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Klebmittel für die Herstellung von Wellpappe und Verfahren zur Herstellung desselben
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Klebmittel zur Herstellung von Wellpappe. Insbesondere be- trifft die Erfindung die Herstellung eines Nichttrager-Klebmittels für Wellpappe, d. h. eines aus einer einfachen Mischung bestehenden Klebmittels an Stelle eines üblichen, aus zwei Komponenten bestehen- den Klebmittels.
Wellpappe wird gegenwärtig in einem kontinuierlichen mehrstufigen Verfahren hergestellt. Ein etwas befeuchteter Papierstreifen wird durch erwärmte gerillte Walzen geleitet. Auf einer Seite des erwärmten gerillten Papiers wird auf den oberen Rand jeder Rille Klebstoff aufgebracht. Unmittelbar danach wird ein Streifen von Auflagepapier mit den mit Klebstoff behandelten Rillen des gewellten Papiers unter Erwärmung und Druck in Berührung gebracht, was zur Bildung einer festen Klebbindung führt.
Dieses Produkt ist in der Technik als einseitig gewellte Wellpappe bekannt.
Eine andere Art von Wellpappe ist die doppelt gewellte. Die doppelt gewellte Pappe wird durch Aufbringen von Klebstoff auf die freiliegenden Rillen der einfach gewellten Pappe und Aufbringen einer zweiten Auflage auf die mit Klebstoff überzogenen Ränder der Rillen hergestellt. Das Aufbringen der zweiten Auflage ist schwieriger als das der ersten, weil während des Erhärtens und Bindens des Klebstoffes weniger Druck angewendet werden kann, damit nicht der gewellte Streifen zusammengedrückt wird.
Weil weniger Wärme und Druck für das Binden der zweiten Auflage auf die Rillen zur Verfügung stehen, ist es häufig notwendig, für das Befestigen der zweiten Auflage einen etwas verschiedenen Klebstoffansatz anzuwenden.
Wellpappen werden mit Maschinengeschwindigkeiten bis zu mindestens 200 m/min hergestellt. Eine derartige augenblickliche Klebbindung erfordert tatsächlich einen ganz besonderen Klebstoff. Der Klebstoff muss ausreichend viskos sein, um in seiner Lage auf dem Rand der Rille zu verbleiben bzw. nach seinem Aufbringen jegliche in dem Papier vorhandenen Vertiefungen auszufüllen. Ausserdem muss er unter dem Einfluss von Wärme und leichtem Druck augenblicklich zu binden vermögen, weil bei den gegenwärtigen Maschinengeschwindigkeiten sogar eine doppelseitige Wellpappe zur Gänze m weniger als 1 min gebildet wird.
In der Wellpappenindustrie werden gegenwärtig Stärkeklebstoffe verwendet, doch sind alle diese Klebstoffe Zweikomponentenklebstoffe, welche besondere Misch- und Autbewahrungsmaschinen erfordern. Die beiden Komponenten bestehen aus einem Trägerstärkeanteil und einem Rohstärkeanteil. Der Trägeranteii enthält gelatinierte Stärke, die, wenn sie mit dem rohen (ungelatmienen) Stärkeanteil vermischt wird, wie ein Träger oder Suspendiermittel für die ungelatinierte Stärke wirkt. Die Festigkeit einer Stärkeklebstoffbindung in der Wellpappenindustrie ist von dem Quellen und abschliessenden Gelatinieren des ungelatinienen Stärkeantells abhängig.
Daher würde das ideale Wellpappenklebmittel nur ungelatinierte Stärke enthalten. Vor der Erfindung wurde dies als unmöglich angesehen.
Es br ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines WellpappeukleDmittels zu schaffen, worin ungelatinierte Stärke chemisch behandelt wird, um als ihr eigener Träger zu wirken, gleichzeitig aber nicht überbehandelt wird, so dass sie in ungelatinierter Form verbleibt.
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Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Wellpappenklebmittel zu schaffen, welches einfach, gleichförmig und homogen ist und ein Einkomponentensystem darstellt.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Wellpappenklebmittel mit verbessertem Wasserhaltevermögen zu schaffen.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Wellpappenklebmittel mit verbesserter Viskositätsbeständigkeit zu schaffen.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines stärkehaltigen Wellpappenklebmittels zu schaffen, welches die Notwendigkeit des Kochens und infolgedessen das üblicherweise erforderliche Zweibehälter-Stärkesystem beseitigt.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Wellpappenklebmittels zu schaffen, welches die Herstellungszeit abkürzt.
Noch ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, eine Wellpappe mit verbesserter Bindung zu schaffen.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine Wellpappe mit geringerer Neigung zum Verwerfen als bisher zu schaffen.
Andere Ziele und Vorteile der Erfindung werden sich für den Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung ergeben.
Erfindungsgemäss wird Rohstärke mit Alkali unter bestimmten Temperatur-und Konzentrationsbedingungen behandelt, um die Stärkekörnchen in der Suspension teilweise zu quellen. Die Quellreaktion wird nach einer bestimmten Zeit abgebrochen, um den richtigen Quellgrad zu sichern.
Im besonderen wird durch die Erfindung ein Klebmittel mit einem Gehalt an gelatinierter und ungelatinierter Stärke geschaffen, das zur Verwendung als Klebmittel für Wellpappe geeignet ist, welches
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hält, der pH-Wert der Aufschlämmung zwischen 8 und 13 liegt, einen Gelierungspunkt von 57 bis720C und eine Stein-Hall-Viskosität von 20 bis 90 sec aufweist.
Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Wellpappenklebmittels vor, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man ungelatinierte, unmodifizierte Stärke oder ungelatinierte, chemisch modifizierte Stärke sowie Wasser und Alkali in solchen Mengen miteinander vermischt, dass die erhaltene wässerige Aufschlämmung 10-40 Gew.-% Stärkefeststoffe enthält und der pH-Wert der Aufschlämmung zwischen 8 und 13 liegt, dass die Temperatur der Aufschlämmung auf einen zwischen 74 und 210C liegenden Wert gebracht wird, wobei die Temperatur dem pH-Wert verkehrt proportional ist, und dass dann der Gelierungspunkt des Reaktionsgemisches auf einen Wert zwischen 57 und 720C eingestellt wird.
Das erfindungsgemässe Wellpappenklebmittel, welches ungelatinierte, teilweise gequollene Stärke enthält, hat eine Feststoffkonzentration von 10 bis 40 Gew. -0/0, vorzugsweise von 12 bis 30 Gew.-%, einen Gelierungspunkt von 57 bis 72 C, vorzugsweise von 62,5 bis 66, 5 C, und einen pH-Wert zwischen 8 und 13, vorzugsweise zwischen 11 und 12,5. Die Reaktionstemperatur beträgt 21-74 C, vorzugsweise 37-52oC, wobei das fertige Klebmittel eine Stein-Hall-Viskosität von 20 bis 90 sec, vorzugsweise von 25 bis 40 sec, besitzt.
Die einzelnen Bestandteile, nämlich Stärke, Alkali und Wasser, können in jeder gewünschten Reihenfolge vermischt werden. Die Herstellungsweise des pastenförmigen Breies hängt teilweise von den gewünschten Eigenschaften des Klebstoffes ab. Beispielsweise schwankt das Verhältnis von Alkali zu Wasser gemäss der für die Reaktion gewählten Temperatur.
Die erhaltene Klebmittelpaste muss einen Gelierungspunkt im Bereich von 57 bis 700C haben. Es ist dem Fachmann wohlbekannt, wie die Konzentrationen der Bestandteile und die Reaktionstemperatur zu verändern sind, um eine zufriedenstellende Klebstoffpaste zu erhalten. Die folgenden Beispiele erläutern einige der möglichen Kombinationen, welche zufriedenstellende Klebstoffpasten mit ausgezeichnetem Bindevermögen ergeben.
Wie zuvor erwähnt, wird nach der Erfindung ungelatinierte Stärke chemisch behandelt, um eine teilweise gequollene Stärkesuspension zu erhalten. Um Überbehandlung zu verhindern, wird das Quellen nach einer bestimmten Zeit abgebrochen. Das Abbrechen der Reaktion kann in verschiedener Weise bewirkt werden, wie z. B. durch einen Zusatz von Borax, Alaun, kaltem Wasser, Eis, einem sauren Stoff od. dgl. Im wesentlichen ist jeglicher Zusatz oder jede Änderung, welche veranlasst, dass die Eigenschaften der Reaktionsmischung ausserhalb der für das Quellen der Stärke erforderlichen fallen, als Unterbrechungsmittel für die Reaktion ausreichend.
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Zu den geeigneten Stärken gehören unmodifizierte, ungelatinierte Stärke, z. B. Mais-, Tapioka-, Milostärke, wachsartige Maisstärke, Weizen-, Kartoffelstärke u. dgl. sowie chemisch-modifizierte, ungelatinierte Stärke, wie oxydierte Stärke, sauer-modifizierte Stärke, enzym-modifizierte Stärke, che-
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sen und werden im nachfolgenden als S. H. Viskosität bezeichnet. Das in jedem Beispiel verwendete kaustische Mittel war Natriumhydroxyd ; jedoch sind Kaliumhydroxyd oder andere alkalische Stoffe in gleicher Weise zufriedenstellend.
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ches 17 g Alkohol bei 770C enthielt, zugesetzt. Diese Mischung wurde gerührt und während 15 min reagieren gelassen.
Alaun in einer Menge von5 g in 15 ml Wasser wurde zugesetzt und die Mischung wurde weitere 5 min gerührt. Die erhaltene Wellpappenklebstoffpaste hatte eine anfängliche SteinHall-Becher-Viskosität von 33 sec, nach 2 h war sie 32 sec und nach 24 h 33 sec. Der Gelierungspunkt der Paste war 64-650C.
Beispiel 2 : DiesesBeispiel erläutert eine Abwandlung in der Reaktionszeit, wobei zufriedenstel- lende Pasten in einer so kurzen Reaktionszeit wie 1 min oder in einer so langen Zeit wie 1 h hergestellt werden.
Ein Gemisch aus 500 ml Wasser und 17 g Alkali von 82 C wurde zu einem Brei von 500 g ungelatinierter leicht sauermodifizierter Maisstärke (Fluidität 7) und 1782 ml Wasser von 430C zugesetzt. Das Alkali-Wassergemisch wurde innerhalb 2 min zugesetzt. Die erhaltene Mischung wurde 60 sec gemischt und 3 g Alaun in 15 ml Wasser wurden zum Anhalten der Reaktion zugesetzt. Die Gesamtmischung wurde 5 min gemischt und das so erhaltene Mittel hatte eineStein-Hall-Viskosität von42 und einen Gelie-
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Die gleichen Bestandteile wurden verwendet, um einen Klebstoff herzustellen, wobei die Reaktionszeit 1h war. Weil die Reaktion über eine so lange Zeit stattfand, war es notwendig, die Reaktion bei einer niedrigen Temperatur durchzuführen, um übermässiges Quellen der Stärkekörnchen zu verhindern.
Das Wasser-Alkaligemisch hatte eine Temperatur von 71 C als es zu dem Stärke-Wasserbrei zugesetzt wurde, welcher eine Temperatur von 350C hatte. Die während der einstündigen Reaktionszeit aufrecht erhaltene Reaktionstemperatur war 41, 50C. Das erhaltene Mittel hatte eine Stein-Hall-Viskosität am Ende der einen Stunde von 30 und einen Gelierungspunkt von 61 bis 62oc. Auch weil die Reaktionszeit länger war, wurden nur l, 4 g Alaun zum Anhalten der Reaktion am Ende der einen Stunde benötigt.
Beispiel 3 : DiesesBeispiel erläutert eine Abwandlung in der Reaktionstemperatur, wobei zufriedenstellende Pasten mit Reaktionstemperaturen zwischen etwa 2 7 und 620C erhalten werden. Das gleiche allgemeine Verfahren wurde in diesem Beispiel wie in Beispiel 2 angewendet, wobei Wasser und Alkali in Lösung zu einem Stärke-Wasser-BreibeidenTemperaturen und in den Anteilen, wieinderfolgenden Tabelle angegeben, zugesetzt wurden. Es ist zu beachten, dass mehr Alkali bei der niedrigeren Reaktionstemperatur erforderlich war, um ausreichende Quellen der Stärkekörnchen bei der Temperatur zu bewirken. Die in diesem Beispiel benutzte Stärke war ungelatinierte, unmodifizierte Maisstärke.
Tabelle 1 :
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schwankenden Gelierungspunkt zu ergeben. Die gleichen Anteile an Wasser, Alkali und Stärke wurden angewendet wie in Beispiel 2. Das Wasser-Alkali-Gemisch von 770C wurde zu der Wasser-Stärkemi- schung bei 380C zugesetzt. Diese Mischung wurde während 10 min unter Rühren reagieren gelassen. Alaun in einer Menge von10 g wurde zugegeben und die Mischung weitere 5 min gerührt. Die erhaltene Paste hatte eine Stein-Hall-Viskosität von 29 und einen Gelierungspunkt von 69 bis 70 C.
Wasser, Alkali und Stärke in den gleichen Mengen wie oben wurden wie folgt zusammengegeben.
Die Wasser-Alkalimischung von 770C wurde zu der Stärke-Wassermischung von 35 C zugesetzt. Dieerhaltene Mischung wurde 60 min gemischt, wonach die Stein-Hall-Viskosität 30 und der Gelierungspunkt 58 - 590C war. Die Reaktionstemperatur war 39, 5 C, und weil sie niedrig war, waresunnötig, einen Reaktionsanhalter hinzuzugeben. Die in diesem Beispiel verwendete Stärke war ungelatinierte, leicht sauer-modifizierte Maisstärke mit einer Fluidität von 7.
Beispiel 5: Dieses Beispiel erläutert eine Abwandlung im Feststoffgehalt, wobei zufriedenstellende Pasten mit einer Schwankung im Feststoffgehalt von 10 bis 350/0 (Trockenbasis) erhalten werden.
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wurde während 6 min reagieren gelassen, wonach 5 g Alaun zugesetzt wurden und die ganze Mischung noch weitere 5 min gerührt wurde. Die erhaltene Paste hatte eine Stein-Hall-Viskosität von 35 und einen Gelierungspunkt von 64 bis 65 C. Auf Trockenbasis betrug der Feststoffgehalt dieser Paste lOgo.
Bei der gleichen Temperatur wie oben wurden Wasser und Alkali in Mengen von 500 ml und 30g zu 1450 ml Wasser und 1050 g Stärke zugesetzt. Diese Mischung wurde während 12 min reagieren gelassen. Es war notwendig, die Reaktionszeit zu verlängern, weil der höhere Feststoffgehalt (Trockenbasis) von 35% ein langsameres Fortschreiten der Reaktion verursachte. Nach 12 min wurde Alaun in einer Menge von 5 g zugesetzt und die gesamte Mischung weitere 5 min gerührt. Die erhaltene Paste hatte eine Stein-Hall-Viskosität von 30 und einen zufriedenstellenden Gelierungspunkt. Die gleiche Stärke wurde in diesem Beispiel wie in Beispiel 4 verwendet.
Beispiel6 :DiesesBeispielerläutertdieBrauchbarkeitverschiedenerStärkeartensowohlinderunmodifizierten wie in der chemisch-modifizierten Form. In jedem Beispiel der folgenden Tabelle 2 wurde die Wasser-Alkalimischung zu der Wasser-Stärkemischung zugesetzt und die Reaktion während einer Zeit vor sichgehengelassen, welche unmittelbarunterhalb der Stärke erwähnt ist. Diese Zeitenschwankten gemäss der für die besondere Stärkeart erforderlichen Zeit, um in dem gewünschten Grad zu quellen.
Tabelle 2 :
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3 min wurden 17 g Alkali und 25 ml Wasser zugesetzt und die erhaltene Mischung weitere 10 min gerührt. 11 g Borax (Natriumborat) wurden zugesetzt und die schliessliche Mischung noch 20 mingerührt.
Die erhaltene Paste hatte eine Stein-Hall-Viskosität von 38, ein PH von 12,2 und einen Gelierungspunkt von 61 bis 620C. Die in diesem Beispiel benutzte Stärke war unmodifizierte ungelatinierte Maisstätke.
Alle in den Beispielen 1 - 8 hergestellten Klebstoffpasten sind zur Verwendung alsWellpappenklebstoffpasten in technischen Wellpappenherstellungsanlagen geeignet. Verwendung einer typischen erfindungsgemässen Paste zum Herstellen von Wellpappe wird in Beispiel 9 erläutert.
Beispiel 9 : Ungelatinierte, schwach sauer-modifizierte Maisstärke mit einerFluiditätvon7in einer Menge von 454 kg wurde in 1620 l Wasser bei oc angeteigt. Zu diesem Brei wurde eine Lösung von 15,4 kg Alkali in 454 1 Wasser von 770C zugesetzt. Die Alkalilösung wurde zu dem Stärkebrei während einer Zeit von4 min zugesetzt, was zu einerEndtemperatur der Mischung von47 C führte. Die Mischung wurde unter Rühren während etwa 6 min reagieren gelassen.
Die Viskositätsablesungen während der Reaktion waren folgende :
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<tb> Zeit <SEP> S. <SEP> H.-Viskosität
<tb> 1 <SEP> min <SEP> 30 <SEP> sec <SEP> 19
<tb> 4 <SEP> min <SEP> 30 <SEP> sec <SEP> 40
<tb> 6 <SEP> min <SEP> 10 <SEP> sec <SEP> 56 <SEP>
<tb>
Alaun in einer Menge von 1, 27 kg in 13, 61 Wasser wurde mit der Reaktionsmischung vermischt.
Nach 8 min war die S.H.-Viskosität 72 und daher wurde eine zusätzliche Menge von 0, 68 kg Alaunhin-
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91wurden in einem Standard-Stiftadhäsionstest die Auflagen von den Rillen entfernt. Der Stiftadhäsions- test wird ausgedrückt in kg, die notwendig sind, um etwa 60 cm Länge an Auflage von der Wellpappe an der Leimlinie abzureissen. In jedem Fall erforderte die Wellpappe dieses Beispieles mehr Zug zum
Abtrennen der Auflage als bei üblicherweise hergestellten Wellpappen, und wenn die Pappe dieses Beispieles sich trennte, wurden die Auflagen von den Rillen in jedem Fall entfernt. Auflagefreie Rillen sind Beispiele einer Wellpappe mit überlegener Bindungsstärke.
Obwohl die Erfindung an gewissen besonderen Ausführungsformen beschrieben wurde, sind diese nur erläuternd zwecks Klarstellung der Erfindung, und die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Zahlreiche Abwandlungen der Erfindung liegen für den Fachmann auf der Hand.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Klebmittel für die Herstellung von Wellpappe mit einem Gehalt an gelatinierter und ungelatinierter Stärke, gekennzeichnet durch ein Reaktionsgemisch aus teilweise gequollener Stärke, Wasser und Alkali in solchen Anteilen, dass diese Aufschlämmung 10-40 Gew.-lo Stärkefeststoffe enthält, der pH-Wert der Aufschlämmung zwischen 8 und 13 liegt, einen Gelierungspunkt von 57 bis 72 C aufweist und eine Stein-Hall-Viskosität von 20 bis 90 sec besitzt.