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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung eines belüfteten
Klebstoffes auf Stärkebasis,
bei welchem Stärke
in Wasser gelöst
wird.
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Stärke wird für viele Klebstoffprodukte in
der Papierverarbeitung verwendet. Der überwiegende Anteil wird dabei
in der Wellpappenproduktion eingesetzt. Wellpappen werden auf Maschinen
hergestellt, die gewelltes Papier formen und die Wellenspitzen mit
zwei Papierbahnen als Außendecke
verkleben. Die benötigte
Wellung im Papier erzeugen Riffelwalzen in einer sogenannten einseitigen
Maschine unter Druck und Hitze. Mit Hilfe eines Leimwerkes wird
auf einer Seite der Wellenspitzen eine dünne Klebstoffschicht aufgetragen.
Danach wird eine erwärmte
Papierbahn an die Welle gedrückt,
so dass die Bahnen verkleben. Das mit einer Papierbahn verklebte
Wellenpapier gelangt zum Kaschierwerk, wo auf die noch freiliegenden
Wellenspitzen wiederum Klebstoff aufgetragen wird. In einer nachfolgenden
Heizpartie fügt
sich die Bahn mit einer weiteren Papierbahn (Außendecke) zusammen. Die gleichen
Verfahren werden zum Produzieren von mehrwelliger Wellpappe verwendet.
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Eine weitere Anwendung von Klebstoffen
auf Stärkebasis
ist das Laminieren. Dabei wird der Klebstoff über die gesamte Papieroberfläche aufgetragen
und dann werden zwei Papierbahnen zu sammengefügt.
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Klebstoff auf Stärkebasis kann innerhalb nur
einiger Millisekunden eine feste Klebenaht ausbilden. Dies hängt mit
einer besonderen Eigenschaft der Stärke zusammen, der sogenannten
Verkleisterung. Werden Stärkekörner in
Wasser erhitzt, erfolgt ab einer gewissen Temperatur ein Quellen
der Stärkekörner. Durch Wasseraufnahme
löst sich
ihre Struktur auf und zeitgleich steigt die Viskosität der Lösung sprunghaft
an. Die milchige Slurry wird tranparent und hochviskos. Die Stärke geht
in Lösung,
d.h. sie verkleistert. Das Ausbilden dieses Stärkekleisters ist entscheidend
für die
hohe Klebkraft von Stärkeleimen.
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Stärkeklebstoffe bestehen in der
Regel nicht nur aus Wasser und Stärkekörnern. Um das Absetzen der
Stärke
in Leitungen, Leimwannen und Vorratsbehältern ohne Rührwerke
zu verhindern, enthält
der Klebstoff einen Viskositätsträger, bevorzugt
verkleisterte aufgelöste
Stärke.
Durch dessen Viskosität
werden die Stärkekörner in
Schwebe gehalten.
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Für
eine einwandfreie Verklebung muss die Verkleisterungsgeschwindigkeit
mit den Produktionsparametern, z.B. Temperatur und Geschwindigkeit,
abgestimmt sein. Die schnelle Verkleisterung der Stärke wird unterstützt durch
eine hohe Anwendungstemperatur, durch die Zugabe von Natronlauge
und Borsalzen, z.B. Borax, Borsäure,
Metaborat. Des weiteren können
Wellpap penklebstoffe weitere Additive (z.B. Nassfestmittel, Harnstoff)
enthalten.
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Um den Klebstoffverbrauch möglichst
gering zu halten, werden Wellpappenklebstoffe oft mit minimalen
Walzenabständen
in den Auftragssystemen auf das Papier übertragen. Unter diesen Bedingungen
ist eine weitere Reduzierung des Klebstoffauftrages mit der derzeitigen
Verfahrenstechnik mechanisch nicht mehr möglich. Dies ist unbefriedigend,
da geringere Auftragsmengen an Klebstoff bei leistungsfähigen Klebstoffen zu
keiner Reduzierung der Verklebsicherheit führen. Im Gegenteil, würde sich
ein geringerer Auftrag positiv auf den Stärkeverbrauch und reduzierend
auf die Kosten in der Wellpappenproduktion auswirken, zudem würde weniger
Energie benötigt,
um die Klebstoffmenge zu trocknen, wodurch zudem die Produktionsanlage
auch schneller laufen könnte.
Ferner wird weniger Feuchtigkeit in die Wellpappe eingetragen, was
sich positiv auf deren Qualität
auswirkt.
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In anderen Industriebereichen, z.B.
bei der Herstellung von Lebensmitteln oder Teppichen, werden bereits
Produkte mit eingearbeiteter Luft (Schäume) eingesetzt. Um einen Schaum
herzustellen, gibt es verschiedene Verfahren. Bei Flüssigkeiten
werden oft kontinuierlich arbeitende Mixköpfe verwendet, bei denen das Produkt
mit Luft versetzt und anschließend
in einem Rotor-Stator-System vermischt wird. Mit Hilfe einer Steuerung
kann dabei die geforderte Luftmenge der jeweiligen Flüssig keitsfördermenge
angepasst werden. In der Papierverarbeitung werden seit einiger
Zeit synthetische Dispersionsklebstoffe mit Luft versetzt. Durch
das Belüften
der Klebstoffe wird deren Dichte und somit auch deren aufgetragene
Masse reduziert.
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Es ist auch bereits versucht worden,
Stärkeklebstoffe
für die
Wellpappenproduktion zu schäumen.
Diese Versuche waren jedoch erfolglos, weil für die praktische Anwendung
keine ausreichende Stabilität
der Luftblasen im Klebstoff erreicht werden konnte.
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Aus WO 02/90804 A2 ist ein Verfahren
zum Schäumen
von wässrigen
Klebstoffen aus Polysacchariden beschrieben. Dazu wird der Klebstoff
mit einem Schaumgenerator versetzt und dann mit Hilfe von eingetragener
Energie aufgeschäumt.
Unter einem solchen Schaumgenerator sind oberflächenaktive Substanzen, insbesondere
Tenside, zu verstehen. Tenside sind jedoch für die Verklebung von Wellpappe
nicht vorteilhaft.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Lösung
zu schaffen, mit der Klebstoffe auf Stärkebasis wirksam belüftet werden
können,
ohne dass die Klebstoffstabilität
und die Klebstoffeigenschaften gegenüber unbelüfteten Stärkeklebstoffen verschlechtert
werden.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren
der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
der Stärke
zu sätzlich
ein Anteil von wenigstens 0,2 Gew.% Protein bezogen auf das Gewicht
der Stärke
beigefügt
wird und der so gebildete Klebstoff anschließend mit Luft versetzt wird.
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Es hat sich überraschend herausgestellt,
dass es möglich
ist, stabile Stärkeklebstoffe
mit einem erheblichen Luftanteil von beispielsweise 20 Gew.% oder
mehr herstellen zu können,
wenn der Stärke,
die beispielsweise bei Verwendung einer üblichen Weizenstärke Typ
A ein Proteinanteil von 0,2 bis 0,4 Gew.% aufweist, zusätzlich wenigstens
0,2 Gew.% Proteine hinzugefügt
werden. Mit einer derart mit Protein angereicherten Stärke ist
es möglich,
derartige Klebstoffe stabil zu belüften, die resultierenden Klebstoffe
weisen auch über mehrere
Stunden einen stabilen Luftanteil auf. Der Luftanteil in diesen
Klebstoffen wird auch durch Scheren während der Verarbeitung, d.h.
beim Pumpen oder dgl., nur langsam abgebaut. Solche belüfteten,
mit Proteinen angereicherten Stärkeklebstoffe
sind in der Wellpappenherstellung ohne erhebliche Anpassung der
derzeitigen Verfahrenstechnik einsetzbar, da lediglich das Ausgangsprodukt
entsprechend mit Proteinen angereichert werden muss und anlagentechnisch
lediglich eine zusätzliche
Belüftungseinrichtung,
beispielsweise in Form eines Rotor-Stator-Systemes erforderlich
ist, durch die die in Wasser gelöste
Stärke
hindurchgefördert und
dann gelagert und/oder verarbeitet wird.
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Es hat sich herausgestellt, dass
das erfindungsgemäße Verfahren
für unterschiedliche
Stärken
geeignet ist, nicht nur für handelsübliche Weizenstärke Typ
A, sondern beispielsweise auch für
Maisstärke
oder Kartoffelstärke.
Das Verfahren ist auch nicht auf die Zugabe bestimmter Proteine
beschränkt,
als geeignet haben sich unterschiedlichste Proteine herausgestellt,
beispielsweise Weizenproteine, Proteine enthaltende Substanzen,
wie Mehl, Erbsenprotein, Milcheiweiße und auch handelsübliche Proteinmischungen.
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Besonders gute Ergebnisse werden
erzielt, wenn der Stärke
ein Anteil von wenigstens 0,4 Gew.% Protein beigefügt wird,
wobei sich herausgestellt hat, dass mit zunehmender Menge an zusätzlichen
Proteinen die Luftaufnahme bis zu einer Art "Sättigung" immer geringer ansteigt.
Zugaben von mehr als etwa 1 Gew.% haben sich als nicht mehr sinnvoll
erwiesen.
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Wie bereits erwähnt, kann vorgesehen sein,
dass der zusätzliche
Proteinanteil aus annähernd
reinem Protein besteht. Der zusätzliche
Proteinanteil kann aber auch Bestandteil einer Protein enthaltenden
Substanz sein, z.B. Mehl. Auch Mischungen verschiedener Proteine
oder Proteine enthaltende Substanzen können verwendet werden.
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Verfahrenstechnisch besonders zweckmäßig ist
es, dass die Stärke
mit dem zusätzlichen
Proteinanteil zunächst
in Wasser aufbereitet wird und in einen Vorratsbehälter gefördert wird,
anschließend
aus dem Vorratsbehälter
einer Belüftungseinrichtung
zugeführt
wird und der so belüftete
Klebstoff in einen Sammelbehälter gefördert wird,
aus dem er zur Verarbeitung abgegeben wird. Bei dieser Verfahrensführung sind
bestehende Anlagen auf einfache Weise nachrüstbar, ohne dass es wesentlicher Änderungen
bedarf, an sich ist lediglich die Belüftungseinrichtung zusätzlich in
eine bestehende Anlage zu integrieren.
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In zweckmäßiger weiterer Ausgestaltung
ist vorgesehen, dass überschüssiger Klebstoff
aus der Verarbeitung in den Sammelbehälter zurückgeführt wird. Dabei hat sich herausgestellt,
dass auch der rückgeführte belüftete Klebstoff
noch einen recht hohen Luftanteil aufweist und somit dieser rückgeführte Klebstoff
wieder verwendet werden kann.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand
der Zeichnung beispielhaft näher
erläutert.
Diese zeigt in
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1 ein
vereinfachtes Anlagenschema einer einseitigen Wellpappenanlage,
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2 ebenfalls
ein vereinfachtes Anlagenschema eines Kaschierwerkes und in
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3 eine
Anlage zur Herstellung eines Stärkeklebstoffes.
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Das Verfahren zur Herstellung eines
belüfteten
Klebstoffes auf Stärkebasis
wird nachfolgend für
den Einsatz als Wellpappen klebstoff beschrieben, ohne dass die Erfindung
hierauf beschränkt
wäre.
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Eine Wellpappe wird üblicherweise
in zwei Schritten hergestellt, wobei zunächst in einer sogenannten einseitigen
Maschine das benötigte
Wellenpapier einseitig mit einer Papierbahn verklebt wird. Dieser
Verfahrensablauf ist in 1 dargestellt.
Sogenanntes Wellenpapier wird über
Zuführwalzen
und nicht dargestellte Befeuchtungseinrichtungen in Richtung des
Pfeiles 1 zwischen eine obere Riffelwalze 2 und
eine untere Riffelwalze 3 geführt, von denen zumindest die
untere Riffelwalze 3 beheizt ausgebildet ist. Beim Hindurchtransport
zwischen diesen beiden Riffelwalzen 2, 3 entsteht
die gewünschte
Wellenform, die in 1 mit 4 angedeutet
ist.
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Der unteren Riffelwalze 3 ist
eine Leimauftragswalze 5 zugeordnet, die sich bereichsweise
innerhalb einer Leimwanne 6 befindet. Dieser Leimwalze 5 ist
eine Abquetschwalze 5a mit Rakel 5b zur Rückführung überschüssigen Klebstoffes
zugeordnet. Die Leimwalze 5 dreht sich im Gegenuhrzeigersinn
in Pfeilrichtung und fördert
Stärkeklebstoff
aus der Leimwanne 6 in den Bereich der Spitzen der Wellpapplage 4.
Von nicht dargestellten Zuführwalzen
wird ein Deckpapier 7 mit Hilfe einer Anpresswalze 8 zugeführt, die
mit der unteren Riffelwalze 4 in Kontakt steht. Das Deckpapier 7 wird
mit den beleimten Spitzen der Wellpapplage 4 in Kontakt gebracht
und verleimt. Um dazu die. notwendige Verkleisterung des Stärkeklebstoffes
zu gewähr leisten,
ist auch die Anpresswalze 8 beheizt ausgebildet. Die so
einseitig beschichtete Wellpappe verläßt in Richtung des Pfeiles 9 die
einseitige Maschine.
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2 zeigt
den weiteren Verfahrensablauf, die einseitige Wellpappe tritt in
Richtung eines Pfeiles 10 in ein Kaschierwerk ein. Sie
wird über
eine Schwenkwalze 11 zwischen einer Belastungswalze 12 und
einer Schöpf-
oder Auftragswalze 13 geführt. Diese Schöpf- oder
Auftragswalze 13 befindet sich bereichsweise in einer Leimwanne 14,
die ebenfalls mit einem Stärkeklebstoff
befällt
ist. Der Schöpf-
oder Auftragswalze 13 ist eine Abquetschwalze 13a mit
Gummischaber 13b zugeordnet, wodurch eine Rückführung überschüssigen Klebstoffes
in die Leimwanne 14 möglich
ist. Die Schöpf-
oder Auftragswalze 13 fördert
Stärkeklebstoff
aus der Leimwanne 14 in den Bereich zwischen die Belastungswalze 12 und
die Schöpf-
oder Auftragswalze 13, wodurch die freien Wellenberge der
einseitig beschichteten Wellpappe mit Stärkeklebstoff beschichtet werden. Die
so mit Stärkeklebstoff
beschichtete einseitige Wellpappe wird in Richtung des Pfeiles 15 weiter
transportiert und mit einer über
Walzen 16 zugeführten
Deckpapierlage 17 in Kontakt gebracht und über Heizplatten 18 geführt und
in geeigneter Weise zusammengedrückt.
Durch die Beheizung wird wiederum die Verkleisterung des Stärkeklebstoffes
gewährleistet.
Anschließend
steht fertige Wellpappe zur Verfügung.
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3 zeigt
ein Anlagenschema zur Herstellung eines erfin dungsgemäßen Stärkeklebstoffes,
insbesondere zum Einsatz in den in den 1 und 2 dargestellten
Wellpappenanlagen.
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Die Anlage weist zunächst eine
Klebstoffaufbereitung 19 mit Rührwerk 20 auf, in
welchen in nachfolgend näher
beschriebener Weise mit zusätzlichen
Proteinen versetzte Stärke
in Wasser gelöst
wird. Die so gelöste
Stärke
wird in einen Vorratsbehälter 21 gefördert, der
ebenfalls mit einem Rührwerk 22 ausgerüstet sein
kann. Aus dem Vorratsbehälter 21 wird
der mit Proteinen angereicherte Stärkeklebstoff durch eine Belüftungseinrichtung 23 geführt, bei
der es sich z.B. um ein Rotor-Stator-System handeln kann. Da die gesamte Fördermenge
durch die Belüftungseinrichtung 23 hindurchtritt,
wird eine weitgehend homogene Anreicherung mit Luft erreicht, so
dass am Austritt der Belüftungseinrichtung 23 ein
Stärkeklebstoff
mit einer beispielsweise um 25 bis 30 % geringeren Dichte zur Verfügung steht.
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Dieser belüftete Klebstoff wird beim Ausführungsbeispiel
in zwei parallele Sammelbehälter 24 gefördert. Aus
diesen Sammelbehältern 24 wird
der so belüftete
Stärkeklebstoff
zur Leimwanne 6 der einseitigen Maschine (1) und zur Leimwanne 14 des
Kaschierwerkes (2) gefördert, und
zwar üblicherweise
im Umlaufbetrieb. Von den Leimwannen 6 bzw. 14 wird
Stärkeklebstoff
auch kontinuierlich in die Sammelbehälter 24 zurückgepumpt,
dieser rückgeführte Stärkeklebstoff
weist eine etwas größere Dichte
auf als der von der Belüftungseinrichtung 23 zugeführte frische
belüftete
Stärkeklebstoff,
da während
der Verarbeitung ein Teil der Luftblasen aus dem Klebstoff austritt.
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Wesentlich für die Erfindung ist, dass in
der Klebstoffaufbereitung 19 nicht reine Stärke in Wasser
gelöst
wird, sondern dass der Stärke
wenigstens 0,2 Gew.% Proteine bezogen auf das Gewicht der Stärke zugegeben
werden und dass anschließend
eine Belüftung
in der Belüftungseinrichtung 23 erfolgt.
Die Wirksamkeit der Proteinzugabe für eine wirksame Belüftung des
Stärkeklebstoffes
ergibt sich anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele.
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Beispiel 1:
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Einer handelsüblichen Stärke (Weizenstärke Typ
A) wurden jeweils 0,6 Gew.% unterschiedlicher Proteinmuster zugegeben:
| Proteinmuster | erreichter Luftanteil |
| Blindwert | ca. 2% |
| Gluten (Weizenprotein) | ca. 25% |
| Mehl (Anteil umgerechnet auf 0,6 % Protein) | ca. 35% |
| Erbsenprotein | ca. 28% |
| Milcheiweiß Typ A | ca. 28% |
| Milcheiweiß Typ B | ca. 30 % |
| handelsübliche
Proteinmischung | ca. 34 % |
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Aus diesem Beispiel zeigt sich sehr
deutlich, dass unabhängig
von der Zugabe des Proteintyps eine beachtliche Belüftung erreicht
werden konnte, und zwar bei der Zugabe von 0,6 Gew.% Protein in
einer Größenordnung
von 30 %. Ein solcher belüfteter,
mit zusätzlichen
Proteinen versetzter Stärkeklebstoff
wies eine Stabilität über mehrere
Stunden auf.
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Beispiel 2:
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Es wurde der Luftanteil in einem
Stärkeklebstoff
mit verschiedenen Proteinen unterschiedlichen Zugabemengen untersucht:
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Beispiel 3:
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Es wurde der Luftanteil in Stärkeklebstoff
bei Einsatz eines Weizenmehls untersucht, wobei der Anteil der Proteinzugabe
auf den Proteingehalt des Weizenmehls umgerechnet worden ist.
| Proteinzugabe | Weizenmehl |
| 0 % | ca. 2 % |
| 0,1 % | ca. 3 % |
| 0,2 % | ca. 10 % |
| 0,3 % | ca. 16 % |
| 0,6 % | ca. 38 % |
| 0,9 % | ca. 44 % |
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Zu den vorgenannten Beispielen 1
bis 3 ist anzumerken, das jeweils Stein-Hall-Klebstoffe mit 26 % Handelsbasis
(HB) auf Basis Weizenstärke
mit einem Alkaligehalt 1,4% auf Stärke, Boraxgehalt 1,2% auf Stärke und
eine Stein-Hall-Viskosität
zwischen 60 bis 100 s eingesetzt wurde.
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Beispiel 4:
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Schließlich wurde der Luftanteil
in Stärkeklebstoffen
unter sucht, die aus unterschiedlichen Stärkesorten hergestellt wurden
und als Protein mit 0,6 Gew.% Gluten versetzt wurden.
| Stärkeklebstoff
aus | Luftanteil |
| Weizenstärke | ca. 25 % |
| Maisstärke | ca. 19 % |
| Kartoffelstärke | ca. 32 |
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Aus den vorgenannten Beispielen zeigt
sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren
für Stärkeklebstoffe
unterschiedlicher Stärkesorten
geeignet ist und auch unter Verwendung von Proteinen unterschiedlicher Herkunft.
Grundsätzlich
ist es im Übrigen
auch möglich,
verschiedene Proteine miteinander zu mischen und der Stärke beizugeben.
