DE2942251A1 - Verfahren zur herstellung von staerkeleimen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von staerkeleimen

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DE2942251A1 DE19792942251 DE2942251A DE2942251A1 DE 2942251 A1 DE2942251 A1 DE 2942251A1 DE 19792942251 DE19792942251 DE 19792942251 DE 2942251 A DE2942251 A DE 2942251A DE 2942251 A1 DE2942251 A1 DE 2942251A1
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Dipl.-Chem. Hermann 2000 Norderstedt Feeser
Dipl.-Ing. Dr. Peter 4190 Kleve Hochbahn
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Description

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Verfahren zur Herstellung von Stärkeleimen
Vorsitzender des Aufsichisrats Wallher Knieu. Geschalt■.führer Harald I unqwitz (Vorsitzender), Robert H Braun, Walter Jürgen Dircks. Horst G. Esslingei. Dr HelmulJattkowski, Peter W Hos· iirui h, r. -»ι Heinz Srhiieter. Dr Klaus A Schroeter (SIv)1 Dr. Hans Ulrich Woelk (Stv.), Amtsgericht Hamburg - HRB 2437
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stärkeleimen, insbesondere Wellpappenleimen vom Stein-Hall-Typ durch kontinuierliche Verkleisterung gegebenenfalls alkalisch eingestellter, wäßriger Stärkeaufschlämmungen bei Temperaturen im Bereich von etwa 95 bis 1600C unter Einwirkung starker Scherkräfte und Vermischen des dabei erhaltenen Stärkekleisters (Träger) mit körniger bzw. unverkleisterter Stärke (Rohstärke) und gegebenenfalls Wasser und/oder üblichen Zusätzen, insbesondere Alkalien, Borverbindungen und/oder Harzen für die Naßfestleimung.
Obwohl die Möglichkeit, Stärke als Klebstoff zu verwenden seit Jahrhunderten bekannt war, gewannen Leime auf Stärkebasis erst nach der Entwicklung der sogenannten"Stein-Hall-Leime"nennenswerte praktische Bedeutung als Industrieleime, die im Prinzip aus einer Dispersion einer körnigen bzw. unverkleisterten Stärke (nachstehend kurz als "Rohstärke" bezeichnet) in einem wäßrigen Stärkekleister (nachstehend kurz als "Träger" bezeichnet) bestehen und grundsätzlich das Hauptproblem beim Einsatz von Stärkeleimen lösen, das im wesentlichen darauf beruht, daß einerseits Rohstärkeaufschlämmungen (in Wasser) nicht entmischungsstabil sind, Rohstärke keine Klebkraft besitzt und Stärkeleime nur dann ausreichend feste Klebstellen liefern, wenn sie einen relativ hohen Feststoffgehalt aufweisen, während andererseits Stärkekleister bereits bei relativ geringen Gehalten an voll verkleisterter Stärke eine für den Einsatz als technische Leime zu hohe Viskosität besitzen.
Die Entwicklung der Stein-Hall-Leime stellte somit zwar einen Durchbruch dar, löste aber - selbstverständlich - nicht alle bei der Verwendung von Stärkeleimen auftretenden Probleme, von denen trotz einer beachtlichen Entwicklung eine ganze Reihe bis heute nicht oder jedenfalls nicht in voll befriedigender Weise gelöst ist.
So wurden zwar im Laufe der Zeit verhältnismäßig unkomplizierte, zuverlässige und kontinuierlich irrbeitende Verfahren der eingangs bezeichneten Art entwickelt ("S-I I 3,223,781), die aber dennoch
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mit einer Reihe von Mangeln behaftet und insbesondere in folgenden Punkten unbefriedigend sind:
1) Die Viskosität des fertigen Stärkeleims, die durch den jeweiligen Verwendungszweck ziemlich genau vorgegeben ist, hängt, bei gegebener Trägerstärkeart, weitestgehend vom Gehalt an verkleisterter Stärke (Trägerstärke) ab, der daher allenfalls geringfügig variiert werden kann.
2) Da für einen bestimmten Anwendungszweck (bei gegebener Stärkesorte) auch der Gesamtstärkegehalt nur innerhalb eines ziemlich engen Bereichs variiert werden kann, besteht somit auch hinsichtlich des Träger-/Rohstärke-Verhältnisses eine in der Praxis häufig hinderlich geringe Wahlfreiheit, wobei insbesondere die äußerst begrenzten Möglichkeiten,den Rohstärkeanteil zu verringern,störend sind.
3) Unbefriedigend ist weiterhin die insbesondere beim Zusatz von Mitteln, meist Harzen, für die Naßfestleimung geringe Viskositätsstabilität der klassischen Stein-Hall-Stärkeleime.
Es hat selbstverständlich nicht an Versuchen gefehlt, diesen Mängeln abzuhelfen, wobei eine Reihe der bekannten Lösungsvorschläge zwar insofern (bedingt) brauchbar ist, als dadurch tatsächlich der eine oder andere und fallweise sogar mehrere der den klassischen Stein-Hall-Stärkeleimen anhaftenden Mangel beseitigt oder jedenfalls wesentlich gemildert werden kann (können), die Vorteile aber durch Nachteile in anderen Punkten erkauft werden müssen.
So können die meisten Mangel der klassischen Stein-Hall-Stärkeleime durch den Einsatz sogenannter "trägerloser" oder "No-Carrier-Stärkeleime" weitgehend vermieden werden, die insbesondere hinsichtlich der großen Wahlfreiheit bezüglich der Viskosität bei gegebenem Stärkegehalt (und umgekehrt) vorteilhaft sind (DT-AS 25 L2 8LO), sich wegen des bei ihrer Zubereitung erforderlichen Regelungsaufwandes und der hohen Gefahr von
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Betriebsstörungen infolge von Bedienungsfehlern in der Praxis bislang aber trotzdem nicht in nennenswertem Umfang durchsetzen konnten.
Die Versuche, die vorstehend unter 3) genannten Mangel der bekannten Stein-Hall-Stärkeleime unter Beibehaltung des Stein-Hall-Prinzips zu beheben, konzentrierten sich vor allem darauf, die kontinuierliche Stärkeleimherstellung so auf den Verbrauch abzustimmen, daß der Vorrat an Träger und, vor allem bei Leimen für naßfeste Verklebungen (nachstehend kurz "Naßfestleime"),den Vorrat an fertigem Stärkeleim und damit die Zeit bis zum Verbrauch so gering wie möglich zu halten (US-PS 3,228,781 und DT-AS 25 12 810). Auf diese Weise gelingt es zwar tatsächlich, das Viskositatsstabilitatsproblem zu lösen, jedoch muß dafür in Kauf genommen werden, daß selbst kurzfristig behebbare Betriebsstörungen der Trägeraufbereitungsanlage (nachstehend kurz "Konverter") und/oder dem Konverter nachgeschalteter Dosier-, Misch- und/oder Fördereinrichtungen zu einer Unterbrechung der Leimversorgung der Verbraucher führen, so daß in der Praxis meist ein unbefriedigender Kompromiß durch Einschaltung eines Puffer- oder Vorratsbehälters zwischen der Leimaufbereitung und dem (den) Verbraucherin) geschlossen werden muß.
Die anderen bekannten Versuche zur Behebung der vorstehenden Mängel laufen im Prinzip darauf hinaus, für den Träger jeweils auf die Anforderungen des Einzelfalls abgestimmte,modifizierte, meist abgebaute Stärken zu verwenden, wobei man spezielle Fertigmischungen aus einer modifizierten, "kaltquellenden" Trägerstärke, Rohstärke und gegebenenfalls "Chemikalien", die durch einfaches Einrühren in warmes Wasser zur Leimflotte aufbereitet werden können, verwenden, den Konverter mit entsprechend vormodifizierten Spezialstärken beschicken oder die Trägerstärke im und/oder nach dem Konverter mechanisch, thermisch, chemisch und/oder „nzymatisch modifizieren kann.
Die unvermeidlichen Nachteile der beiden erstgenannten
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Alternativen, vergleichsweise hohe Materialkosten, umfangreiche Lagerhaltung und die Gefahr des "Vergreifens", liegen auf der Hand.
Auch nach der letztgenannten Alternative ist jedoch bislang kein in der Praxis wirklich befriedigender Lösungsvorschlag bekannt geworden, da mit den bekannten Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Stein-Hall-Stärkeleimen mit während und/oder nach der Trägeraufbereitung modifizierten Trägerstärken zwar häufig die Viskosität des Trägers (irgendwie) variiert und fallweise sogar eine gewisse Verbesserung anderer anwendungstechnischer Eigenschaften, wie der Viskositätsstabilität, erreicht werden kann ("Die Stärke", 1±, 1962, Seiten 197 bis 208; DT-AS 25 12 810), eine gezielte Variation der Viskosität mit einer den Anforderungen der Praxis genügenden Reproduzierbarkeit und eine Verbesserung anderer anwendungstechnisch wichtiger Eigenschaften, insbesondere der Viskosität, mit den nach diesem Prinzip arbeitenden Verfahren des Standes der Technik, z.B. Verfahren, bei denen die Trägerstärke einer enzymatischen Verflüssigung unterworfen wird, wenn überhaupt,nur mit einem ziemlich hohen verfahrenstechnischen Aufwand zu erzielen ist. Diese bekannten Verfahren sind also insoweit mit den bekannten Verfahren zur Herstellung von trägerlosen Stärkeleimen zu vergleichen.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, das die vorstehenden Mängel des Standes der Technik überwindet, d.h. es ermöglicht bei der kontinuierlichen Herstellung von Stein-Hall-Stärkeleimen und bei gegebener Gesamtstärkekonzentration die Viskosität und/oder das Trägerstärke/Rohstärke-Verhältnis im fertigen Leim, ohne erheblichen Mehraufwand gegenüber bekannten Verfahren, bei denen die Stärke zur Aufbereitung des Trägers lediglich verkleistert wird, innerhalb weiter Grenzen gezielt zu variieren und dabei Stärkeleime mit zumindest gleichwertigen oder sogar, insbesondere hinsichtlich der Viskositätsstabilität verbesserten anwendungste-hnischen Eigenschaften zu erhalten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in der im Hauptanspruch gekennzeichneten Weise ausgehend von der überraschenden Erkenntnis gelöst, daß unter den in herkömmlichen Konvertern zur kontinuierlichen Herstellung von Träger aus Rohstärkeauf schlämmungen herrschenden Bedingungen beim Zusatz bzw. in Gegenwart zur Modifizierung von Stärken an sich bekannten Oxydationsmitteln nicht nur eine zu einer Viskositätsverminderung führende Reaktion stattfindet, sondern
a) diese Umsetzung selbst bei Verwendung relativ "milder", unter Reaktionsbedingungen naszierenden Sauerstoff liefernder Oxydationsmittel, die wegen ihrer vergleichsweise geringen korrodierenden Wirkung erwünscht sind, so rasch bis zum praktisch vollständigen Verbrauch des Oxydationsmittels verläuft, daß sie selbst beim Zusatz von relativ hohen Oxydationsmittelmengen in kürzeren als den in diesen Konvertern für die Aufheizung der Aufschlämmung, die Verkleisterung der Stärke und die Homogenisierung des Kleisters üblicherweise erforderlichen, kurzen Zeiten beendet ist,
b) das Ausmaß des durch das Oxydationsmittel bewirkten Viskositätsabbaus unter ansonsten konstanten Bedingungen eine Funktion der Oxydationsmittelmenge ist und der Viskositätsabbau somit (allein) durch Regeln der zugesetzten Oxydationsmittelmenge gezielt eingestellt und nach Wunsch innerhalb weiter Grenzen variiert werden kann, und
c) die Umsetzung mit dem Oxydationsmittel außer einem Viskositätsabbau auch noch eine deutliche Verbesserung der Viskositätsstabilität des Trägers bzw. daraus hergestellter Stein-Hall-Stärkeleime (selbst sogenannter Naßfestleime) bewirkt.
Beim Verfahren der Erfindung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Trägerherstellung so durchzuführen, daß die Trägerstärke möglichst einheitlich abgebaut wird. Zu diesem Zweck werden vorzugsweise nicht nur Reaktionssysteme bzw. Konverter mit Strömungsrohrreaktorcharakteristik benutzt, sondern auch die
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Maßnahmen zur Aufheizung der Trägerstärkeauf schlänunung auf eine Temperatur von mindestens etwa 950C, bei der erfahrungsgemäß eine rasche und weitgehend vollständige Verkleisterung gewährleistet werden kann, in an sich bekannter Weise so gewählt, daß zumindest der Temperaturbereich,in dem die eingesetzte Stärke nur zum Teil verkleistert und/oder mit dem Oxydationsmittel reagiert, möglichst rasch durchlaufen wird, wozu insbesondere eine direkte Beheizung mit dampf- und/oder gasförmigen Heizmedien, die vorteilhafterweise zudem eine intensive Durchmischung des Reaktionsmediums bewirken, angewandt wird.
Die Arbeitstemperaturen bei der Trägerherstellung liegen beim Verfahren der Erfindung vorteilhafterweise in dem bei der Trägerherstellung durch einfache Verkleisterung üblichen Bereich, wobei es sich als zweckmäßig erwiesen hat, in einem Temperaturbereich von 100 bis 150, vorzugsweise 103 bis 125 und insbesondere etwa 105 bis 1150C zu arbeiten, um einerseits eine möglichst vollständige Verkleisterung zu erreichen und andererseits eine Schädigung der Stärke durch thermische Folge- und/oder Nebenreaktionen zu vermeiden.
Als Oxydationsmittel werden erfindungsgemäß bevorzugt anorganische Perverbindungen, vorzugsweise Peroxyde, insbesondere Wasserstoff- und/oder ein Alkalimetallsuperoxyd, Persulfate, insbesondere Alkali- und/oder Ammoniumpersulfat(4), die sich bislang am besten bewährt haben, und/oder Perborate und/oder -carbonate verwendet.
Da die Oxydationsmittel erfindungsgemäß in relativ kleinen Mengen eingesetzt und, jedenfalls dann, wenn der Zusatz kurz vor und/oder im Konverter erfolgt, rasch gleichmäßig im Reaktionsgemisch verteilt werden müssen, setzt man sie vorzugsweise in Form wäßriger Lösungen zu.
Die Oxydationsmittelmenge kann beim erfindungsgemäßen Verfahren innerhalb weiter Grenzen variiert werden, wobei die ^m
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zwar
Einzelfall optimale Menge/von einer Reihe von Faktoren, insbesondere der Art der als Ausgangsmaterial verwendeten Stärke, dem Ausmaß des gewünschten Viskositätsabbaus und dem jeweils verwendeten Oxydationsmittel, abhängt, und^muß (und kann)^daher vom Fachmann jeweils empirisch ermittelt werden, jedoch haben sich Mengen, die einem Einsatz von 0,02 bis 2,5, vorzugsweise 0,08 bis 2 und insbesondere 0,2 bis 1,2 Gew.-% Ammoniumpersulfat, bezogen auf das Trägerstärkegewicht, entsprechen, erfahrungsgemäß als im Regelfall zweckentsprechend erwiesen.
Der Stärkegehalt von Stein-Hall-Stärkeleimen hängt grundsätzlich von dem jeweiligen Anwendungszweck ab und konnte nach dem Stand der Technik mit Rücksicht auf die Viskosität und den Rohstärkegehalt häufig nicht so hoch wie an sich wünschenswert gewählt werden. Das Verfahren der Erfindung ermöglichst diesbezüglich eine größere Wahlfreiheit und ist daher bei der Herstellung von Stärkeleimen mit verhältnismäßig hohem Stärkegehalt besonders vorteilhaft, so daß erfindungsgemäß bevorzugt Stärkeleime mit einem Gesamtstärkegehalt von 15 bis 35, vorzugsweise 18 bis 30 und insbesondere 20 bis 28 Gew.-% hergestellt werden.
Während nach dem Stand der Technik (wenn für den Träger keine SpezialStärken eingesetzt und/oder keine aufwendigen und zeitraubenden Verfahren zur Trägeraufbereitung, z.B. enzymatische Verflüssigung, angewandt werden) das Gewichtsverhältnis von Träger- zu Rohstärke, insbesondere bei Stärkeleimen mit höheren Gesamtstärkegehalten, nur geringfügig variiert werden kann und der Wahlfreiheit vor allem nach oben unbefriedigend enge Grenzen gesteckt sind, gibt die Erfindung dem Fachmann diesbezüglich eine sehr hohe Wahlfreiheit und ermöglicht nach einer bevorzugten Ausführungsform die Herstellung von Stein-Hall-Stärkeleimen mit einem Gewichtsverhältnis von Trägerzu Rohstärke von 1:1 bis 1:7, vorzugsweise 1:1,5 bis 1:5 und insbesondere 1:2 bis 1:4.
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Ein bereits mehrfach erwähnter Vorteil der Erfindung ist die ungewöhnliche Viskositätsstabilität der danach erhältlichen Träger und Stärkeleime, die es ermöglicht, die Viskosität des fertigen, frisch hergestellten Leims in einem weiten Bereich zu wählen, da nachträglichen Viskositätsänderungen nur in geringem Umfang Rechnung getragen werden muß. Hinzu kommt, daß bei erfindungsgemäß hergestellten die Viskosität überraschenderweise niedriger als bei entsprechenden nach dem Stand der Technik hergestellten Stein-Hall-Stärkeleimen eingestellt und dadurch hinsichtlich verschiedener anwendungstechnischer Eigenschaften eine spürbare Verbesserung erzielt werden kann. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung baut man daher die Trägerstärke so weit ab, daß die Stein-Hall-Viskosität des fertigen Stärkeleims innerhalb des Temperaturbereichs von 20 bis 45°C 22 bis 70, vorzugsweise 25 bis 35 und insbesondere höchstens 32 Sekunden beträgt.
Stein-Hall-Stärkeleimen werden bekanntlich in der Regel Alkalien zugesetzt, um die Verkleisterung der Stärke zu fördern, wobei der Alkalizusatz grundsätzlich an einem oder mehreren beliebigen Punkt(en) des Herstellungsgangs erfolgen kann, um mit möglichst geringem Dosier- und Mischaufwand auszukommen aber bevorzugt an nur einem Punkt des Verfahrensablaufs zudosiert und, um die Verkleisterung im Konverter zu begünstigen, nach Möglichkeit zumindest teilweise durch den Konverter geführt wird. Da gefunden wurde, daß die Gegenwart von Alkalien den Abbau der Trägerstärke beim Verfahren der Erfindung überraschenderweise zumindest nicht signifikant stört, kann der an sich bekannte und verfahrenstechnisch vorteilhafte Zusatz mindestens eines Teils der Alkalikomponente, sowie - nebenbei bemerkt - auch etwaiger weiterer an sich bekannter "Chemikalien", z.B. Borsäure oder Borax zum Träger vor dem und/oder während des Durchgang(s) durch den Konverter erfolgen.
Die Vorteile der Erfindung kommen insbesondere bei Naßfestleimen zum tragen, deren Herstellung daher bevorzugt ist.
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ORIGINAL INSPECTED
Auch alle üblichen bzw. an sich bekannten verfahrenstechnisch vorteilhaften Ausgestaltungen der kontinuierlichen Stein-Hall-Stärkeleimherstellungsverfahren nach dem Stand der Technik lassen sich beim Verfahren der Erfindung problemlos anwenden.
Die bereits mehrfach erwähnte hohe Viskositätsstabilität selbst naßfester erfindungsgemäß hergestellter Stein-Hall-Stärkeleime eröffnet dem Fachmann die Möglichkeit, bei der Wahl des Verhältnisses von Puffermenge zu laufendem Verbrauch an Stärkeleim bzw. der Durchschnittsverweilzeit bis zum Verbrauch, das (die) im Hinblick auf die Viskositätskonstanz, sowie um kurzfristig die Leimsorte wechseln zu können, möglichst niedrig, im Interesse der Störsicherheit dagegen möglichst hoch gewählt werden sollte, den Gesichtspunkt der Störsicherheit gefahrlos stärker zu berücksichtigen als dies bei den bekannten Verfahren möglich war, weshalb nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Geschwindigkeit, mit der fertiger Stärkeleim kontinuierlich erzeugt und in den zwischen die Leimaufbereitungsanlage und den (die) Verbraucher eingeschalteten Einlagerungsbehälter eingespeist wird, vorteilhafterweise so gewählt werden kann und wird, daß der Stärkeleimvorrat im Einlagerungsbehälter ständig so hoch gehalten wird, daß die angeschlossenen Verbraucher im Fall einer störungsbedingten Unterbrechung der kontinuierlichen Stärkeerzeugung noch mindestens 0,5, vorzugsweise mindestens 1 und insbesondere mindestens 2 Stunde(n) aus dem Leimvorrat versorgt werden können.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, daß nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte einfache Stärkeleime ihre ungewöhnliche Viskositätsstabilität auch beim Mischen mit erfindungsgemäß hergestellten Naßfestleimen behalten, so daß man beim Verfahren der Erfindung bei einem Wechsel von Naßfestleim zu einfachem Stein-Hall-Stärkeleim letzteren einfach auf noch nicht verbrauchten Naßfestleim fahren kann, d.h. Stärkeleimerzeugung nicht zu unterbrechen braucht, bis die zuerst hergestellte Leimsorte restlos verbraucht ist.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß dabei für den Träger zwar grundsätzlich alle unverkleisterten Stärken eingesetzt werden können, die vergleichsweise billigen nativen Stärken aber modifizierten, und zwar insbesondere chemisch abgebauten körnigen Stärken technisch zumindest gleichwertig und häufig sogar überlegen sind, so daß ihre Verwendung erfindungsgemäß bevorzugt ist, während chemisch, insbesondere mit aggressiven Oxydationsmitteln, abgebaute körnige Stärken nicht verwendet werden sollen.
Die Beispiele und Vergleichsversuche erläutern die Erfindung und deren Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.
Zur Durchführung wurde eine übliche, kontinuierlich arbeitende Leimaufbereitungsanlage mit einem Rührkessel zur Aufbereitung einer Stärkeaufschlämmung, einem Kocher aus einem mit Direktdampf beheizbaren DampfStrahlerhitzer, einem diesem nachgeschalteten Haltegefäß, einer Dosiereinrichtung für (Nach-)Verdünnungswasser und einer Mischstrecke, Dosiereinrichtungen zur Zufuhr von Rohstärkeaufschlämmung und ggf. Chemikalien, Harzen für die Naßfestleimung und/oder Wasser zum verdünnten Träger, einer Intensivmischkammer und einem dieser nachgeschalteten Einlagerungsbehälter, die zusätzlich mit einer Dosiereinrichtung zum kontinuierlichen Versetzen der dem Dampfstrhalerhitzer zugeführten Stärkeaufschlämmung ausgerüstet war, benutzt.
Die Prüfung der anwendungstechnischen Eigenschaften erfolgte durch Einsatz als Leim bei der großtechnischen Herstellung von ein- und mehrwelliger Wellpappe auf einer Wellpappenmaschine üblicher Bauart.
Beispiel 1
Herstellung von einfachem Stein-Hall-Stärkeleim mit folgenden Kenndaten aus nativer Maisstärke nach dem Verfahren der Erfindung:
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-AS-
Konzentration: 24,2 % Stärke (TS)
Verhältnis Träger : unverkleisterte Stärke: 1 : 4,0 Temperatur: 350C
Viskosität: 26 Stein-Hall-Sekunden
Konzentration NaOH, bezogen auf Stärke (HB): 2,0 % Konzentration Borsäure bez. auf Stärke (HB): 0,85%
Durch Eintragen nativer Maisstärke in Wasser unter Rühren wurde zunächst in bekannter Weise eine Stärkeaufschlämmung mit einer Konzentration von 38 % Stärke (HB) (Stamm- Stärkemilch) hergestellt.
Zur Herstellung des Trägers wurde dem DampfStrahlerhitzer kontinuierlich Stamm-Stärkemilch mit einer Geschwindigkeit von 5,5 Liter (entsprechend 2,4 kg Stärke HB) zugeführt, kurz vor dem Eintritt in den DampfStrahlerhitzer kontinuierlich Oxydationsmittel in einer 6,6 g/min bzw. 0,275 %, bezogen auf Trägerstärke, Ammoniumpersulfut entsprechenden Menge zudosiert.
Dieses Gemisch wurde durch Einleiten von Wasserdampf auf 1050C erhitzt und danach kontinuierlich mit Natronlauge in einer 2 % NaOH, bezogen auf Gesamtstärke (HB) im fertigen Stärkeleim, entsprechenden Menge versetzt und hierauf in das Haltegefäß eingespeist.
Dem aus dem Haltegefäß austretenden (Träger-)Stärkekleisterstrom wurde Verdünnungswasser in einer (zusammen mit dem Heizdampfkondensat) 17,7 Liter/min entsprechenden Menge zudosiert und damit in der Mischstrecke innig vermischt.
Der so erhaltene verdünnte Träger wurde dann in der Intensivmischkammer kontinuierlich mit Stamm-Stärkemilch (22,2 Liter, entsprechend 9,6 kg Stärke (HB) , pro Minute) und Borsäure in einer 100 g/min entsprechenden Menge versetzt und innig gemischt, worauf der fertige Stärkeleim dem Einlagerungsbehälter zugeführt wurde.
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^/lip ■
Beispiel 2
abweichend Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei/davon zur Herstellung von naßfestem Stärkeleim (ohne sonstige Rezepturänderungen) in die Intensivmischkammer zusätzlich ein handelsübliches Naßfestmittel auf Keton/Formaldehyd-Harzbasis in einer 11 %, bezogen auf Gesamtstärke (HB), entsprechenden Menge eingespeist wurde.
Die Kenndaten des dabei erhaltenen Stärkeleims entsprechen, abgesehen natürlich vom Gehalt an Naßfestmittel, denen des nach Beispiel 1 hergestellten (einfachen) Stärkeleims.
Beispiel 3
Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei abweichend davon jedoch statt 22,2 nur 16,7 Liter Stamm-Stärkemilch, entsprechend 7,2 kg Stärke HB, pro Minute in die Intensivmischkammer eingespeist wurden.
Der dabei erhaltene (einfache) Stein-Hall-Stärkeleim wies folgende Kenndaten auf:
Konzentration: 21 % Stärke (HB)
Verhältnis Träger : unverkleisterte Stärke: 1 : 3 Temperatur: 37,5°C
Viskosität: 33 Stein-Hall-Sekunden
Konzentration NaOH bezogen auf Stärke (HB): 2,6 % Konzentration Borsäure bez.auf Stärke (HB): 1,09%
Beispiel 4
Beispiel 3 wurde wiederholt, wobei jedoch abweichend davon analog Beispiel 2 in die Intensivmischkammer zusätzlich handelsübliches Naßfestmittel eingespeist wurde.
Die Kenndaten des dabei erhaltenen fertigen Stärkeleims entsprachen,
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abgesehen natürlich vom Gehalt an Naßfestmittel, denen des nach Beispiel 3 erhaltenen (einfachen) Stärkeleims.
Prüfung der anwendungstechnischen Eigenschaften.
Die Prüfung der nach den Beispielen hergestellten Stärkeleime ergab folgende für die Verarbeitung vorteilhafte Eigenschaften:
a) Einfach Stärkeleime (Beispiel 1 bzw. 3):
Äußerst stabile Viskosität. Trotz der notorisch hohen Scherbelastung im Leimzirkulationssystem fiel die Viskosität innerhalb von 5 Std. nur um max. I Stein-Hall-Sekunde ab.
Auch bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Leimauftragswalzen "spritzte" der Leim infolge seiner günstigen Theologischen Eigenschaften nicht.
Die extrem niedrige Viskosität ermöglichte einen sehr sparsamen Leimauftrag, wobei die Verklebung (auch von sonst schwierig zu verklebenden Papieren) in allen Geschwindigkeitsbereichen dennoch sehr gut war.
Die Maschinenleistung war deutlich höher als bei üblicher Fahrweise, die Planlage der Wellpappenzuschnitte hervorragend. Sie konnten ohne Zwischenlagerung sofort weiterverarbeitet werden.
b) Naßfeste Stärkeleime (Beispiel 2 bzw. 4):
Trotz des Naßfestmittelzusatzes änderte sich die Viskosität (wie bei den erfindungsgemäß hergestellten einfachen Stärkeleimen) selbst während mehrstündiger Prüflaufe praktisch nicht.
Die naßfesten Stärkeleime ließen sich jeweils ohne nachteilige Folgen in jedem Verhältnis mit dem entsprechenden, erfindungsgemäß hergestellten, einfachen Stein-Hall-Stärkeleim mischen und verarbeiten (problemloser gleitender übergang von einfachem auf naßfestem Stärkeleim und umgekehrt) .
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Die Naßfestigkeit der Klebung erfüllte den offiziellen FEFCO-Test ohne Einschränkung.
Vergleichsversuch
Zum Vergleich wurden auf herkömmliche Weise, also ohne Abbau der Trägerstärke in situ aus nativer Maisstärke Stein-Hall-Stärkeleime mit einer Zusammensetzung hergestellt, die derjenigen der gemäß Beispiel 1 bzw. 2 erhaltenen Leime soweit, wie dies mit Rücksicht auf die Verwendbarkeit des fertigen Vergleichsleims als Wellpappenklebstoff möglich war.
Der einfache Vergleichs-Stärkeleim wies folgende Kenndaten auf:
Konzentration 22,4 % Stärke (TS)
Verhältnis Träger : unverkleisterte Stärke: 1 : 5,7
Temperatur: 330C
Viskosität unmittelbar nach Herstellung: 50 Stein-Hall-Sekunden Konzentration NaOH bezogen auf Stärke*: 1,8 % Konzentration Borax (Dekahydrat) bez. auf Stärke*: 1,15 %.
*Eine Erhöhung des NaOH- bzw. Boraxzusatzes war nicht möglich, weil sofort störende Gelierungen an den Führungsblechen der einseitigen Maschinen auftraten.
Bei der Verarbeitung dieses nach dem Stand der Technik hergestellten Stärkeleims zeigten sich folgende Nachteile:
Im Zirkulationssystem sank die Viskosität konstant auf 32 Stein-Hall-Sekunden ab.
Bei der Verarbeitung von schwieriger zu verklebenden Papieren und bei niedrigen Maschinengeschwindigkeiten waren die Klebestellen sehr spröde, die Verklebung daher nicht befriedigend.
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Bei mehrwelligen Wellpappen mußte die Maschinengeschwindigkeit von 160 m/min auf 75 m/min gedrosselt werden.
Bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten der Auftragswalzen begann der Stärkeleim zu "spritzen", wodurch zwangsläufig und unkontrollierbar zu viel Leim auf die Pappe übertragen wurde.
Ein Zusatz von Naßfestmittel führte zu konstanz ansteigender Viskosität, wie es bei diesen Stärkeleimen üblich ist. Nach 2 Stunden war der Leim nicht mehr verarbeitbar. Auch eine Aufarbeitung durch Mischen(selbst relativ kleiner Anteile) mit entsprechendem einfachen Stärkeleim war nicht möglich.
Die Naßfestigkeit der Klebung war nicht nur deutlich geringer als bei den erfindungsgemäß hergestellten naßfesten Stärkeleimen, sondern schwankt auch in Abhängigkeit von der Fahrweise der Maschine stark.
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Claims (14)

  1. Patentansprüche:
    lJ Verfahren zur Herstellung von Stärkeleimen, Insbesondere We-llpappenleimen vom Stein-Hall-Typ durch kontinuierliche Verkleisterung gegebenenfalls alkalisch eingestellter, wäßriger Stärkeaufschlämmungen bei Temperaturen im Bereich von etwa 95 bis 16O0C unter Einwirkung starker Scherkräfte und Vermischen des dabei erhaltenen Stärkekleisters (Träger) mit körniger bzw. unverkleisterter Stärke (Rohstärke) und gegebenenfalls Wasser und/oder üblichen Zusätzen, insbesondere Alkalien, Borverbindungen und/oder Harzen für die Naßfestleimung, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stärke des Trägers (Trägerstärke) durch Zusatz eines wasserlöslichen, unter den herrschenden Reaktionsbedingungen naszierenden Sauerstoff liefernden Oxydationsmittels, insbeisondexe einer wasserlöslichen Perverbindurig, in situ abbaut, mit der Maßgabe, daß Abbau und, vorzugsweise, auch die Verkleisterung der Trägerstärke in einem Reaktionssystem durchgeführt werden, das in Bezug auf das Verweilzeitsspektrum eine möglichst ideale Rohrreaktorcharakteristik aufweist, das Oxydationsmittel der Trägerstärkedispersion zugesetzt und gleichmäßig darin verteilt wird, bevor deren Viskosität 15 000 cP übersteigt und der Trägerdurchsatz so gewählt wird, daß die Kontaktzeit zwischen dem Oxydationsmittel und der zumindest bereits teilweise verkleisterten Trägerstärke bei einer Temperatur von mindestens 95°C (Reaktionszeit) in einem Bereich von 1 bis 5 Minuten liegt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerstärkeaufschlämmung möglichst rasch, vorzugsweise durch direkte Beheizung mit einem dampf- und/oder gasförmigen Heizmedium, insbesondere Wasserdampf, auf mindestens 95°C erhitzt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man VerkleLsterung und Abbau bei einer Temperatur von 100 ois 150, verzugsweise 10 3 bis 125 und insbesondere L05 bis LL5°C durchführt.
    130018/0337
    ORIGINAL INSPECTED
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e kennze ichnet, daß man als Oxydationsmittel eine anorganische Perverbindung, vorzugsweise ein Peroxyd, insbesondere Wasserstoff- und/oder ein Alkalimetallsuperoxyd, ein Persulfat, insbesondere Ammonium- und/oder ein Alkalipersulfat, und/oder ein Perborat und/oder -carbonat verwendet.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Oxydationsmittel der Trägerstärke in Form einer wäßrigen Lösung zusetzt.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Oxydationsmittel in einer Menge einsetzt, die hinsichtlich der davon zur Verfügung gestellten Sauerstoffmenge 0,02 bis 2,5, vorzugsweise 0,08 bis 2 und insbesondere 0,2 bis 1,2 Gew.-& Ammoniumpersulfat, bezogen auf das Trägerstärkegewicht, entspricht.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Stärkeleim mit einem Gesamtstärkegehalt von 15 bis 35, vorzugsweise 18 bis 30 und insbesondere 20 bis 28 Gew.-% herstellt.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gewichtsverhältnis von Träger- zu Rohstärke auf 1:1 bis 1:7, vorzugsweise 1:1,5 bis 1:5 und insbesondere 1:2 bis 1:4 einstellt.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Trägerstärke so weit abbaut, daß die Stein-Hall-Viskosität des fertigen Stärkeleims innerhalb des Temperaturbereichs von 20 bis 45°C 22 bis 70, vorzugsweise 25 bis 35 und insbesondere höchstens 32 Sekunden beträgt.
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  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verkleisterung und den Abbau der Trägerstärke in Gegenwart von Alkalien durchführt.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man einen naßfesten Stärkeleim vorzugsweise einen Formaldehydkondensationsharze enthaltenden Stärkeleim herstellt.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis Il, dadurch gekennzeichnet, daß man kontinuierlich oder absatzweise eine einzige Stärkeaufschlämmung mit einer mindestens der des fertigen Stärkeleims entsprechenden Stärkekonzentration herstellt, die teilweise, gegebenenfalls nach Vorverdünnung, verkleistert und abgebaut und dann, gegebenenfalls nach Nachverdünnung, mit unbehandelter Stärkeaufschlämmung sowie gegebenenfalls üblichen Zusätzen kontinuierlich gemischt wird.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, insbesondere
    nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der fertige Stärkeleim kontinuierlich in einen Einlagerungsbehälter mit einer Geschwindigkeit eingespeist wird, die ausreicht, um dort ständig eine Vorratsmenge aufrecht zu erhalten, die der Verbrauchsmenge der daraus versorgten Abnehmer für mindestens 0,5, vorzugsweise mindestens 1 und insbesondere mindestens 2 Stunde(n) entspricht.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man beim übergang von naßfestem auf einfachen Stärkeleim den Einlagerungsbehälter kontinuierlich ohne Unterbrechung entsprechend dem laufenden Verbrauch weiter beschickt.
    130018/0337
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