DE102022105451A1 - Transparent adhesive composition - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Klebstoffzusammensetzung vorgeschlagen, enthaltend mindestens folgende Komponenten:a) Stärke und/oder mindestens ein Stärkederivat;b) mindestens ein Polyol und/oder Harnstoff als Feuchthaltemittel;c) mindestens eine Polycarbonsäure und/oder ein Salz einer Polycarbonsäure und/oder Xanthan als Verdickungsmittel;d) Wasser.An adhesive composition is proposed containing at least the following components: a) starch and/or at least one starch derivative; b) at least one polyol and/or urea as a humectant; c) at least one polycarboxylic acid and/or a salt of a polycarboxylic acid and/or xanthan gum as thickener;d) water.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine transparente Klebstoffzusammensetzung auf Wasserbasis.The present invention relates to a transparent water-based adhesive composition.
Wässrige transparente Flüssigklebstoffe finden überwiegend ihre Anwendung bei Bastelarbeiten sowie bei einfachen und unkomplizierten Reparaturaufgaben. Empfohlen werden in der Regel Verklebungen mit mindestens einem offenporigen bzw. saugfähigen Substrat, wie z.B. Holz, Papier, Pappe, Stoff, Kork, Filz und andere Textilien, damit das darin enthaltende Wasser besser entweichen kann. Dominierend auf dem Gebiet wässriger, transparenter Nassklebstoffe sind nach wie vor Klebstoffe auf petrochemischer Basis, wie z.B. Polyacrylat, Polyurethan, Polyvinylpyrolidon, Polyvinylalkohol. Es werden zunehmend auch wässrige Nassklebstoffe auf Stärkebasis und deren Derivaten beschrieben. Als besondere Herausforderung stellt sich in allen Fällen im Vergleich zu lösemittelbasierten Nassklebstoffen deren Trocknungsverhalten in Bezug auf Schnelligkeit und Papierwellung dar. Darüber hinaus zeigen wasserbasierte Stärkeklebstoffe häufig Lagerstabilitätsprobleme, was sich als deutliche Viskositätsänderung und/oder einer meist bräunlichen Verfärbung des flüssigen Klebstoffs manifestiert. Denn diese können einer enzymatischen bzw. biologischen sowie einer chemischen Degradation unterliegen. Auch Retrogradation kann auftreten. Bei vielen stärkebasierten Klebstoffen und Kleistern werden diese daher erst kurz vor der Anwendung als Klebstoff in Lösung aus einem Pulver und Wasser hergestellt.Aqueous transparent liquid adhesives are primarily used for craft work as well as for simple and uncomplicated repair tasks. Bonding with at least one open-pored or absorbent substrate, such as wood, paper, cardboard, fabric, cork, felt and other textiles, is generally recommended so that the water contained therein can escape better. Petrochemical-based adhesives, such as polyacrylate, polyurethane, polyvinylpyrolidone, polyvinyl alcohol, continue to dominate the field of aqueous, transparent wet adhesives. Aqueous wet adhesives based on starch and their derivatives are increasingly being described. In all cases, a particular challenge compared to solvent-based wet adhesives is their drying behavior in terms of speed and paper curl. In addition, water-based starch adhesives often have storage stability problems, which manifests themselves as a significant change in viscosity and/or a usually brownish discoloration of the liquid adhesive. This is because they can be subject to enzymatic or biological as well as chemical degradation. Retrogradation can also occur. Many starch-based adhesives and pastes are therefore only produced in a solution from a powder and water shortly before they are used as an adhesive.
In der
Eines der Hauptprobleme bei den aus dem Stand der Technik bekannten Klebstoffen besteht darin, einen transparenten Klebstoff zur Verfügung zu stellen, der gleichzeitig eine hohe Lagerstabilität aufweist. Zudem besteht bei wasserbasierten Klebstoffen häufig das Problem, dass diese Klebstoffe nur langsam trocknen und die Klebwirkung daher verzögert einsetzt.One of the main problems with the adhesives known from the prior art is to provide a transparent adhesive that at the same time has a high storage stability. In addition, water-based adhesives often have the problem that these adhesives only dry slowly and the adhesive effect is therefore delayed.
In
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Klebstoffzusammensetzung zur Verfügung zu stellen, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme überwindet.The present invention is based on the problem of providing an adhesive composition which overcomes the problems known from the prior art.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Klebstoffzusammensetzung gelöst, welche folgende Komponenten enthält:
- a) Stärke und/oder mindestens ein Stärkederivat;
- b) mindestens ein Polyol und/oder Harnstoff als Feuchthaltemittel;
- c) mindestens eine Polycarbonsäure und/oder ein Salz einer Polycarbonsäure und/oder Xanthan als Verdickungsmittel;
- d) Wasser.
- a) starch and/or at least one starch derivative;
- b) at least one polyol and/or urea as a humectant;
- c) at least one polycarboxylic acid and/or a salt of a polycarboxylic acid and/or xanthan gum as a thickener;
- d) water.
Es wurde überraschenderweise herausgefunden, dass sich die erfindungsgemäße Klebstoffzusammensetzung besonders durch ihr schnelles Anzugsverhalten (Schnelligkeit), einer sehr guten Klebeperformance (Zugscherfestigkeit) sowie einer vernachlässigbaren Papierwellung bei gleichzeitiger Transparenz und hoher Lagerstabilität auszeichnet.It was surprisingly found that the adhesive composition according to the invention is particularly characterized by its rapid application behavior (speed), very good adhesive performance (tensile shear strength) and negligible paper curl with simultaneous transparency and high storage stability.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klebstoff zusammensetzung ist die Komponente a) mit einem Anteil von ca. 15 Gew.% bis ca. 45 Gew.%, vorzugsweise ca. 30 Gew.% bis ca. 40 Gew.%, Komponente b) mit einem Anteil von ca. 5 Gew.% bis ca. 20 Gew.%, vorzugsweise ca. 8 Gew.% bis ca. 12 Gew.%, Komponente c) mit einem Anteil von ca. 0,1 Gew.% bis ca. 1,5 Gew.% und Wasser mit einem Anteil von ca. 40 Gew.% bis ca. 60 Gew.% enthalten. Die genannten Anteilsbereiche haben sich als besonders vorteilhaft gerade im Hinblick auf Anzugsverhalten und Klebeperformance erwiesen.In a particularly preferred embodiment of the adhesive composition according to the invention, component a) is component b) in a proportion of approximately 15% by weight to approximately 45% by weight, preferably approximately 30% by weight to approximately 40% by weight. with a proportion of approximately 5% by weight to approximately 20% by weight, preferably approximately 8% by weight to approximately 12% by weight, component c) with a proportion of approximately 0.1% by weight to approximately 1.5% by weight and water in a proportion of approximately 40% by weight to approximately 60% by weight. The proportions mentioned have proven to be particularly advantageous with regard to tightening behavior and adhesive performance.
Mit Vorteil handelt es sich bei der Komponente a) um verzweigte Stärke, insbesondere um enzymatisch verzweigte Stärke, vorzugsweise um Maltodextrin und/oder um einen alkalisch aufgeschlossenen Stärkeether und/oder um eine alkalisch aufgeschlossene propoxylierte Stärke. Insbesondere Maltodextrin hat sich als besonders vorteilhaft im Hinblick auf das Anzugsverhalten, Klebeperformance sowie Papierwellung erwiesen.Component a) is advantageously branched starch, in particular enzymatically branched starch, preferably maltodextrin and/or an alkaline digested starch ether and/or an alkaline digested propoxylated starch. Maltodextrin in particular has proven to be particularly beneficial in terms of tightening behavior, adhesive performance and paper curl.
Mit Vorteil ist als Komponente b) mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe von Glycerin, Zuckeralkohol, wie zum Beispiel Sorbit und/oder Xylit, Polydextrose und 1,2-Propylenglykol enthalten. Diese Feuchthaltemittel haben sich als besonders vorteilhaft im Hinblick auf Anzugsverhalten, Klebeperformance und Papierwellung erwiesen. Besonders vorteilhaft hinsichtlich dieser Eigenschaften hat sich Glycerin erwiesen.Component b) advantageously contains at least one compound selected from the group of glycerol, sugar alcohol, such as sorbitol and/or xylitol, polydextrose and 1,2-propylene glycol. These humectants have proven to be particularly beneficial with regard to setting behavior, adhesive performance and paper curl. Glycerin has proven to be particularly advantageous in terms of these properties.
Mit Vorteil handelt es sich bei der Komponente c) um ein Alkalisalz einer Polycabonsäure, insbesondere Natriumalginat und/oder ein Natriumsalz einer wasserlöslichen Polyacrylsäure und/oder um Carboxymethylcellulose und/oder um Pektin. Diese Verdickungsmittel haben sich als besonders vorteilhaft im Hinblick auf Anzugsverhalten, Klebeperformance und Papierwellung erwiesen. Als besonders vorteilhaft hat sich Natriumalginat erwiesen.Component c) is advantageously an alkali metal salt of a polycarboxylic acid, in particular sodium alginate and/or a sodium salt of a water-soluble polyacrylic acid and/or carboxymethyl cellulose and/or pectin. These thickeners have proven to be particularly advantageous with regard to tightening behavior, adhesive performance and paper curl. Sodium alginate has proven to be particularly beneficial.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzung enthält eine Kombination aus Maltrodextrin, Glycerin, Natriumalginat und Wasser. Wie auch aus den untenstehenden Beispielen hervorgeht, ist eine solche Kombination besonders vorteilhaft im Hinblick auf das Anzugsverhalten, die Klebeperformance sowie eine Papierwellung.A particularly advantageous embodiment of the adhesive composition according to the invention contains a combination of maltrodextrin, glycerin, sodium alginate and water. As can be seen from the examples below, such a combination is particularly advantageous in terms of tightening behavior, adhesive performance and paper curling.
Vorzugsweise beträgt der Anteil an natürlichen, insbesondere nachwachsenden Komponenten mehr als 99 Gew.%.The proportion of natural, especially renewable components is preferably more than 99% by weight.
In der Regel enthält die erfindungsgemäße Klebstoffzusammensetzung weitere Additive, ausgewählt aus der Gruppe von Konservierungsmitteln, Duftstoffen, Pigmenten, Antioxidantien, Bleichmittel und Entschäumer, wo der Anteil an diesen Additiven maximal ca. 2 Gew.% beträgt.As a rule, the adhesive composition according to the invention contains further additives, selected from the group of preservatives, fragrances, pigments, antioxidants, bleaches and defoamers, where the proportion of these additives is a maximum of approximately 2% by weight.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Tube oder Flasche mit Applikator, enthaltend eine erfindungsgemäße Klebstoffzusammensetzung.The present invention further relates to a tube or bottle with an applicator containing an adhesive composition according to the invention.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Klebstoffzusammensetzung zur Verklebung von offenporigen und/oder saugfähigen Substraten, insbesondere zur Verklebung von Substraten aus Papier, Pappe, Holz, Filz, Kork und/oder textilem Material.The present invention further relates to a use of an adhesive composition according to the invention for bonding open-pored and/or absorbent substrates, in particular for bonding substrates made of paper, cardboard, wood, felt, cork and/or textile material.
Beispiele:Examples:
1. Herstellung der Formulierungen1. Preparation of the formulations
Die festen Komponenten entsprechend Tabelle 1 werden bei Raumtemperatur unter Pegel per Vakuum in Wasser eingesaugt und für 3 h gerührt. Anschließend wird zur Lösung die entsprechende Menge an Glycerin und/oder anderen flüssigen Komponenten gegeben. Anschließend werden zu der Formulierung Hilfsstoffe, z.B. Konservierungsmittel und/oder Bleichmittel gegeben. Die so hergestellten Klebstoffzusammensetzungen werden dann in Applikationsflaschen abgefüllt. Tabelle 1: getestete Formulierungen
1) HPS: Hydroxypropylierte Kartoffestärke
2) Enzymatisch hyperverzeigte Stärke
3) CarbomerThe solid components according to Table 1 are sucked into water at room temperature under vacuum and stirred for 3 hours. The appropriate amount of glycerin and/or other liquid components is then added to the solution. Subsequently, auxiliary substances, for example preservatives and/or bleaching agents, are added to the formulation. The adhesive compositions produced in this way are then filled into application bottles. Table 1: tested formulations
1) HPS: Hydroxypropylated potato starch
2) Enzymatically hyper-distributed starch
3) Carbomer
2. Anwendungstechnische Prüfungen2. Application tests
Sämtliche anwendungstechnischen Prüfungen wurden unter konstanten Prüfbedingungen durchgeführt. Die Formulierungen und Prüfmaterialien wurden dazu vor Prüfbeginn für 24 h bei 23 °C / 50% r.F. temperiert. Farbe und Transparenz wurden visuell beurteilt. Die pH-Werte wurden mittels eines kalibrierten pH-Meters der Firma Mettler Toldeo bestimmt. Die Viskositäten wurden mittels eines Rotationsvikosimeters der Fa. Brookfield mit Spindel 5 und 20rpm bei 20°C bestimmt.All application tests were carried out under constant test conditions. For this purpose, the formulations and test materials were soaked for 24 hours at 23 °C / 50% RH before the start of the test. tempered. Color and transparency were assessed visually. The pH values were determined using a calibrated pH meter from Mettler Toldeo. The viscosities were determined using a rotation vicometer from Brookfield with spindle 5 and 20 rpm at 20 ° C.
Papieranzugswerte als Maß für Schnelligkeit:Paper tightening values as a measure of speed:
Bei der Bestimmung der Papieranzugswerte wird die Zeitspanne zwischen Klebemasseauftrag und Papierriss ermittelt. Dazu wurde auf einem definierten Prüfstreifen mittig 1x von links nach rechts die Klebestoffformulierung als Raupe aufgetragen und ein zweiter Prüfstreifen deckungsgleich durch Fingerdruck angepresst. Sofort wurde eine Stoppuhr betätigt. Dann wurden die Prüfstreifen gleichmäßig bis zum Papierriss auseinander gezogen und die Zeit bestimmt. Das Ergebnis ergibt sich als arithmetischer Mittelwert aus fünf Einzelmessungen.When determining the paper tightening values, the time between application of adhesive and paper tear is determined. For this purpose, the adhesive formulation was applied as a bead in the middle of a defined test strip 1x from left to right and a second test strip was pressed on congruently using finger pressure. A stopwatch was immediately activated. The test strips were then pulled apart evenly until the paper was torn and the time was determined. The result is the arithmetic mean of five individual measurements.
Schlaufentest als Maß für Schnelligkeit einer Verklebung unter Spannung:Loop test as a measure of the speed of bonding under tension:
Dazu wurde eine Raupe an einem Ende eines Prüfkartons (40 mm x 233 mm; 300g/m2) aufgetragen und sofort die jeweiligen gegenüberliegenden Enden von Hand zusammengedrückt. Parallel zum Zusammenfügen der Enden wurde die Zeit gemessen, bis der Kleber die Schlaufenspannung von selbst hält. Dazu wurde während des Klebevorgangs in regelmäßigen Abständen von ca. 5 Sekunden durch Öffnen der klemmenden Hand überprüft, ob die Klebung die Eigenspannung der Schlaufe von selbst hält. Das Ergebnis ergibt sich dann als arithmetischer Mittelwert aus fünf Einzelmessungen.For this purpose, a bead was applied to one end of a test cardboard (40 mm x 233 mm; 300 g/m 2 ) and the respective opposite ends were immediately pressed together by hand. While the ends were being joined together, the time was measured until the adhesive maintained the loop tension on its own. During the gluing process, it was checked at regular intervals of approx. 5 seconds by opening the clamping hand to see whether the gluing was holding the inherent tension of the loop on its own. The result is then the arithmetic mean of five individual measurements.
Klebeperformance anhand von Zugscherversuchen nach 24 h:Adhesive performance based on lap shear tests after 24 hours:
Zur Ermittlung der Zugscherfestigkeit [N/mm2] wurden sowohl Holz/Holz- sowie Holz/Aluminium-Verklebungen durchgeführt. Verwendet wurden Rotbuchenhölzer, Abmessungen 85 mm x 20 mm x 3 mm sowie Aluminium-Prüfkörper der Fa. Rocholl. Dazu wurde jeweils die zu prüfende Klebstoffformulierung auf je eine Seite von zwei Holzprüfkörpern aufgetragen. Dazu wird der Klebstoff gleichmäßig mit der Zahnspachtel auf einer Länge von mindestens 15 mm jedoch höchstens 20 mm aufgetragen. Danach wurden die Prüfkörper überlappend aufeinander gelegt und für 1 h bei 1 bar verpresst. Die Überlappungsfläche betrug jeweils 20 mm x 15 mm = 300 mm2. Alle Verklebungen wurden nach 24 h mit einer Zuggeschwindigkeit von 50 mm/min getestet. Verwendet wurde eine Zugprüfmaschine der Fa. Zwick Z010.To determine the tensile shear strength [N/mm 2 ], both wood/wood and wood/aluminum bonds were carried out. Red beech wood, dimensions 85 mm x 20 mm x 3 mm, and aluminum test specimens from Rocholl were used. For this purpose, the adhesive formulation to be tested was applied to one side of each of two wooden test specimens. To do this, apply the adhesive evenly with a notched trowel over a length of at least 15 mm but no more than 20 mm. The test specimens were then placed overlapping one another and pressed for 1 hour at 1 bar. The overlap area was 20 mm x 15 mm = 300 mm 2 . All bonds were tested after 24 hours with a tensile speed of 50 mm/min. A Zwick Z010 tensile testing machine was used.
Papierwellung:Paper curl:
Es erfolgte ein Raupenauftrag auf einem Papierstreifen (Kopierpapier) der Dimension 297 x 52,5 mm, welcher mit einem zweiten Papiersteifen deckungsgleich verklebt wird. Die so verklebten Papierstreifen wurden 1 Tag getrocknet und anschließend qualitativ ausgewertet.A bead was applied to a strip of paper (copy paper) measuring 297 x 52.5 mm, which was glued congruently to a second strip of paper. The paper strips glued together in this way were dried for 1 day and then qualitatively evaluated.
Eigenschaften:Characteristics:
Tabelle 2: Versuchsergebnisse
Wie aus der Tabelle 2 eindrucksvoll hervorgeht, zeigen die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen gemäß Beispiele 6 bis 9 gegenüber den Vergleichszusammensetzungen aus dem Stand der Technik verbesserte Eigenschaften. So zeichnen sich die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen durch eine hervorragende Klebeperformance und Bildung einer schnellen Klebeverbindung aus. Gleichzeitig zu diesen vorteilhaften Eigenschaften kommt es beim Verkleben von Papier kaum zu einer Papierwellung.As can be seen impressively from Table 2, the compositions according to the invention according to Examples 6 to 9 show improved properties compared to the comparison compositions from the prior art. The compositions according to the invention are characterized by excellent adhesive performance and the formation of a rapid adhesive bond. At the same time as these advantageous properties, paper curling hardly occurs when paper is glued together.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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- EP 3008095 [0005]EP 3008095 [0005]
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