DE2814774A1

DE2814774A1 - Waessriger kleber auf staerkebasis und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2814774A1
Application number: DE19782814774
Authority: DE
Inventors: Raymond Frederick Davies; Brian Henry Mcerlean; Alan Arthur Procter
Original assignee: Unilever Bestfoods North America
Current assignee: Unilever Bestfoods North America
Priority date: 1977-04-06
Filing date: 1978-04-05
Publication date: 1978-10-19
Also published as: YU82178A; JPS53127539A; FI68414C; SE7803886L; NZ186834A; IT1095604B; ES468560A1; AU3475578A; IT7822056A0; NL7803673A; AU523103B2; SE443992B; FI781045A; FR2386593B1; GB1571336A; JPS5813109B2; FI68414B; FR2386593A1; YU41589B

Description

Wässriger Kleber auf Stärkebasis und Verfahren zu seiner

Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf wässrige Kleber auf Stärkebasis und Verfahren zu ihrer Herstellung, insbesondere auf solche Kleber, die sich für die Herstellung von Pappe, z.B. Wellpappe, eignen und gelatinierte Stärke in geringem Anteil und eine ungelatinierte Stärke als Hauptanteil aufweisen.

Gegenwärtig wird Wellpappe in einem kontinuierlichen Vorgang in mehreren Stufen hergestellt. Ein leicht befeuchtetes Papierband wird durch erhitzte Rillenwalzen geführt. Auf eine Seite des erwärmten, geriffelten bzw. gewellten Papiers wird Kleber auf die Oberkante jeder Riffelung aufgebracht. Unmittelbar darauf wird das geriffelte Papier unter Wärme und Druck mit einem Papierdeckstreifen in Berührung gebracht, um eine starke Klebverbindung zwischen den beiden Schichten auszubilden. Dieses Produkt ist auf dem Fachgebiet als "einseitige (single facer)" Wellpappe bekannt. Eine andere Art von Wellpappe ist die starre Sorte, die z.B. bei der Herstellung von Pappschachteln verwendet wird. Bei der Herstellung dieser Art von Pappe wird zusätzlicher Kleber auf die freien, geriffelten Spitzen in einem weiteren Arbeitsgang aufgebracht, und ein zweiter Streifen Deckpapier wird mit der geriffelten Zwischenschicht in Berührung gebracht und unter dem Einfluß von Wärme und Druck und unter Verwendung einer Maschine für beidseitig gedeckte Wellpappe gebunden.

Die erfolgreiche Herstellung von Wellpappen in den Hochgeschwindigkeitsmaschinen (200 m/min oder mehr), wie sie der-

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zeit gebräuchlich ist, ist gegenüber den Eigenschaften des Klebers sehr empfindlich. So muß die Viskosität des Klebers, um ein zufriedenstellendes Produkt zu liefern, so sein, daß der Kleber leicht in der Anlage fließt, während er im umlauf gehalten wird, um ihn gleichförmig zu halten. Auch muß der Kleber ausreichend viskos sein, um nach dem Aufbringen an der Spitze der Riffelung zu verbleiben, und um in dem Papier von Haus aus vorhandene Vertiefungen auszufüllen. Außerdem muß er wegen der hohen Geschwindigkeit der derzeitigen Maschinen bei Anwendung von Wärme und Druck zu "augenblicklichem Binden" fähig sein.

Wellkleber auf Stärkebasis werden traditionsgemäß etwa nach dem Stein-Hall-Verfahren zusammengestellt. Es ist ein System, in dem der Hauptteil des Klebers nicht-^ufgebrochene, nichtmodifizierte, in Wasser aufgeschlämmte Maisstärkekörnchen mit etwa 20 % Feststoffgehalt sind, wobei die Körnchen mit Hilfe eines Trägeranteils aus einer gekochten Stärkepaste in Suspension gehalten werden. Der Kleber wird im Prinzip durch Kochen des Trägeranteils in einem offenen Behälter mit Frischdampf, herkömmlicherweise auf Ansatzbasis, hergestellt. Neuere Entwicklungen haben jedoch die kontinuierliche Herstellung von Kleber durch die Verwendung eines Strahlkochers unter atmosphärischen Druckbedingungen zur Herstellung des Trägeranteils erreicht. Dieser wird dann in einen zweiten Be* halter gebracht, der ungekochten Stärkebrei (Nichtträger-Anteil) enthält. Ein typischer Stein-Hall-Kleber hat die folgenden Eigenschaften:

Gelatxniertemperatur 62 bis 65 ⁰C Stein-Hall-Viskosität bei 35 ⁰C einseitige Wellpappe 30 bis 35 see beidseitig gedeckte Wellpappe 45 bis 55 see

Feststoffgehalt 20 %, handelsüblich pH 11,8 bis 12

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Träger-Stärke/Niahtträger-Stärke-Verhältnis etwa 1:5,5.

Solche Kleber haben verschiedene Nachteile;

a) Die Menge (gelatinierter) Träger-Stärke bestimmt die anfängliche Klebrigkeit des Klebers, und dies sowie der Feststoffgehalt des Klebers bestimmen die Geschwindigkeit, mit der eine Wellpappmaschine betrieben werden kann. Es ist schwer, einen Stein-Hall-Kleber zu liefern, der eine annehmbare Anfangsklebrigkeit und akzeptablen Feststoffgehalt hat, ohne daß er auch unannehmbar hoch viskos ist. Zu den Bemühungen, diesen Nachteil zu überwinden, gehörte in der Vergangenheit die Verwendung chemisch verdünnter Stärken, die zu gelatinierten Lösungen geringerer Viskosität Anlaß geben, sie sind aber beträchtlich teuerer als unmodifizierte Stärke, und Kleber für Pappe sind notwendigerweise ziemlich billige Erzeugnisse.

b) Die Stabilität der Viskosität des Klebers ist mäßig aufgrund der Neigung der gelatinierten Stärke zur Rückbildung oder Umbildung beim Stehen.

c) Soll das Pappeerzeugnis wasserfest sein, werden in den Kleber üblicherweise vernetzende Harze eingearbeitet. Die zum Gelatinieren des Trägeranteils angewandte Wärme bewirkt auch eine Reaktion zwischen der Stärke und dem vernetzenden Harz zur Ausbildung einer wasserfesten Bindung. Doch ist die Reaktivität herkömmlicher Stein-Hall-Kleber mit vernetzenden Harzen mäßig.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile herkömmlicher Kleber zu überwinden und ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung verbesserter Kleber anzugeben.

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So bietet nach einer Ausführungsform die Erfindung einen wässrigen Kleber auf Stärkebasis mit einem Feststoffgehalt von 10 bis 40, vorzugsweise 10 bis 35 Gewichtsprozent, mit einer Stein-Hall-Viskosität bei 35 ⁰C von 20 bis 100 see, vorzugsweise 25 bis 55 see und, in einem Gewichtsverhältnis von 1:2 bis 1:8,

a) mit einem Trägeranteil mit gelatinierter, molekular dispergierter Stärke und

b) mit einem Wichtträger-Anteil mit ungelatinierter Stärke einer Gelatiniertemperatur in dem Kleber von 55 bis 75 ⁰C.

Sofern nicht anders angegeben sind die Feststoffgehalte in der vorliegenden Beschreibung handelsüblich ausgedrückt, d.h. als Verhältnis von handelsüblich verfügbarer Stärke und anderen Feststoffen zu Wasser. Im Handel erhältliche Stärke enthält einen geringen Anteil, typischerweise etwa 12 % Wasser, so daß ein Kleber mit 20 % handelsüblichen Feststoffen etwa einem Kleber mit 18 % Feststoffen auf Trockenbasis entspricht.

Rohstärke enthält Molekülbündel, die durch Wasserstoffbindung zusammengehalten werden. Herkömmliches Gelatinieren, z.B. durch Behandeln mit Dampf bei nicht mehr als 100 ⁰C, löst und bricht diese Bündel teilweise, aber nicht vollständig auf. In molekular dispergierter Stärke, wie sie im Trägeranteil von erfindungsgemäßen Klebern verwendet wird, sind die Bündel im wesentlichen vollständig aufgebrochen und die einzelnen Stärkemoleküle im wesentlichen voneinander getrennt. Molekulardispersion von Stärke kann durch Gelatinieren unter scharfen Bedingungen erreicht werden, wie durch die Verwendung von Dampf im Überschuß bei Temperaturen über 100 ⁰C, wie nachfolgend ausführlicher beschrieben. Molekular dispergierte Stärken zeichnen sich durch eine Viskosität von nicht mehr als 1000 cP aus, gemessen bei einem Feststoffgehalt von 10 % und

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einer Temperatur von 50 ⁰C, typischerweise in der Größenordnung von 250 cP. Herkömmlicherweise gelatinierte Stärke hat eine Viskosität unter diesen Bedingungen von deutlich über 1000 cP.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kleber werden vorzugsweise unmodifizierte Stärken verwendet. Modifizierte Stärken, wie verätherte oder veresterte Stärken, können verwendet werden, da sie aber normalerweise teuerer sind als gewöhnliche Stärke und ihre Verwendung wenig oder gar keine Vorteile bietet, sind sie nicht bevorzugt. Teilweise oxydierte oder säure- oder enzymhydrolysierte Stärken können verwendet werden und führen beim Gelatinieren zu einer niedrigeren Viskosität. Wenn sie aber nicht auch molekular dispergiert sind, besitzen sie nicht die notwendige Vxskositätsstabilität und eignen sich nicht zur Verwendung gemäß der Erfindung. Wenngleich irgendeine Getreide- oder pflanzliche Stärke prinzipiell in dem erfindungsgemäßen Kleber und beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann, werden normalerweise Mais- oder Weizenstärken für Wellpappekleber verwendet.

Eine Anzahl von in Wasser dispergierbaren, hoch-viskosen PolyhydroxyrPolymer-Materialien kann als Ersatz von bis zur Hälfte der im Trägeranteil des Klebers verwendeten Stärke eingesetzt werden. Beispiele sind Cellulosederivate, wie Natriumcarboxymethylcellulose, Polyvinylalkohole und hydrolysierte Polyvinylacetate sowie Polyvinylpyrrolidon.

Wie oben bemerkt, hängen die Merkmale des Feststoffgehalts und des Träger/Nichtträger-Verhältnisses miteinander zusammen. Bevorzugte erfindungsgemäße Kleber sind so zusammengesetzt, daß sie in einen Bereich einer linearen Darstellung des Feststoffgehalts gegen das Gewichtsverhältnis von Träger- zu Nichtträger-Anteil, festgelegt durch die vier folgenden Punkte, fallen:

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Feststoffgehalt 10 20 35 35

Gewichtsverhältnis 1:2 1:2 1:6 1:8

Dieser Flächenbereich ist in Fig. 1 graphisch dargestellt.

Aufgrund der niederen Viskosität der molekular dispergierten Trägerstärke haben erfindungsgemäße Klebemittel eines gegebenen Feststoffgehalts und gegebener Viskosität ein niedrigeres Träger/Nichtträger-Verhältnis (d.h. höheren Trägergehalt) als herkömmliche Stein-Hall-Kleber. Aus dieser Eigenschaft kann auf zweierlei Weise Vorteil gezogen werden. Wird der Feststoffgehalt gleich gehalten, hat der Kleber eine bessere Anfangsklebrigkeit als ein Stein-Hall-Kleber. Unter diesen Umständen hat der Kleber vorzugsweise ein Träger/Nichtträger-Verhältnis von 1:2,5 bis 1:4,5, insbesondere 1:3 bis 1:4, und einen Feststoffgehalt von 15 bis 25 Gewichtsprozent. Alternativ kann der Feststoffgehalt gesteigert werden, ohne daß ein schlimmer Verlust an Anfangsklebrigkeit eintritt, um einen trockneren Kleber zu liefern und so die Wellmaschine in die Lage zu versetzen, rascher zu arbeiten als bei Verwendung eines Stein-Hall-Klebers . Unter diesen Umständen kann der Kleber vorzugsweise ein Träger/Nichtträger-Verhältnis von 1:4 bis 1:6 und einen Feststoffgehalt von 20 bis 30 Gewichtsprozent aufweisen.

Die Gelatiniertemperatur des Nichtträger-Anteils der Stärke in dem Kleber liegt vorzugsweise im Bereich von 60 bis 70 ⁰C, insbesondere von 63 bis 66 ⁰C. Ist diese Temperatur zu niedrig, kann vorzeitiges Gelatinieren der Stärke und ein Verdicken des Klebers eintreten. Ist die Temperatur zu hoch, kann eine unangemessene Wärmemenge erforderlich sein, um den Kleber voll wirksam zu machen. Die Gelatiniertemperatur wird hauptsächlich durch den Anteil an Natriumhydroxid im Kleber bestimmt. Die Verwendung von bis zu 5 %, vorzugsweise 2 bis

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3,5 %, bezogen auf das Gewicht der Stärke, an Natriumhydroxid ist üblich und auch erfindungsgemäß angemessen.

Borax wird ebenfalls herkömmlicherweise in Stein-Hall-Klebern zum Stabilisieren der Viskosität und zur Erhöhung der Klebrigkeit verwendet. Erfindungsgemäß werden vorzugsweise bis zu 5 % Borax in den Klebern verwendet, geeigneterweise in einer Menge von O.75 bis 3,25 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der Stärke. Wird eine wasserfeste Bindung verlangt, können Vernetzer oder vorgebildete Harze nach herkömmlicher Praxis in den Kleber eingearbeitet werden. Auch andere Zusätze können gemäß herkömmlicher Praxis einbezogen sein.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines wässrigen Klebers auf Stärkebasis, das sich dadurch auszeichnet, daß

a) ein Trägeranteil gelatinierter, molekular dispergierter Stärke mit einem Feststoffgehalt von 3 bis 40 Gewichtsprozent durch Kochen eines Stärkebreis unter Verwendung eines bei einer Temperatur von 110 bis 170 ⁰C betriebenen Strahlkochers mit wenigstens dem 1,1 fachen der Menge

an zum Erhitzen des Breis auf die gewünschte Temperatur notwendigem Dampf hergestellt,

b) der Trägeranteil mit einem Brei ungelatinierter Stärke mit einem Feststoffgehalt von 10 bis 40 Gewichtsprozent in relativem Anteil zur Erzielung eines Gesamtfeststoffgehalts von 10 bis 40 Gewichtsprozent und einem Gewichtsverhältnis von gelatinierter zu ungelatinieter Stärke von 1:2 bis 1:8 gemischt und

c) im erhaltenen Gemisch Alkali in einer Menge von bis zu 5 %, bezogen auf das Gewicht der Stärke,

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vorgesehen wird, so daß die Gelatiniertemperatur der ungelatinierten Stärke 55 bis 75 ⁰C beträgt.

Ein wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verwendung eines Strahlkochers mit überschüssigem Dampf bei überatmosphärischem Druck, um den Trägeranteil der Stärke zu kochen. Ein solches Kochen ist nicht neu, es ist beispielsweise in der US-PS 3 133 836 beschrieben, ist aber bislang nicht bei der Herstellung des Trägeranteils von Klebern auf Stärkebasis angewandt worden. Ein Strahlkocher arbeitet unter sehr hohen Scherbedingungen, und diese werden noch durch die Anwendung überatmosphärischen Drucks, von Kochtemperaturen von 110 bis 170 ⁰C, vorzugsweise von 130 bis 155 ⁰C, und von überschüssigem Dampf verschärft. Ist die Kochtemperatur vorbestimmt, kann die Dampfmenge, die gerade ausreicht, um den Stärkebrei auf die Temperatur zu erhitzen, und dabei vollständig kondensiert wird, leicht berechnet werden. Erfindungsgemäß wird Dampf im Überschuß zu der zum Erhitzen des Breis erforderlichen Menge verwendet, wobei der Überschuß unkondensiert durch den Kocher strömt. Die verwendete Dampfmenge sollte wenigstens das 1,1-fache der zum Erhitzen des Breis auf die Kochtemperatur erforderlichen Menge sein, vorzugsweise das 1,25- bis 5-fache, insbesondere das 1,5- bis 3-fache der erforderlichen Menge. Die Anwendung dieser scharfen Bedingungen führt zu einem viel vollständigeren Aufbrechen der Stärkekörnchen als sonst bei Gelatinierprozessen üblich. So behandelte Stärke liegt in molekular dispergiertem Zustand vor. Die Viskosität der anfallenden Stärkepaste (bei einem gegebenen Feststoffehalt) hängt von der Zeit und der Temperatur des Kochens sowie von der überschußmenge an verwendetem Dampf ab, ist aber stets beträchtlich niedriger als die einer Stärkelösung, die unter normalen Bedingungen gelatiniert worden ist. Die Viskosität von in einem Strahlkocher unter Anwendung einer Temperatur von wenig-

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stens 110 ⁰C und wenigstens des 1,1-fachen der erforderlichen Dampfmenge (gemessen bei 10 % Feststoffgehalt und einer Temperatur von 50 ⁰C) gelatinierter Stärke beträgt nicht mehr als 1000 cP, vorzugsweise 100 bis 500 cP, insbesondere 150 bis 200 cP. Demgegenüber hätte eine normal gelatinierte Stärkelösung eine Viskosität von 6-bis 7000 cP unter gleichen Bedingungen.

Der Feststoffgehalt des fertigen Klebers beträgt 10 bis 40 Gewichtsprozent auf handelsüblicher Basis, vorzugsweise 15 bis 30, z.B. 20 % auf handelsüblicher Basis und wird mit einem Seitenblick auf die Viskosität, die anfängliche Klebstärke und die endgültige Haftfestigkeit des Klebers ausgewählt. Ein Kleber mit einem gewünschten Feststoffgehalt (beispielseweise 20 % auf handelsüblicher Basis) kann durch Mischen geeigneter Anteile Trägeranteil von 20 % Feststoffen auf handelsüblicher Basis und Nichtträgeranteil mit 20 % Feststoffen auf handelsüblicher Basis oder durch Mischen eines verdünnteren Trägeranteils mit einem konzentrierteren Nichtträgeranteil oder durch Mischen eines konzentrierteren Trägeranteils mit einem verdünnteren Nichtträgeranteil erhalten werden. Der Feststoffgehalt des Trägeranteils kann 3 bis 40, vorzugsweise 5 bis 35, insbesondere 10 bis 20 Gewichtsprozent auf handelsüblicher Basis betragen. Bei über 20 % Feststoffen neigt die Lösung gelatinierter Stärke beim Stehen zum Gelieren, was schädlich, wenngleich kein unlösliches Problem ist. Wird der Strahlkocher bei weniger als 10% Feststoffen betrieben, zeigten sich gewisse Schwierigkeiten, die erforderliche Temperatur in der fertigen Klebermischung zu erhalten. Soweit der Nichtträgeranteil der Stärke betroffen ist, können Breie mit 10 bis 40 Gewichtsprozent Feststoffen auf handelsüblicher Basis leicht gehandhabt werden. Der Feststoffgehalt des Nichtträger-Breis sollte in Beziehung zum Feststoffgehalt der Trägerlösung und den Verhältnissen, in denen die beiden zusammengemischt werden, gewählt werden, um ein fertiges

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Klebemittel gewünschten Feststoffgehalts zu liefern.

Der Nichtträger-Stärkebrei wird normalerweise bei Raumtemperatur verwendet. Der Trägeranteil ist jedoch gerade durch einen Strahlkocher bei hoher Temperatur gegangen. Werden Träger- und Nichtträgeranteil einfach zusammengemischt, kann leicht vorzeitiges Gelatinieren der Nichtträger-Stärke eintreten. Es ist daher normale Praxis, sicherzustellen, daß die Temperatur des Gemischs nicht über 40 ⁰C steigt. Um dies zu erreichen, muß der Trägeranteil der Stärke normalerweise gekühlt werden; die Temperatur, auf die er gekühlt werden muß, hängt von den relativen Volumina der beiden Anteile ab und kann leicht in jedem besonderen Fall errechnet werden.

Träger- und Nichtträgeranteil werden im Verhältnis zu einem Klebmittel der gewünschten Viskosität zusammengemischt. Bei herkömmlichen Feststoffgehalten von etwa 20 Gewichtsprozent auf handelsüblicher Basis ist, da die Viskosität des Trägeranteils erheblich geringer ist als die der bislang als Träger verwendeten gelatinierten Stärken, das Träger- Nichtträger—Verhältnis notwendigerweise kleiner als das herkömmliche von 1:5,5 auf Gewichtsbasis, und es liegt tatsächlich im Bereich von 1:2,5 bis 1:4,5, insbesondere 1:3,0 bis 1:4,0 auf Gewichtsbasis. Bei Verhältnissen über 1:4,0 wurde gefunden, daß die Viskosität des Klebmittels praktisch zu niedrig ist. Bei Verhältnissen unter 1:3,0 haben die erfindungsgemäßen Klebmittel eine zu hohe Viskosität, die nur durch übermäßiges Verdünnen mit Wasser auf ein annehmbares Maß gesenkt werden konnte. Erfindungsgemäß lieferte ein Klebmittel mit 20 % Feststoffgehalt auf handelsüblicher Basis und mit einem Träger/Nichtträger-Gewichtsverhältnis von 1:3,5 ein Klebmittel mit einer gewünschten Viskosität, oder ein solches, das leicht mit einer geringen Menge Wasser zu einer gewünschten Viskosität verdünnt werden kann. Die Verwendung verschiedener Kochbedingungen oder eines unterschiedlichen Feststoff-

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gehalts ließe aber ein unterschiedliches bevorzugtes Träger/ Nichtträger-Verhältnis erwarten. Erfindungsgemäße Klebmittel haben eine bevorzugte Stein-Hall-Viskosität bei 35 ⁰C von bis 55 see, vorzugsweise von 28 bis 38 see für Klebmittel für einseitige Wellpappe und von 45 bis 55 sac für Klebmittel für beidseitig gedeckte Wellpappen.

Wie zuvor festgestellt, enthalten Klebmittel gemäß der Erfindung vorzugsweise Natriumhydroxid, um die Gelatiniertemperatur der Nichtträger-Stärke herabzusetzen. Das NaOH wird am bequemsten in den Trägeranteil der Stärke eingearbeitet und kann in dem dem Strahlkocher zugeführten Rohstärkebrei enthalten sein. Andererseits kann das NaOH in den Nichtträgeranteil oder in das Träger/Nichtträger-Gemisch eingearbeitet sein. Das Natriumhydroxid wird vorzugsweise zwischen Träger- und Nichtträger-Nachschubbrei verteilt.

Wie zuvor festgestellt, enthalten Klebmittel gemäß der Erfindung vorzugsweise Borax. Borax kann bequemerweise im Nichtträgeranteil der Stärke eingearbeitet sein. Andererseits kann er während dem abschließenden Mischen von Träger- und Nichtträgeranteil zugesetzt werden. Zusatz des gesamten Borax zum Stärkebrei, der durch den unter Druck stehenden Strahlkocher geführt wird, kann zu Viskositätsproblemen Anlaß geben.

Es kann von Vorteil sein, einen einzigen Rohstärkebrei anzusetzen, der möglicherweise einen Teil oder das gesamte Natriumhydroxid und Borax enthält, was für das fertige Klebmittel gewünscht wird, und diesen Brei in zwei Ströme aufzuteilen, deren einer durch den Strahlkocher geleitet wird, um die Stärke zu gelatinieren, und dann die beiden Ströme wieder zu vermischen, wobei in dieser Stufe gegebenenfalls weiteres Natriumhydroxid oder Borax wunschgemäß zugesetzt werden kann.

Das erfindungsgemäße Mittel sowie das Verfahren zu seiner Herstellung bieten gegenüber dem herkömmlichen Stein-Hall-Kleber und dessen Herstellungsverfahren die folgenden Vorteile:

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1) Ohne zu teuren, zu niederer Viskosität modifizierten Stärken Zuflucht nehmen zu müssen, ist ein höheres Träger/Nichtträger-Verhältnis möglich. Träger/Nichtträger-Verhältnisse von 1:2,5 bis 1:4,5 können ohne die mit nach herkömmlichen Methoden gelatinierter.unmodifizierter Trägerstärke verbundene übliche Viskositätserhöhung erreicht werden.

2) Der Kleber hat eine größere Anfangsklebfestigkeit, die die frühe Ausbildung einer Bindung unterstützt.

3) Andererseits ist ein höherer Feststoffgehalt bei gleichem Träger/Nichtträger-Verhältnis möglich, ohne zu einer unmöglich hohen Viskosität zu führen, weshalb Wellmaschinen rascher betrieben werden können.

4) Der Trägeranteil, der auf monomolekularer Ebene vollständig dispergiert ist, zeigt eine größere Stabilität der Viskosität als herkömmlich hergestellte Stärke, und der fertige Kleber ist gegenüber Scherkräften weniger empfänglich.

5) Die fertige Mischung hat eine größere Haftfähigkeit durch die Art und Weise, in der der Träger dispergiert ist, und aufgrund eines höheren Anteils an vorhandenem Träger.

6) Der höhere Trägeranteil führt zu einem Kleber, der mit vernetzenden Harzen besser reagiert, um eine wasserfeste Bindung zu liefern.

7) Das Verfahren ermöglicht es, Wellpappekleber kontinuierlich herzustellen.

In den folgenden Beispielen 1 und 2 wurde folgende allgemeine Arbeitsweise gewählt. Zwei getrennte wässrige Aufschlämmungen von Maisstärke wurden hergestellt, von denen eine als Trägeranteil und die andere als Nichtträgeranteil die-

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nen sollte. Das Natriumhydroxid wurde anteilig zwischen Träger- und Nichtträgerbrei aufgeteilt; der gesamte Borax wurde dem Nichtträgerbrei zugesetzt. Der Trägerbrei wurde bei überatmosphärischem Druck in einem Strahlkocher unter folgenden Bedingungen gekocht:

Dampfdruck 5,25 - 5_f6O kp/cm G

(75 - 80 psig)

Kochtemperatur 152 - 155 ⁰C

(305 - 310 ⁰F)

2 Gegendruck 4,90 - 5,32 kp/cm G

(70 - 76 psig)

Träger-Strömungs- ~ „₌i /„,·

t. · j · ι · Z 2 gal/mxn geschwxndxgkeit ³

Der erhaltene Trägeranteil hatte eine Viskosität (gemessen bei 10 Gewichtsprozent Feststoffen und 50 ⁰C) von 150 bis 200 cP und wurde mit einem Nichtträgeranteil gemischt, um das gewünschte Klebmittel zu liefern.

Beispiel 1

Bei diesem Versuch wurde der Feststoffgehalt des Klebmittels bei 20 Gewichtsprozent auf handelsüblicher Basis konstant gehalten und der Einfluß der Veränderung des Verhältnisses Träger/Nichtträger auf die Viskosität des erhaltenen Klebers bestimmt. Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle I aufgeführt. Temperaturen der Träger- und Nichtträgeranteile und des fertigen Klebers sind in dieser Tabelle enthalten; es ist zu bemerken, daß in drei Fällen die Temperatur des fertigen Klebers über 40 ⁰C betrug; dies scheint unter den Bedingungen des bei diesem Versuch angewandten kleinen Maßstabs keinen Schaden verursacht zu haben, wäre aber im gewerblichen Betrieb unerwünscht. Die Viskosität des Klebers mit einem Träger/Nichtträger-Verhältnis von 1:3 war ziemlich hoch, sie konnte aber entweder durch Abwandeln der Bedingungen des Kochens des Trägers oder durch Verdünnen des fertigen Klebers gesenkt werden.

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Tabelle I

Einfluß einer Änderung des Träger/ungekochte Stärke-Verhältnisses auf die Eigenschaften eines fertigen

Klebers

oo O CO OO ■P-to

O 00

cn

Verhältnis (Träger/ungekochte Stärke)	1:6	1:5	20	1:4	7,2	7,2	1	20	:3,5	10	1:3,0
Trägerfeststoffe (%, handelsübl.Basis)	20	20		9,3				20		20
ungekochte Stärkefeststoffe			20		36	36	20		28
(%, handelsübl.Basis)	20	20	92	28	77	50	80	20	88	20
Temperatur des Trägers (⁰C)	70	92	12	79	20	21	19	50	24	90
Temperatur der ungekochten Stärke (⁰C)	16	12	29	17	50	36	30	21	51	12
Temperatur des fertigen Klebers (⁰C)	23	26	30	41	32	32	42	27	31	33
Stein-Hall-Viskosität bei 35 ⁰C (see)	21	22	136	28	152	156	180	44	140	>100
Brookfield-Viskosität bei 35 ⁰C (cP)	—	—	138		186	440

Für die obigen Mischungen: Gelatiniertemperatur 64-65 ⁰C

Feststoffgehalte 20 %, handelsüblich, 17,5 bis 18,5 % Trockenbasis pH 11,9 bis 12,3

Natriumhydroxid: 2,5 %, bezogen auf handelsübliche Stärke Borax: 2,5 %, bezogen auf handelsübliche Stärke

oo ι

fs>

OO

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Beispiel 2

Bei diesem Versuch wurde der Feststoffgehalt des Klebers bei 20 % auf handelsüblicher Basis und das Träger/Nichtträger-Verhältnis bei 1:3,5 gehalten. Der Einfluß der Änderung des Gehalts an Natriumhydroxid und Borax des Klebers wurde bestimmt, und die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II aufgeführt. In dieser Tabelle waren die Kleber mit einem Gehalt von 3,75 % und 5 % Borax nicht verwendbar. Die Kleber mit 1,5 %, 1,0 % und 0,5 % Natriumhydroxid hatten ziemlich hohe Viskosität, konnten aber durch Verdünnen verbessert werden.

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Tabelle II

Einfluß der Änderung der NaOH- und Borax-Konzentrationen

O CD OO

% NaOH, bezogen auf Stärke	2,5	2,5	2,5	2,5 2,5	2,0	1,5	1,0	0,5
% Borax, bezogen auf Stärke	0	1,25	2,5	3,75 5,0	2,5	2,5	2,5	2,5
Stein-Hall-Viskosität bei 35 ⁰C (see) Brookfield-Viskosität bei 35 ⁰C (cP)	25 168 12,0	32 176 12,0	42 180 11,9	zähflüssige, lang-struk turierte, gelartige Kleber	51 188 11,6	100 250 11,4	>100 420 10,4	82 208 9,3
Gelatiniertanperatur (⁰C)	64/65	64/65	64/65		-	67/68	-	69/70
Feststoff gehalt (%, Trocken basis)	17,6		17,6		17,3			17,2

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Beispiel 3

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Prozentangaben zu Natriumhydroxid und Borax beziehen sich auf das Gewicht an Stärke auf handelsüblicher Basis.

In Fig. 2 bezeichnet die Bezugsziffer 10 einen Breibehälter, dem folgendes zugeführt wird: Wasser über eine Leitung 12; Natriumhydroxid über eine Leitung 14; Borax über eine Leitung 16 und Maisstärkekörnchen über eine Leitung 18. Der Breibehälter enthält 20 Gewichtsprozent Feststoffe auf handelsüblicher Basis, 2,5 % Natriumhydroxid und 0,1 Gewichtsprozent Borax. Der Brei wird am Boden des Behälters 10 über eine Leitung 20 kontinuierlich abgezogen und in zwei getrennte Ströme aufgeteilt, 22 % in Leitung 22 und 78 % in Leitung 24 (d.h. im Verhältnis 1:3,5). Der Brei in Leitung 22 gelangt in einen handelsüblichen Strahlkocher 26 (Nemo Junior), in dem er wie in den Beispielen 1 und 2 mit überschüssigem Dampf, zugeführt über eine Leitung 28, gekocht wird, und dann gelangt er in einen Aufbewahrungsbehälter Der Breistrom in der Leitung 24 wird zu einem anderen Aufbewahrungsbehälter 32 geführt, wo er mit weiteren 3 Gewichtsprozent Borax aus einer Leitung 33 vermischt wird (um 2,5 Gewichtsprozent des fertigen Mittels zu liefern).

Der Trägeranteil des Mittels aus dem Behälter 30 und der Nichtträgeranteil aus dem Behälter 32 werden in einen in der Leitung liegenden Mischer 34 geführt, wo sie gründlich gemischt werden, und dann zu einem Lagerbehälter 36. Es kann, zumindest beim Anfahren des Systems und möglicherweise auch während des ganzen Betriebs, von Vorteil sein, einen Teil des Klebmittels vom Lagerbehälter 36 über eine Leitung 38 zum Mischer 34 rückzuführen. Das erhaltene Klebmittel hat eine Stein-Hall-Viskosität bei 35 ⁰C von 41 bis 45 see. Es wird nach Bedarf über eine Leitung 40 zur Verwendung in einer beidseitig deckenden Maschine oder über

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eine Leitung 42 zum Verdünnen vor der Verwendung in einer einseitigen Wellpappmaschine, wenn verwendbar, abgezogen.

Die Eigenschaften von Klebern, die bei Versuchen in Pilotanlagen unter Verwendung der obigen Ausstattung hergestellt wurden, sind in Tabelle III aufgeführt, in der zu Vergleichszwecken auch herkömmliche Stein-Hall-Klebereigenschaften angegeben sind. Es zeigt sich, daß die Reproduzierbarkeit recht gut ist und daß die angegebenen Eigenschaften in befriedigender Weise die des herkömmlichen Stein-Hall-Klebers duplizieren. Zu bemerken ist, daß Tabelle III dazu dient, zu zeigen, daß ein Wellpappekleber mit gewerblich annehmbaren Eigenschaften kontinuierlich hergestellt werden kann; sie soll nicht die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Klebmittel gegenüber herkömmlichen belegen.

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Tabelle III

Versuche zur Reproduzierbarkeit und Lagerstabilität des Versuchsklebers

O CD CS

Klebertyp	45 216	Versuch	45 224	lang-strukturiert, gelartig	>100	>1OO	48	43	herkörcnlicher Stein-Hall- Kleber
Stein-Hall-Viskosität bei 35 ⁰C (see) Brookfield-Viskosität bei 35 ⁰C (cP)	64/65	43 41 208 210	64/65	>100	465	720	210	206	40 200
Gelatiniertemperatur (⁰C)	17,7	65/66 64/66	18,3	570	geringfügige Trennung, leicht wieder aufgerührt	63/65
Feststoffgehalt (%)	11,9	18,1 18,0	12,0	43	18,3
PH		12,0 11,9		200	11,8
Stabilität:
24 h bei 20 ⁰C, Bemerkungen		gebildete Gelstruktur
Stein-Hall-Viskosität	>100
Brookfield-Vislioiilät (CP)	895
24 h bei 35 ⁰C, Bemerkungen	geringfügige Trennung
Stein-Hall-Viskosität (see)	41
Brookfield-Viskosität (CP)	208

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Die Beispiele 4 und 5 sind Vergleichsbeispiele, die dazu bestimmt sind, den Unterschied im Träger/Nichtträger-Verhältnis zu zeigen, der erforderlich ist, Kleber mit zwei verschiedenen Feststoffgehalten unter Verwendung der erfindungsgemäßen Lösung und der herkömmlichen Stein-Hall-Lösung herzustellen.

Beispiel 4

20 % Feststoffe

1. Standard-Stein-Hall-Technik

18 g Maisstärke wurden in 80 g Wasser aufgeschlämmt und auf 70 ⁰C erwärmt. Zu diesem Brei wurden 3,2 g Natriumhydroxid, in 8 g Wasser gelöst, gegeben. Das Gemisch wurde bewegt und 15 min bei 70 ⁰C gehalten, worauf 100 g kaltes Wasser zugesetzt wurden.

Diese Kochstärkepaste (der Träger) wurde zu einem Brei mit 88 g Maisstärke, 260 g Wasser und 3,2 g gepulvertem Borax gegeben und 15 min gerührt.

Klebereigenschaften:

Stein-Hall-Viskosität Feststoffgehalt

48 see bei 20 ⁰C

20,1 % auf handelsüblicher Basis

Verhältnis JJtärke:Träger

2. Erfindungsgemäße Technik

1 :4,9

nach *·,-*:· r.-'?oh

Ein Brei mit 83,5 Teilen Wasser, 13,2 Teilen Maisstärke und 3,3 Teilen 10%iger Ätznatronlösung wurde mit einem Strahlerhitzer bei 150 ⁰C und 5,5 at Dampfdruck behandelt. Die anfallende Stärkepaste hatte nach Dampfkondensation einen Feststoffgehalt von 11 % auf handelsüblicher Basis.

-25- 28U77A

18Og dieser Trägerpaste wurden zu einem Brei mit 230 g Wasser, 70 g Maisstärke, 1,7 g Natriumhydroxid und 2,2 g gepulvertem Borax gegeben und 10 min gerührt.

Klebereigenschaften:

Stein-Hall-Viskosität 47 see bei 20 ⁰C

Feststoffgehalt 19,4 % auf handels

üblicher Basis

Verhältnis g^tär-

ke:Träger 1:3,5

nach

■a<v;e:-t I

Beispiel 5

25 % Feststoffe

1. Standard-Stein-Hall-Technik

18 g Maisstärke wurden in 80 g Wasser aufgeschlämmt und auf 70 ⁰C erwärmt. Zu dieser Aufschlämmung wurden 3,9 g Natriumhydroxid, in 10 g Wasser gelöst, gegeben. Das Gemisch wurde gerührt und 15 min bei 70 ⁰C gehalten, worauf 100 g kaltes Wasser zugesetzt wurden.

Diese gekochte Stärkepaste (der Träger) wurde zu einem Brei mit 112 g Maisstärke, 220 g Wasser und 3,9 g gepulvertem Borax gegeben und 15 min gerührt.

Klebereigenschaften:

Stein-Hall-Viskosität 50 see bei 20 ⁰C

Feststoffgehalt 25,2 % auf handels

üblicher Basis

Verhältnis Stär-

ke:Träger 1:6,2

Geändert

2. Erfindungsgemäße Technik

Ein Brei mit 83,5 Teilen Wasser, 13,2 Teilen Maisstärke und

8033M2 /OS*W

-26- 28U774

3,3 Teilen 10%ige Ätznatronlösung wurde in einem Strahlerhitzer bei 150 °C und 5,5 at Dampfdruck behandelt. Die erhaltene Stärkepaste hatte nach Dampfkondensation einen
Feststoffgehalt von 11 % auf handelsüblicher Basis.

180 g dieser Trägerpaste wurden zu einem Brei mit 210 g Wasser, 100 g Maisstärke, 2,5 g Natriumhydroxid und 3,0 g gepulvertem Borax gegeben und 10 min gerührt.

Klebereigenschaften:

Stein-Hall-Viskosität 52 see bei 20 ⁰C

Feststoffgehalt 25,3 % auf handels

üblicher Basis

Verhältnis

jfl tärke:Träger 1:5,1

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Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE

DR. A. VAN DERWERTH DR. FRANZ LEDERER REINER F. MEYER

D1PL.-ING. (1934-1974) DIPL-CHEM. DIPL-ING.

8000 MÜNCHEN 80 LUCILE-GBAHN-STRASSE

TELEFON: (089) 472947 TELEX: 524624 LEDER D TELEGR.: tEÖERERPATENT

5. April 1978 3071

CPC INTERNATIONAL,INC.
International Plaza, Englewood Cliffs, New Jersey 07632, USA

Patentansprüche

1J Wässriger Kleber auf Stärkebasis mit einem Feststoffgehalt von 10 bis 40 Gewichtsprozent, einer Stein-Hall-Viskosität bei 35 ⁰C von 20 bis 100 see und, in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 2 bis 1:8,

a) einem Trägeranteil mit gelatinierter, molekular dispergierter Stärke und

b) einem Nichtträger-Anteil mit ungelatinierter Stärke einer Gelatiniertemperatur in dem Kleber von 55 bis 75 ⁰C.

2. Kleber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffgehalt und das Gewichtsverhältnis von Träger-

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ORIGINAL INSPECTED

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zu Nichtträger-Anteil in den Flächenbereich einer linearen graphischen Darstellung des Feststoffgehalts gegen das Gewichtsverhältnis von Träger- zu Nichtträger-Anteil fallen, festgelegt durch die vier Punkte:

Feststoffgehalt 10 20 35 35 Gewichtsverhältnis 1:2 1:2 1:6 1:8

3. Kleber nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Feststoffgehalt von 15 bis 25 Gewichtsprozent.

4. Kleber nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Gewichtsverhältnis von Träger- zu Nichtträger-Anteil von 1:2,5 bis 1:4,5.

5. Kleber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägeranteil gelatinierte, molekular dispergierte, unmodifizierte Mais- oder Weizenstärke aufweist.

6. Kleber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die molekular dispergierte Stärke eine Viskosität von 100 bis 500 cP (gemessen bei einem Feststoffgehalt von 10 % und einer Temperatur von 50 ⁰C) aufweist.

7. Kleber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nichtträger-Anteil ungelatinierte, unmodifizierte Mais- oder Weizenstärke mit einer Gelatiniertemperatur in dem Kleber von 63 bis 66 ⁰C aufweist.

8. Kleber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner 2 bis 3,5 % Natriumhydroxid und 0,75 bis 3,25 % Borax, jeweils auf das Gewicht der Stärke bezogen, enthält.

9. Verfahren zur Herstellung eines wässrigen Klebers auf

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Stärkebasis gemäß einem der Ansprüche 1 bis &, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Trägeranteil gelatinierter, molekular dispergierter Stärke mit einem Feststoffgehalt von 3 bis 40 Gewichtsprozent durch Kochen eines Stärkebreis unter Verwendung eines bei einer Temperatur von 110 bis 170 ⁰C betriebenen Strahlkochers mit wenigstens dem 1,1 fachen der Menge an zum Erhitzen des Breis auf die gewünschte Temperatur notwendigem Dampf hergestellt,

b) der Trägeranteil mit einem Brei ungelatinierter Stärke mit einem Feststoffgehalt von 10 bis 40 Gewichtsprozent in relativem Anteil zur Erzielung eines Gesamtfeststoffgehalts von 10 bis 40 Gewichtsprozent und einem Gewichtsverhältnis von gelatinierter zu ungelatinierter Stärke von 1:2 bis 1:8 gemischt und

c) dem erhaltenen Gemisch Alkali in einer Menge von bis zu 5 %, bezogen auf das Gewicht der Stärke, vorgesehen wird, so daß die Gelatiniertemperatur der ungelatinierten Stärke 55 bis 75 ⁰C beträgt .

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlkocher in Stufe a) bei einer Temperatur von bis 155 ⁰C mit dem 1,5- bis 3fachen der Menge an zum Erhitzen des Breis auf die erforderliche Temperatur notwendigem Dampf betrieben wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß man von einem einzigen Rohstärkebrei ausgeht, der gegebenenfalls einen Teil oder das gesamte Natriumhydroxid und Borax enthält, was im fertigen Kleber erwünscht

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sein mag, dieser Brei in zwei Ströme aufgeteilt wird, von denen einer den Nichtträger-Anteil darstellt und der andere zur Bildung des Trägeranteils durch den Strahlkocher geführt wird, und daß die beiden Ströme dann wieder gemischt werden, wobei gegebenenfalls erwünschtes weiteres Natriumhydroxid oder Borax zugesetzt wird.

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