DE2660366C2

DE2660366C2 - Verwendung von Polypiperidiniumhalogenid als Zusatz für Stärkekleber

Info

Publication number: DE2660366C2
Application number: DE2660366A
Authority: DE
Inventors: Peter 5000 Köln Reuß
Original assignee: Mobil Oil AG
Current assignee: Mobil Oil AG
Priority date: 1976-06-25
Filing date: 1976-06-25
Publication date: 1985-01-31

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Polypiperidiniumhalogenid als Zusatz für Stärkekleber zur Herstellung von Klebeschichten auf Papier.

Stärkekleber werden vielfach zur Klebung von Papier verwendet. Die Art des zu klebenden Papiers kann in weiten Grenzen variieren. Man klebt ganz dünne Papiere bis zu dicken Pappen. In den meisten Fällen sind beide zu verbindende Werkstoffe Papiere, jedoch hat auch die Klebung von Papier mit anderen Werkstoffen Bedeutung.

Von den papierverarbeitenden Industrien ist als Verbraucher von Stärkekleber in größtem Umfange die Verpackungsindustrie zu nennen. Die Klebungen in der Verpackungsindustrie benutzt man zur Herstellung der sogenannten Packmittel oder Packstoffe, worunter man z. B. Wellpappen, mit Papierlagen kaschierte Pappen oder durch Kaschierung von Metallfolien mit dünnen Papieren hergestellte Verbundwerkstoffe versteht. Weiterhin benötigt man die Klebung zur Herstellung von Packungen, die höchst verschiedener Art sein können. So verwendet man Stärkekleber für die Herstellung von Beuteln, von den einfachsten Tüten bis zu den großen, kompliziert aufgebauten Papiersäcken, oder auch zur Herstellung von formbeständigen Packungen bis zu den Spezialkartons für Güter wie Schokolade, Seife od. dgl.

Eine weitere wichtige Anwendung von Stärkeklebern in der Verpackungstechnik ist die Herstellung von Etiketten, z. B. für die Etikettierung von Flaschen, Konservendosen und ähnlichen Gebilden.

Die Anbringung von Klebeschichten auf Papieren, die getrocknet werden und durch Befeuchten und Zusammenbringen mit einem anderen Stoff, z. B. auch Papier, zur Klebung gebracht werden können, nennt man »Gummierung«, deren wichtigste Anwendung die Herstellung von Briefumschlägen ist. Auch in der industriellen Buchbinderei werden Stärkekleber verwendet, wenn auch in untergeordnetem Maß. Schließlich ist aus der papierverarbeitenden Industrie die sogenannte Hülsenwickelei als bedeutungsvoller Verbraucher von Stärkekleber zu nennen. Bei den Hülsen handelt es sich um zylindrische oder konische dickwandige Gebilde aus vielen Papierlagen, die als Hohlkörper beispielsweise zum Aufwickeln von Fäden in der Textiltechnik verwendet werden.

Alle diese industriellen Anwendungen von Stärkekleber haben das Gemeinsame, daß die Klebung ein Glied in einer längeren Kette von hintereinandergeschalteten Operationen ist, die als Ganzes den Fertigungsprozeß ausmachen. Der Klebstoff wird dabei meist durch mechanische Vorrichtungen an die Stelle seiner Wirkung gebracht. Für die Abbindung steht dabei nur eine ganz bestimmte Zeit zur Verfugung, die zwar gegebenenfalls lang sein kann, aber nicht überschritten werden darf. IZs ist einleuchtend, daß in diesem Fertigungsprozeß der Rheologie des Klebstoffes eine wesentliche Bedeutung zukommt, da der Klebstoffauftrag u. a. von Füeßvorgängen abhängig ist

Der Hauptgrund für die Anwendung der Stärkekleber liegt in ihrer Wirtschaftlichkeit, obgleich ihrem Einsatz zwangsläufig Grenzen gesetzt sind. So wird wegen der wechselnden Anlorderungen, wie z. B. Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit Veränderung der zu verklebenden Papiere durch chemische Hilfsmittel sowie Änderungen in der Arbeitsweise der Klebstoffauftragungswerke. Stärke zum Teil durch synthetische Klebstoffe ersetzt.

Vor allem der gewünschte niedrige Feststoffgehalt von etwa !9—21 % FG führt zu schwierigen Problemen.

Es ergeben sich dadurch Nachteile in der Anfangsklebekraft, was wieder eine geringere Produktionsgeschwindigkeit zur Folge hat, hoher Energieaufwand für Wasserverdampfung, höhere Auftragsmengen (je Flächeneinheit muß mehr Klebstoff aufgetragen werden, da für eine einwandfreie Klebung eine bestimmte Klebstoffmenge nötig ist). Es ergeben sich auch Schwierigkeiten bezüglich der Kantenverklebung, die dadurch verursacht werden, daß der Feuchtigkeitsüberschuß z. B. zu der Pappe hingetrieben wird. Als weitere Einschränkungen eines unmodifizierten Stärkeklebers müssen u. a.

die geringe Wasserfestigkeit, die Versprödungsneigung sowie die mangelnde Flexibilität des Klebefilms genannt werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Zusatzes für Stärkekleber für die Herstellung von Klebeschichten auf Papier, wodurch eine wesentliche Verbesserung der Klebeeigenschaften der aus der Stärke hergestellten Kleber insbesondere bei industriellem Einsatz herbeigeführt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Verwendung von Pclypiperidiniumhalogenid als Zusatz für Stärkekleber zur Herstellung von Klebeschichten auf Papier.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird als Polypiperidiniumhalogenid Polypiperidiniumchlorid oder Polydimethyldiallylammoniumchlorid verwendet. Es kann jedoch auch das entsprechende Bromid zur Anwendung gelangen. Insbesondere bevorzugt wird Polypiperidiniumchlorid verwendet.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß durch geringe Zugabemengen des Polypiperidiniumhalogenids, insbesondere Polypiperidiniumchlorids, zur Stärke sowohl die Anfangsklebekraft, die eine höhere Maschinengeschwindigkeit ermöglicht, als auch die Klebefestigkeit verbessert wird. So konnte der Klebstoffauftrag bei einer Wellpappenklebung von 16 g/m² auf 13 g/m² reduziert werden. Weiter zeigte sich, daß der Klebefilm flexibler und weit weniger luftfeuchtigkeitsempfindlich war, als dies bei Verwendung von handelsüblicher Stärke der Fall war.

Das Polypiperidiniumhalogenid kann in wäßriger Lösung sowohl zu kaltwasserlöslichen Stärken als auch Stärken nach der Verkleisterung zugegeben werden. Als Ausgangsprodukte kommen vorwiegend Mais- und Kartoffelstärken sowie, wenn auch im geringen Umfang, Reis- und Weizenstärken in Betracht.

Das Polypiperidiniumhalogenid kann sowohl mit nativer Stärke, verkleisterter Stärke (Kleister) oder besonders Quellstärke angewandt werden.

f-, Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.

Die Verbesserung der Klebeeigenschaften durch Anwendung geringer Mengen des Polypiperidiniumhalo-

genids ist aus dem nachstehenden Beispiel ersichtlich. In dem Beispiel wurde als Polypiperidiniumhalogenid Po-Iypiperidiniumchlorid (vgl. M. Fred Hoover und Hugh E. Carr »Performance-Structure Relationships of Electroconductive Polymers« (Tappi, The Journal of the Technical Association of the Pulp and Paper Industry, Bd. 51, Nr. 12, Dezember 1968, Seiten 552 bis 559)), im nachstehenden als das »kationische Polymer« bezeichnet, verwendet, wobei eine im Handel erhältliche 4O°/oige wäßrige Lösung eingesetzt wurde.

Beispiel

Auf ein Papier wurden eine 15gew.-°/oige Quellstärke-»Lösung« in Wasser sowie eine 15gew.-°/oige »Lösung« in Wasser einer Quellstärke, die mit 5 G5w.-% des kationischen Polymers vorbehandelt war, auf ein Papier aufgetragen und getrocknet. Die Klebkraft wurde nach Befeuchtung auf dem »Fipago«-Klebkraftprüfgerät (PKL) untersucht.

Probe mit normaler Quellstärke
(Kartoffelstärke)

Probe mit Quellstärke
(Kartoffelstärke) mit 5 Gew.-I
kationischem Polymer vorbehandelt

2,9 mmkp
(Trennen
ander
Klebnaht)

8,4 mmkp
(Papier ausgerissen)

Die vorbehandelte Probe zeigte ausgezeichnete Filmbildungseigenschaften.

Von einer guten Verklebung erwartet man im allgemeinen eine Festigkeit, die über der der verklebten Materialien liegt. Diese Forderung wurde bei Anwendung der vorbehandelten Stärke erfüllt, bei Anwendung der normalen Stärke dagegen nicht.

Folgende Vorteile ergaben sich durch den Einsatz des kationischen Polymers zur Behandlung von Stärke:

Verbesserung der Klebekraft, somit Stärkeeinsparung und Möglichkeit der Auftragsgewichtsreduzierung,

Erhöhung der Anfangsklebekraft und damit höhere Produktionsgeschwindigkeiten,
Erzielung höherer Feststoffgehalte des Stärkeklebstoffs, geringere Empfindlichkeit gegenüber Wasser bzw. Luftfeuchtigkeit,

Energieeinsparung durch geringere Trocknungsraten und bessere Wärmeübertragung,
weniger Verformung der verklebten Materialien, z. B. Wellpappe, durch geringere Wassermengen,
Viskositätsregelung ohne Borax bzw. mit reduzierter Boraxmenge,

gute Wiederverwendung der Abfälle (im Gegensatz zu den mit Naßfestmitteln auf Resorcin- und Formaldehyd-Basis vorbehandelten Stärken).

Die Wiederverwendung der Abfälle erfolgt insbesondere bei der Herstellung von Pappen, wobei ein Klebstoff eingesetzt werden soll, der die Aufbereitung des zurückgeführten Altpapiers nicht beeinträchtigt. Dies ist wichtig, da in den meisten europäischen Ländern mehr und mehr Altpapier verarbeitet wird und weil Papier- und Pappenfabriken die Techniken zur Aufbereitung und Reinigung des Stoffes ständig verbessern. Es ist immer noch unerwünscht. Altpapier zu haben, das in den Hydropulpern schwierig aufzulösen ist.

Da es sich bei Papiersäcken um billigste Massenartikel handelt, für deren Anwendung oftmals der niedrigste Preis ausschlaggebend ist, werden zu ihrer Klebung auch heute noch fast ausschließlich Stärkeklebstoffe verwendet. Klebungen von Papiersäcken mit Kunststoffklebern, insbesondere mit Schmelzklebern auf der ι ο Basis von Copolymeren, wie Äthylen-Vinylacetat-Copolymeren, sind zwar möglich, aber, soweit ersichtlich, aus verschiedenen Gründen noch nicht über die Versuchsentwicklung hinausgekommen.

Die Papiersackkleber werden meistens in Form von Trockenpulvern bezogen, die kurz vor der Verarbeitung gelöst werden. Ob man die warmwasserlöslichen Formen, die nur unter Erhitzung gelöst werden können, oder die in Form von Quellstärken vorliegenden Papiersackkleber verwendet, richtet sich nach den vorliegenden Betriebsverhältnissen. Meist wird der höhere Preis der kaltwasserlöslichen Produkte in Kauf genommen, um die Erhitzung nach dem Anrühren zu sparen. Die Abbaustufen der Papiersackkleber sind so, daß eine Anrührung im Verhältnis 1 :3 bis 1 :6 einen Klebstoff der richtigen Viskosität liefert. Ein Unterschied zwischen Bodenkleber und Schlauchkleber wird dabei meist nicht gemacht. Die Abbindung erfolgt innerhalb eines verhältnismäßig langen Zeitraumes. Je nach Anforderung sind die Säcke bis zu ölagig. Nach Verlassen der Maschine müssen die Säcke schon geklebt sein, die Endfestigkeit wird jedoch erst nach völliger Verdampfung des Wassers erzielt. Der Vorgang nimmt deswegen recht lange Zeit in Anspruch, weil die Papiersäcke während dieser Zeit gestapelt werden müssen.

Die zum Anrühren des Papiersackklebers benutzte Wassermenge ist für die Trocknungszeit von erheblicher Bedeutung. Eine Überschlagsrechnung zeigt zwar, daß bei gleichem Auftrag die bei der Trocknung zu verdampfende Wassermenge nicht sehr viel größer ist, wenn man den Klebstoff z. B. im Verhältnis 1 :5 statt 1 :4 in Wasser anrührt. Die Viskosität des Leimes ist aber bei Anrührung 1 :5 erheblich kleiner als bei Anrührung 1 :4. Es besteht daher die Neigung, bei Verwendung eines nur weniger verdünnten Leimes eine höhere Auftragsdicke einzustellen und dadurch eine erheblich größere Wassermenge einzubringen, die verdampft werden muß. Bei Anwendung zu stark verdünnter Leime kann es vorkommen, daß die gestapelten Säkke während der Trocknung Schimmel ansetzen. Für gewisse Füllgüter verlangt man eine Wasserfestigkeit der Klebung. Diese ist mit üblichen Stärkeklebstoffen naturgemäß nicht zu erzielen.

Bei einem Vergleichsversuch wurde Kartoffelquellstärke in Wasser gelöst und mittels eines schnellaufenden Rührers etwa 15 Minuten gerührt. Es wurden zwei Ansätze für den Stärkekleber hergestellt, von denen der eine (A) nur die Stärke und Wasser und der andere (B) die Stärke, Wasser und einen Zusatz von 2,5 Gew.-% des kationischen Polymers umfaßte. Eine Papierbahn aus gekrepptem Papier wurde zunächst zu einem Schlauch jeweils mittels der beiden Stärkekleber A und B verleimt.

Die Verkleisterung der Stärkekleber A und B fand auf der Maschine unter Normaltemperatur statt, d. h. es wurde keine weitere Wärme zugeführt. Bei Verwendung des Stärkeklebers B mit dem Zusatz von 2.5 Gew.-% des kationischen Polymers, bezogen auf Stärke, war im Vergleich mit dem Stärkekleber ein wesent-

lieh geringerer Auftrag notwendig, und es fand eine schnellere Trocknung statt — wodurch eine geringere Gefahr von Schimmelpilzbefall besteht —, und es wurde eine bessere Wasserfestigkeit erzielt.

Die geschilderten Verwendungen des kationischen 5 Polymers (Polypiperidiniumhalogenid, insbesondere Polypiperidiniumchlorid) erfolgen zweckmäßig aus wäßrigen Lösungen, die etwa 1 bis 10 Gew.-% des kationischen Polymers enthalten.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von Polypiperidiniumhalogenid als Zusatz für Stärkeklcber zur Herstellung von Klebeschichten auf Papier.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polypiperidiniumhalogenid Polypipeiidiniumchlorid verwendet