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Verfahren zur Herstellung eines zum Befestigen von Schleifkörnern
auf einem biegsamen Träger geeigneten Klebmittels auf Stärkegrundlage Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines modifizierten Stärkeklebmittels, das
bei der Herstellung von Sandpapier od. dgl. zur Befestigung des Schleifmittelgrießes
auf dem Träger dient.
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Die vorliegende Erfindung betrifft genauer ein Verfahren zur Herstellung
eines besonders zum Befestigen von Schleifkörnern auf einem biegsamen Träger geeigneten
Klebmittels auf Stärkegrundlage, wobei ein Stärkebrei mit einer wäßrigen Lösung
eines Oxydationsmittels bei mindestens 27°, jedoch unterhalb der Gelatinierungstemperatur
der Stärke, behandelt wird, bis das Gemisch so weit sauer geworden ist, daß es durch
Alkalihydroxyd in eine Klebstoffmasse umgewandelt werden kann, die eine Viskosität
von 1000 bis 8000 cP bei 45° und 40 bis 500% Festteilchen aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Umwandlung Alkalihydroxyd in solcher Menge zugegeben wird, daß 9 bis 16,
vorzugsweise 10 bis 12 Gewichtsteile Alkalihydroxyd auf 100 Teile unoxydierter Stärke
kommen.
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Es sind schon verschiedene Modifikationen der Stärke als Klebmittel
für viele Zwecke mit Erfolg verwendet worden. Eine wichtige Forderung bei ihrer
Verwendung zur Herstellung von mit Schleifmitteln überzogenen Gegenständen ist die
hohe Klebkraft, d. h. starke Haftfestigkeit am Schleifkorn und am Träger wie auch
hohe innere Kraft und Festigkeit des Bindemittelfilms in sich selbst. Eine weitere
Forderung insbesondere im Hinblick auf die technische Verarbeitung liegt in der
Überwachung der Beziehung Viskosität zu Konzentration. Klebmittel mit zu hoher Viskosität
können auf den üblichen Sandpapierfertigungsmaschinen nicht gut genug verteilt werden.
Die Verdünnung solcher Klebmittel bis zur erforderlichen Viskosität verringert dann
den Festteilchengehalt des Bindemittels, ergibt ein unangemessenes überzugsgewicht
und sonstige Schwierigkeiten. Zu niedrige Viskosität ergibt selbst bei hoher Konzentration
gewöhnlich ein schwaches Klebmittel und verursacht Ablaufen des Klebmittels von
dem damit überzogenen Bogen.
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Bei der Herstellung von Klebmitteln auf Stärkegrundlage bezweckt die
Oxydation die Erzeugung einer Stärkeform, die in Wasser unter Bildung einer Lösung
gelöst werden kann, die einen hohen Festteilchengehalt (z. B. 50%) aufweist und
die gleichzeitig sehr gut auf eine geeignete Oberfläche in dünner Schicht aufgetragen
werden kann.
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Es sind nun Klebmittel aus alkaliumgewandeiter oxydierte- Stärke bekannt.
Bekannt ist ferner, daß die Oxydation der Stärke unterhalb der Verkleisterungstemperatur
vorzunehmen ist. Dabei ist die Oxydation mit Hypochlorit mit bestimmtem Cl-Gehalt
oder auch mit Permanganat vorgeschlagen worden. Nach dem oben gekennzeichneten neuen
Verfahren wird nun aber der Stärkebrei nicht wie bisher im alkalischen, sondern
im sauren Zustand oxydiert. Der Stärkebrei ist also noch nicht durch das Alkali
verdickt, wenn die Oxydation stattfindet. Durch die Verwendung eines Alkalis in
bestimmter Menge und zu bestimmter Zeit - nämlich nach der Oxydation im sauren Medium
- wird ein Produkt mit Eigenschaften erhalten, die denen der bisher benutzten Klebmittel
auf Stärkegrundlage stark überlegen sind, so daß das Produkt sich hervorragend als
Klebmittel und Befestigungsschicht in Sandpapier eignet.
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Die Erfindung bietet noch weitere Vorteile. Das Verfahren kann kontinuierlich
durchgeführt werden, wobei das Klebmittel unmittelbar aus der rohen Stärke erzeugt
wird. Es kann aber auch in einzelne und getrennte Verfahrensstufen unterteilt werden.
Der getrocknete Klebfilm ist zäh und fest, hält die Schleifkörner in fester Verbindung
mit dem Träger, wenn dieser während der Schleifarbeit stark beansprucht wird; er
ist auch für alle normalen Verwendungszwecke ausreichend biegsam. Der mit Schleifmittel
überzogene Bogen widersteht in überlegener Weise dem Schleifmittelverlust während
der Schleifarbeit und verschlechtert sich unter Versuchs-, normalen Lagerungs- bzw.
Verwendungsbedingungen auch bei erhöhten Temperaturen nicht. Der Schleifmittelgegenstand
enthält keine eiweißartigen Bestandteile und ist demzufolge der zerstörenden Wirkung
gewisser Bakterien wenig zugänglich. Durch die Verwendung der erfindungsgemäß modifizierten
Stärke zur Befestigung
der Schleifkörner entsteht ein Schleifmittelgegenstand
von sowohl großer Lebensdauer-- und -Dauerhaftigkeit als auch fester Kornbindung.
Man gelangt dazu, wenn man als Schleifkornbindemittel ein Klebmittel benutzt, das
man durch Behandlung von roher Stärke oder einer entsprechenden Substanz mit einem
Oxydationsmittel unter den genannten Bedingungen und durch anschließende Umwandlung
der behandelten Stärke durch Zugabe einer aktiven Base, z. B. Natriumhydroxyd, in
eine viskose, flüssige Klebmasse herstellt. In den folgenden Beispielen bedeuten
alle Teile Gewichtsteile, wenn nichts anderes vermerkt ist.
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Beispiel 1 Zu einer Suspension von 100 Teilen Kartoffelstärke in 114
Teilen Wasser von 38' wurden 1.0 Teile einer Natriumhydrochloritlösung gegeben,
die 14% verfügbares Chlor und ein spezifisches Gewicht von etwa 1,2 besaß. Die Mischung,
die in Form eines ziemlich flüssigen Breies vorlag, wurde beständig gerührt; in
regelmäßigen Abständen wurden Anteile zur Bestimmung der Acidität und zur weiteren
Behandlung entnommen. Die anfängliche Mischung war leicht alkalisch und hatte ein
pH von ungefähr 8,5 bis 9; mit fortschreitender Umsetzung sank das PH schnell ab,
und die Lösung wurde bald sauer.
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Nach Bestimmung des PH-Wertes wurde zu einem Teil des obigen sauren
Breies eine Menge einer 50%igen wäßrigen Natriumhydroxydlösung gegeben, die genügte,
um eine homogene Lösung zu bilden. Der Zusatz der Base hemmt die Umsetzung zwischen
der Stärke und dem Oxydationsmittel unmittelbar und führt den umgesetzten Stärkebrei
in eine glatte viskose Lösung von etwas dunklerer Farbe über. In diesem Stadium
hängt die Viskosität sowohl von dem Ausmaß der Umsetzung zwischen Stärke und Hypochlorit,
wie es aus der Herabsetzung des pa-Wertes im Brei hervorgeht, als auch von der Menge
Natriumhydroxyd ab, die im Überschuß gegenüber der Menge zugefügt wurde, die zur
Hervorbringung einer homogenen glatten Lösung ausreichend gewesen wäre. Im vorliegenden
Beispiel wurden 3,34 Teile der Natriumhydroxydlösung zu 30 Teilen des umgesetzten
Stärkebreies gegeben, um Klebmittel zu erhalten, die 45 % Festteilchen und folgende
Viskositäten aufweisen:
| Probe Umsetzungszeit - Viskosität |
| Nr. Minuten PH des Breies des Klebmittels |
| cP bei 45' |
| 1 18 6,95 6900 |
| 2 25 6,18 4400 |
| 3 90 5,00 2050 |
| 4 240 4,27 1600 |
Zu beachten ist, daß das Alkali hier im Verhältnis von 12,5 Teilen Alkali auf 100
Teile anfänglich vorhanden gewesener Stärke vorliegt, während doch nur etwa 10 Teile
Alkali erforderlich waren, um die Mischung in eine glatte viskose und homogene Lösung
überzuführen. Durch das zusätzliche Alkali wird eine Lösung von etwas verbesserter
Fließfähigkeit und Beständigkeit erhalten.
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Teile dieser Klebmittel wurden in Filmform ausgegossen. Die getrockneten
Filme der Proben 1 und 2, die Anfangsviskositäten von wenigstens etwa 3000 cP hatten,
erwiesen sich als selbsttragend, während die anderen während der Trocknung rissen
oder zerbrachen. Es wurde jedoch-gefunden, daß durch Zusatz von gepulvertem, inertezn
Füllmittel, wie z. B. gemahlenem Kalkstein oder Kieselsäurestaub, zum flüssigen
Klebmittel die Filmbildungsfähigkeit des Klebmittels soweit verbessert wird, daß
selbsttragende Filme aus modifizierten Stärkeklebmitteln hergestellt werden konnten,
die Anfangsviskositäten von nur etwa 100 cP hatten. Deshalb wurde feingemahlener
Kalkstein als Füllmittel den Klebmittelzusammensetzungen in einer Menge von 30 bis
50% des Gesamtvolumens des getrockneten Films zugesetzt. Diese Klebmittelzusammensetzungen
waren zur Herstellung von Sandpapier in Gewichtsteilen wie folgt zusammengesetzt
| Trockenes Füllmittel Wasser |
| Klebmittel |
| Schleifmittel- _ |
| befestigungs- |
| schicht ....... 31,2 26,7 42,1 |
| Schleifmittel- |
| v erklebung s- |
| schicht ....... 15,4 26.5 58,1 |
Unter Benutzung dieser verschiedenen Klebmittelzusammensetzungen wurde ein »Grit-11/2-flint«-Papier
(Sandpapier mit »Grit-11/2-flint«-Schleifkörnern) hergestellt. Die Klebmittel ergaben
ebenso gleichmäßige Überzüge wie die üblichen Zusammensetzungen aus Knochenleim.
Es waren etwas längere Trocknungszeiten oder höhere Trocknungstemperaturen erforderlich
als bei Verwendung der entsprechenden, in der gleichen Menge angewandten Klebmittel
aus Knochenleim.
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Die erhaltenen Schleifmittelbogen wurden geprüft, indem man einen
gewogenen Streifen unter konstantem Druck gegen einen ähnlichen Streifen abrieb
und den sich ergebenden Gewichtsverlust bestimmte. Dabei wurde angenommen, daß ein
»Grit-11/2-flint«-Papier mit einer Befestigungs- und Klebeschicht aus Knochenleim
hinreichend ist, wenn der Gewichtsverlust bei diesem Abriebversuch 3 bis 5% oder
weniger beträgt. Bei Benutzung der beschriebenen Klebmittel auf Stärkebasis waren
die Abriebwerte folgende:
| Probe Anfangs- Verlust |
| Nr. viskosität beim Abriebversuch |
| 1 6900 2 bis 4% |
| 2 4400 4,4% |
| 4 1600 6,211/0 |
Die in dem obigen Beispiel benutzte Natriumhypochloritlösung kann durch Einleiten
von Chlor in eine Natriumhydroxydlösung od. dgl. hergestellt werden. Aus Gründen
der Wirtschaftlichkeit und Sicherheit sollte die Lösung ungefähr die angegebene
Menge verfügbares Chlor enthalten; aber auch andere Konzentrationen haben sich als
brauchbar erwiesen.
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Die Hypochloritlösung kann, wie angegeben, zu dem Stärkeschlamm gegeben
werden, man kann sie aber auch dem Wasser vor Zugabe der Stärke zusetzen. Im letzteren
Fall sollte die Stärke schnell eingemischt werden, um eine gleichmäßige Umsetzung
aller Anteile zu gewährleisten.
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An Stelle der Hypochlorite können verschiedene andere Oxydationsmittel
benutzt werden, um die verbesserten Klebmittelzusammensetzungen und mit Schleifmitteln
überzogene Produkte herzustellen; Oxydation und Umwandlung können, wenn gewünscht,
nach einem kontinuierlichen Verfahren
durchgeführt werden. Die vorstehend
beschriebene Herstellungsmethode hat sich jedoch als sehr wirksam erwiesen.
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Beispiel 2 In diesem Beispiel dient angesäuerte Permanganatlösung
als Oxydationsmittel, und es müssen demzufolge etwas größere Vorsichtsmaßregeln
in Hinsicht auf die Korrosionsfestigkeit der Apparatur usw. getroffen werden. Dieses
Oxydationsmittel hat gegenüber dem Hpyochlorit den Vorteil, daß es bis zu einem
bestimmten und zuvor festgelegten Endpunkt schneller durchreagiert und daß die Umsetzung
nicht exotherin ist. Es ergibt sich, daß für jede besondere Stärkeprobe eine bestimmte
Menge Permanganat erforderlich ist, um eine bestimmte und reproduzierbare Abnahme
der Viskosität des alkaliumgewandelten Klebmittels hervorzurufen.
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Unter Benutzung eines mit Permanganat behandelten Stärkeklebmittels
wurde Sandpapier nach einem im allgemeinen ähnlichen Verfahren hergestellt, wie
es im Beispiel 1 beschrieben ist. Eine zunächst hergestellte Aufschlämmung aus 2700
Teilen Kartoffelstärke in Wasser, das 120 Teile konzentrierte Salzsäure enthielt,
wurde mit Kaliumpermanganat behandelt, das in Form einer 50/eigen Lösung zugegeben
wurde. Nach Beendigung der Umsetzung, bei der die purpurbraune Farbe völlig verschwand,
wurden 960 Teile einer 500/eigen Natriumhydroxydlösung zugegeben; ungefähr 100 Teile
wurden benötigt, um die Salzsäure zu neutralisieren, es blieben etwa 15,9 Teile
NaOH auf je 100 Teile ursprünglich vorhandener Stärke verfügbar, von denen etwa
10 Teile gerade genügten, um eine homogene Lösung hervorzubringen. Die erhaltene
glatte und beständige Lösung, die einen Festkörpergehalt von 451/o besaß, wurde
auf ihre Viskosität geprüft. Das Klebmittel wurde mit inertem, feinteiligem Füllmittel
verarbeitet und, wie im Beispiel 1, zur Erzeugung von »Grit-11/2-flint«-Papier benutzt.
Der Einfluß, den steigende Permamganatmengen auf die anfängliche Viskosität der
Klebmittellösung und auf den Abriebtest des endgültigen Sandpapiers ausüben, geht
aus der folgenden Tabelle hervor:
| K Mn 0a I Viskosität Verlust |
| Gewichtsteile cP bei 45° beim Abriebversuch |
| °/o |
| 5,75 4500 3,6 |
| 9,25 1600 5,6 |
| 24,25 691 8,2 |
Die Oxydation der Stärke läßt sich bei Temperaturen von etwa
27' (hier verläuft
die Umsetzung sehr langsam) bis 49 bis 52° durchführen; bei höheren Temperaturen
geliert die Stärke.
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Die in den Beispielen benutzte Kartoffelstärke kann durch andere Stärkearten,
z. B. Kornstärke, Sagostärke, und selbst durch gewisse Modifikationen der Cellulose
vollwertig ersetzt werden. An der Luft getrocknete Stärke enthält gewöhnlich etwa
10% Feuchtigkeit, wie man z. B. durch azeotrope Destillation mit Toluol nach der
Bidwell-Sterling-Methode feststellen kann. Wo der Feuchtigkeitsgehalt erheblich
von diesem Wert abweicht, muß das Gewicht der in den Rezepten angegebenen lufttrockenen
Stärke entsprechend abgeändert werden. Durch Natriumhydroxyd wird das Gemisch von
behandelter Stärke und Wasser schnell und vollständig in den viskosen klebfähigen
Zustand übergeführt. Wie bereits betont, ist eine Mindestmenge erforderlich, um
alle behandelte Stärke so umzuwandeln und eine glatte homogene Lösung zu erzeugen.
Aber auch nach oben ist die Menge begrenzt; kleine zusätzliche Mengen setzen nämlich
die Viskosität der Lösung schnell herab. Bei den angegebenen Alkalimengen scheint
das Klebmittel weder besonders die Haut zu reizen noch für das Papier oder andere
Trägermaterialien schädlich zu sein. Weit größere Mengen Natriumhydroxyd od. dgl.
in dem getrockneten Klebfilm beeinträchtigen die Festigkeit des Films und sind zu
vermeiden. Es wurde gefunden, daß im allgemeinen Alkalimengen von etwa 10 bis 12
Teilen Natriumhydroxyd auf 100 Teile Stärke genügen, um beste Ergebnisse zu erzielen,
obwohl gewöhnlich 9 Teile NaOH ausreichen, um die Stärke in eine homogene Lösung
umzuwandeln, und bis zu etwa 16 Teile NaOH brauchbare Klebmittelzusammensetzungen
ergeben haben.
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Zur Herstellung des umgewandelten Stärkeklebmittels lassen sich auch
Kaliumhydroxyd, Natriummetasilikat oder quaternäre Ammonium- oder Sulfoniumbasen
ebensogut wie Natriumhydroxyd verwenden. Lithiumhydroxyd ist weniger löslich und
deshalb etwas weniger wirksam. Ammoniumhydroxyd selbst wandelt die Aufschlämmung
der umgesetzten Stärke nicht in den glatten viskosen klebfähigen Zustand um, kann
aber mit Erfolg in Verbindung mit kleineren Mengen stärkerer Basen; wie z. B. Natriumhydroxyd,
angewandt werden. Calciumhydroxyd bildet demgegenüber unerwünschte unlösliche Kalksalze.
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Das Klebmittel auf Stärkegrundlage kann auch in Verbindung mit anderen
Klebmitteln benutzt werden. So kann es z. B. mit Leim, Casein, Natriumsilikat usw.
vermischt werden, oder es kann in Verbindung mit anderen bekannten Befestigungs-
oder Klebmitteln entweder als Schleifmittelbefestigungsschicht oder -verklebungsschicht
angewandt werden. In allen Fällen wird ein mit Schleifmittel überzogenes Bogenmaterial
erhalten, das Eigenschaften aufweist, die in dieser überlegenen Form zu erreichen
man bisher bei Klebmittelzusamine.nsetzungen auf Stärkegrundlage für unmöglich hielt.