнению с предпочтительной конфигурацией, описанной выше и использованной в примерах 5-8. Конкретно, была введена 30 мм круглая головка на выходном конце смесителя.

Смесь 68,9% высокомолекулярного поливинилацетата и 31,1% тонкоизмельченного талька добавляли в первый большой порт загрузки ингредиентов 212 (фиг. 23) с расходом 15,9 кг/час.

Полиизобутилен (предварительно нагретый до 100^oС) также добавляли в порт 212 с расходом 1,8 кг/час. Ацетилированный моноглицерид был впрыснут с расходом 1,2 кг/час дальше нисходящего потока, в первую зону перемешивания 220, используя порт впрыскивания жидкости (полую барабанную шпонку), не показанный на фиг. 23.

Дополнительный полиизобутилен (100^oС) с расходом 1,8 кг/час и глицериновый эфир частично гидрированной смолы древесины с расходом 6,0 кг/час добавляли во второй большой порт 232. Смесь 43,6% моностеарата глицерина, 55,9% триацетина и 0,5% ВНТ добавляли с расходом 3,0 кг/час в порт впрыскивания жидкости 241.

Глицерин впрыскивали с расходом 0,95 кг/час в порт впрыскивания жидкости 261. Смесь 98,4% сахарозы и 1,6% лимонной кислоты добавляли в большой порт подачи 262 с расходом 76,7 кг/час. Кукурузный сироп (40^oС) впрыскивали в порт впрыскивания жидкости 263 с расходом 26,3 кг/час и смесь 60% отдушки лимона-лимы и 40% лецитина сои добавляли в порт впрыскивания жидкости 264 с расходом 1,4 кг/час.

Температуры зон (ZI-Z5) были установлены в конечном счете при 226,7, 226,7, 72, 36,1, 41 и 45^oC соответственно (440, 440, 161, 97, 108 и 112^oF соответственно). Температура шнека (S1) была установлена в конечном счете при 26,7^oС (80^oF). Температуры смеси (T1-T6) в конечном счете были измерены как 87, 80, 72, 36,1, 42 и 44^oC (189, 176, 161, 97, 108 и 112^oF соответственно). Вращение шнека было 55 об/мин.

Сначала продукт был выгружен из экструдера при 60^oC и показывал признаки термического напряжения. Температуры зон ZI и Z2 были затем понижены на 10^oF каждая и температура шнека S1 была поднята на 20^oF до величин, показанных выше. Это заставило температуру жевательной резинки на выходе упасть до 50^oС, а качество продукта заметно улучшилось.

В процессе жевания продукт обнаружил превосходную текстуру, аромат и пузыристые раздувные характеристики. Комков каучука не было видно.

Пример 10.

Этот пример иллюстрирует приготовление жевательной резинки, не содержащей сахара, с ароматом мяты колосовой. Смесь 42,1% тонкоизмельченного карбоната кальция, 18,9% глицеринового эфира смолы древесины, 17,0% измельченного бутилкаучука и 5,3% измельченного до пылевидного состояния (25:75) стирол-бутадиенового каучука (75% каучука, 25% карбоната кальция) добавляли в порт загрузки ингредиентов 212 (фиг. 23) с расходом 17,3 кг/час.

Низкомолекулярный поливинилацетат с расходом 5,7 кг/час и полиизобутилен (предварительно нагретый до 100^oС) с расходом 5,7 кг/час добавляли в порт 232.

Жировую смесь (82^o С) впрыскивали в отношении 50/50 в порты 241 и 243 с расходом 9,4 кг/час. Жировая смесь включала 35,7% гидрированного хлопкового масла, 30,7% гидрированного соевого масла, 20,6% частично гидрированного соевого масла, 12,8% моностеарата глицерина и 0,2% ВНТ.

В отличие от предыдущих примеров глицерин впрыскивали в четвертую зону перемешивания 250 (фиг. 23) с расходом 11,5 кг/час через порт впрыскивания жидкости (не показан). Смесь гидролизата гидрированного крахмала и глицерина (при 40^oС), подвергнутая предварительному совместному выпариванию, была впрыснута дальше нисходящего потока в четвертую зону перемешивания 250 через другой порт впрыскивания жидкости (не показан). Смесь, подвергнутая предварительному совместному выпариванию, содержала 67,5% твердых частиц гидролизата гидрированного крахмала, 25% глицерина и 7,5% воды.

Смесь 84,8% сорбита, 14,8% маннита и 0,4% капсулированного аспартама добавляли в порт 262 в пятой зоне перемешивания с расходом 73,0 кг/час. Смесь 94,1% отдушки мяты колосовой и 5,9% лецитина впрыскивали в порт 264, расположенный дальше нисходящего потока, с расходом 2,3 кг/час.

Температуры зон (ZI-Z5) были установлены 204,4, 204,4, 65,6, 16,7 и 16,7^oC соответственно (400, 400, 150, 62 и 62^oF соответственно). Температура шнека (S1) была установлена при 18,9^oС (66^oF). Температуры смеси (T1-T6) были измерены как 153, 133, 95, 47, 39 и 47^oC (307, 271, 202, 118, 103 и 116^oF соответственно). Вращение шнека было 69 об/мин.

Продукт жевательной резинки выгружали из смесителя при 47^oC. Жевательная резинка имела хороший внешний вид без пятен сорбита или комков каучука. Жевательная резинка была слегка влажной на ощупь, липкой и пушистой (низкой плотности), но была приемлемой. В процессе жевания жевательная резинка была первоначально мягкой, но затвердевала в процессе продолжения жевания.

Примеры 11-17.

Эти примеры иллюстрируют приготовление жевательной резинки, содержащей сахар с ароматом мяты перечной и содержащей некоторые количества добавленного жира/масла в первую зону с твердым эластомером. Для этих примеров экструдер Buss показан на фиг. 23 и 24, и он имеет пять барабанных зон перемешивания (соответствующих зонам 220, 230, 240, 250 и 260), но зона 250 была исключена. Основу смешивают в зонах 220, 230 и 240, а жевательную резинку смешивают в зоне 260.

Пример 11 (сравнительный).

Смесь 28,3% бутилкаучука, 12,9% низкомолекулярной терпеновой смолы и 45,7% карбоната кальция добавляли в первый большой порт загрузки ингредиентов 212 (фиг. 23) с расходом 10,7 кг/час.

Смесь 8,6% высокомолекулярного поливинилацетата, 68,8% низкомолекулярного поливинилацетата, 10,3% низкомолекулярной терпеновой смолы, 10,4% высокомолекулярной терпеновой смолы и 1,9% порошка какао добавляли с расходом 8,4 кг/час, во второй отвод порта загрузки 232. Полиизобутилен (предварительно нагретый до 100^oC) также добавляли в порт 232 с расходом 1,6 кг/час.

Жировой состав (82^oC) впрыскивали в отношении 50/50 в порты впрыскивания жидкости 241 и 243 с расходом 6,3 кг/час. Состав включал 32,7% гидрированного хлопкового масла, 20,3% моностеарата глицерина, 19,2% гидрированного соевого масла, 74,1% лецитина, 13,5% частично гидрированного хлопкового масла и 0,2% ВНТ.

Глицерин впрыскивали с расходом 1,8 кг/час в порт 261. Смесь 85% сахарозы и 15% моногидрата декстрозы добавляли в большой порт подачи 262 с расходом 91,4 кг/час. Кукурузный сироп (40^oС) впрыскивали в порт впрыскивания жидкости 263 с расходом 13,5 кг/час и смесь 90% отдушки мяты перечной и 10% лецитина впрыскивали в порт впрыскивания жидкости 264 с расходом 1,4 кг/час. Температуры зон (Zl, Z2, Z3 и Z5) были установлены при 148,9, 148,9, 37,8 и 21,1^oC соответственно (300, 300, 100 и 70^oF соответственно). Температура шнека (S1) была установлена при 37,8^o С (100 ^oF). Использовали температуры смеси 151,7, 119, 68,3 и 37,8^oC (305, 246, 155 и 100^oF соответственно). Вращение шнека было 61 об/мин. Продукт жевательной резинки выгружали из смесителя при 50^oС.

Для примеров 12-14 были использованы те же составы и способы для изготовления трех различных основ и продуктов жевательной резинки, используя экструдер Buss. Различие заключалось в том, что количество бутилкаучука было смешано только при комнатной температуре с гидрированным соевым маслом при концентрации 1% (пример12), 2,5% (пример13) и 5% (пример 14) бутилкаучука. Это позволяло более раннее добавление жидкого масла в зону 220. Остающееся гидрированное соевое масло добавляли с другими жирами/маслами в порты впрыскивания жидкости 241 и 243, как отмечено в примерах 6-11.

Расход каучука/волокна/смолы был от около 11,0 до 11,1 кг/час. Расход для ПВА/смолы был от около 8,1 до 8,2 кг/час. Расход для масложирового состава был от 6,2 до 6,4 кг/час и расход для полиизобутилена был 1,6 кг/час.

Для примеров 15-17 были использованы те же составы и способы для изготовления трех различных основ и продуктов жевательной резинки, используя экструдер Buss. Различие в этих трех примерах заключалось в том, что вместо гидрированного соевого масла был использован моностеарат глицерина, который был смешан с бутилкаучуком. Была использована концентрация моностеарата глицерина 1% (пример15), 2,5% (пример16) и 5% (пример 17) бутилкаучука. Остающийся моностеарат глицерина добавляли с другими жирами/маслами в порты впрыскивания жидкости 241 и 243.

Результаты по сенсорным свойствам примеров 12-14 и 15-17 показали, что было мало различий в основе или жевательной резинке в результате добавления 1% или 2,5% мягчителя, добавленного очень рано с каучуком. При концентрации гидрированного соевого масла 5% основа и жевательная резинка были немного мягче для примера 14. Однако пример 17 с 5% моностеарата глицерина не обнаруживал этой дополнительной мягкости.

Эти испытания показали, что мягчители могут быть добавлены очень рано в основу загрузки и они были успешно добавлены для изготовления продукта жевательной резинки.

Следует заметить, что способы настоящего изобретения способны осуществляться в форме различных вариантов, только некоторые из которых были проиллюстрированы и описаны выше. Изобретение может быть осуществлено в других формах без отклонения от его сути и существенных характеристик. Необходимо отметить, что дополнительные конкретные другие ингредиенты, стадии способа, материалы или компоненты, не включенные конкретно, будут отрицательно влиять на настоящее изобретение. Наилучшая форма изобретения поэтому может исключать введение или использование в изобретении ингредиентов, стадий способа, материалов или компонентов, других чем те, которые приведены выше. Однако описанные варианты рассматриваются во всех отношениях как иллюстративные и не ограничивают изобретения и объем изобретения, поэтому определяются в большей степени прилагаемой формулой изобретения, чем вышеприведенным описанием. Все изменения, которые находятся в пределах значений и области эквивалентности формуле изобретения, включают в пределы этого объема.