DE3042850C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen kalthärtenden Klebstoff der für
die Herstellung von Wellpappe besonders geeignet ist.
Kleber für Wellpappe bestehen derzeit aus Stärkeklebern
aus Maisstärke, die nach einem Stein-Hall-Verfahren hergestellt
wurden. Beim Stein-Hall-Verfahren wird ein
flüssiges Gemisch aus einer Trägerlösung und einer
Hauptaufschlämmung als flüssiger Klebstoff verwendet, jedoch
ist die Herstellung dieser flüssigen Mischung
kompliziert. Außerdem wird bei der Herstellung von Wellpappe
unter Verwendung von Stärkeklebern der flüssige
Klebstoff auf die erhabenen Wellen der gewellten Pappe
aufgetragen und das Überzugsblatt klebt dann auf diesen
Wellen. Dabei erfolgt die Verfestigung des flüssigen Klebers
nach einem sogenannten Heiß-Wellensystem, bei dem
eine Zwangserhitzung mittels heißer Platten, die auf
etwa 150 bis 160°C erwärmt wurden, erfolgt.
Auch eine wäßrige Polyvinylalkohollösung ist bereits als
Klebstoff für Wellpappe verwendet worden. Dieser Kleber
ist jedoch teuer im Vergleich zu Stärke und kann nicht auf
schnellaufenden Wellpappe-Herstellungsmaschinen verwendet
werden, weil die Verfestigung längere Zeit benötigt (weil
die Verfestigung durch Kondensation unter Verdampfen von
Wasser erfolgt).
Aus US-PS 40 94 718 ist es bekannt, einen Klebstoff aus
gepulvertem Polyvinylalkohol zusammen mit Stärke zu verwenden.
Dieser Kleber wird hergestellt, indem man ein
feinteiliges Pulver aus Polyvinylalkohol in einer wäßrigen
Stärkelösung auflöst, was eine verbesserte Abänderung
des Stein-Hall-Verfahrens ist. In diesem Fall ist es auch
erforderlich zur Verfestigung des Klebers zwangsläufig
Wärme mittels heißer Platten zuzuführen. Bei dem Stein-
Hall-Verfahren wird jedoch sehr viel Wärmeenergie verbraucht
und der Verbrauch an Wärmeenergie stellt ein wirtschaftliches
Problem dar.
Auch hinsichtlich der Qualität der Wellpappe tritt bei
einer Verfestigung in der Wärme ein Problem auf, weil nämlich
das Wasser durch das Papier bei Anwendung einer wäßrigen
Stärkelösung beim Trocknen zwangsläufig entfernt wird und
dadurch kann ein Verwerfen aufgrund ungleicher Spannungen
in dem Papier auftreten und dieses Verwerfen kann wiederum
Probleme beim anschließenden Karton-Herstellungsverfahren
bedingen.
In jüngerer Zeit wurden sogenannte kältehärtbare Kleber
entwickelt, bei denen die Anhaftung erfolgt, ohne daß man
heiße Platten verwendet und die Entwicklung solcher
Kalt-Wellpappesysteme unter Anwendung solcher Kleber ist
aufgrund der abnormen Erhöhung der Energiekosten von großem
Interesse. J. J. Becker, G. E. Lauterback, G. R. Hoffman
und R. C. McKee haben grundlegende Untersuchungen angestellt
unter Verwendung von chemisch modifizierten Stärkelösungen,
die erhalten wurden durch Zugabe von Natriumsulfit, NaOH,
Na₂CO₃ oder NaHCO₃ zu gekörnter Maisstärke, unter zusätzlicher
Zugebe von (NH₄)₂S₂O₈ (Paper Board Packaging, Bd. 59,
Nr. 6, S. 22 (1974)). Dieser Kleber ist ein sogenannter
kalthärtender Kleber, der im flüssigen Zustand bei 88°C
oder mehr angewendet wird und bei 60 bis 70°C geliert.
Der gelierte Kleber ist jedoch ein sogenannten irreversibler
Gel, wobei der Kleber nicht mehr verflüssigt, selbst wenn
man ihn auf 90°C oder mehr erhitzt, nachdem er einmal geliert
ist. Von Clude H. Sprague wird in Tappi, Bd. 62, Nr. 6,
S. 45-48 (1979) die Verwendung des vorerwähnten kalthärtenden
Stärkeklebers zur Herstellung von Wellpappe beschrieben.
Ein solches Verfahren hat sich aber bis zum gegenwärtigen
Zeitpunkt nicht durchgesetzt. Bei einem solchen System treten
Probleme auf, weil nämlich die Anfangsklebeeigenschaften
während des Zeitraumes, bei dem der Papierüberzug auf dem
Wellensystem aufgetragen wird, bis das Produkt geschnitten
wird, schlecht sind und der flüssige Klebstoff nicht ausreichend
in das Papier eindringt.
Außerdem ist aus Boxboard Containers, S. 26. Mai 1979,
ein Verfahren bekannt, bei dem man synthetische Harze,
nämlich vernetzende, wasserlösliche Harze, verwendet. In
diesem Fall wird der Kleber nach der Verklebung wasserunlöslich
und dies bedeutet, daß die Wiedergewinnung
von Abfallpapier schwierig wird.
Weitere Versuche unter Verwendung von Heisschmelzklebern
sind durchgeführt worden. Solche Kleber sind jedoch teuer
und die Wiedergewinnung von Abfallpapier ist ebenfalls
schwierig, weil die Klebstoffe in Wasser unlöslich sind.
Man hat auch schon Verfahren vorgeschlagen, bei denen
Emulsion synthetischer Harze, z. B. Polyvinylacetatemulsionen,
verwendet wurden. Ein solches Verfahren ist unwirtschaftlich,
weil der Klebstoff teurer ist als Stärkekleber.
Aus Weekly Packaging News Nr. 737 und 738, 5. und 12. April
1980, ist ein kältehärtbarer Kleber aus Polyvinylalkohol
als eine Komponente bekannt. Die Zusammensetzung des
Klebers wird allerdings nicht näher beschrieben. Es wird
lediglich angegeben, daß der Feststoffgehalt 47 Gew.-%
bzw. 33 Gew.-% beträgt und daß die Viskosität der wäßrigen
Lösung des Klebers 3100 mPa·s bzw. 2400 mPa·s bei einer
Temperatur von 25°C beträgt und daß der pH-Wert der Klebstofflösung
6 bis 7 ist. Weiterhin wurde berichtet, daß der
Kleber nicht bei einer vollständigen Kalthärtungsmethode
angewendet wird, weil die Klebung nämlich mit etwa sechs
Heißplatten durchgeführt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Klebestoff für Papier zu
zeigen, der kältehärtbar ist. Aufgrund intensiver Untersuchungen
über kalthärtende Kleber, die man bei hohen
Temperaturen aufgrund ihres flüssigen Zustandes auftragen
kann, die jedoch beim Abkühlen gelieren, wurde die
vorliegende Erfindung gemacht.
Diese Aufgabe wird durch den kalthärtbaren Klebstoff nach
Patentanspruch 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Klebstoff hat die Eigenschaft, daß er flüssig
ist und im fluiden Zustand auf Papier mittels einer
Walzbeschichtung bei 60°C oder mehr aufgetragen werden
kann, daß aber die Fluidität beim Kühlen auf Raumtemperatur
unter Gelierung verloren geht. Im Falle von Stärkeklebern
können diese nach ihrer Gelierung nicht wieder in Lösung
gebracht werden, selbst wenn man durch Wiedererwärmen die
Temperatur erhöht. Die erfindungsgemäßen Klebstoffe haben
jedoch die Eigenschaft, daß sie ein sogenanntes thermisch
reversibles Gel-Sol-Verhalten zeigen (d. h. daß der gelierte
Kleber wieder in Lösung geht mit annähernd der gleichen
Viskosität wie im ursprünglichen Zustand, wenn die Temperatur
wieder auf 60°C oder mehr erhöht wird). Infolgedessen
kann man das Reinigen der Zuführleitungen leicht durchführen,
weil der Kleber sich beim Erhitzen wieder löst,
auch wenn er in den Zufuhrleitungen geliert ist.
Der erfindungsgemäße Klebstoff hat ausgezeichnete Filmbildungseigenschaften
und eine hohe Filmfestigkeit im Vergleich
zu Stärkeklebern und infolgedessen ist die Klebekraft
sehr groß. Weiterhin ist die Wasserbeständigkeit
gegenüber Stärkeklebern verbessert. Obwohl die Wasserbeständigkeit
des erfindungsgemäßen Klebstoffs ausgezeichnet
ist, ist die Wiedergewinnung von Abfallpapier nicht schwierig,
weil der Klebstoff wasserlöslich ist und dies unterscheidet
sie von den bekannten Klebstoffen aus vernetzten
wasserlöslichen Harzen oder Heisschmelzklebstoffen.
Die erfindungsgemäßen Klebstoffe sind wirtschaftlicher
als Kleber aus Emulsion synthetischer Harze oder als
Heißschmelzkleber und man kann sie ebenso wirtschaftlich
anwenden wie Stärkekleber.
Gibt man die erfindungsgemäßen Klebstoffe in flüssigem
Zustand auf warmes Papier und
führt die Klebung direkt nach dem Auftragen durch, so
verfestigen sie innerhalb einer kurzen Zeit von weniger
als 30 Sekunden, und man kann eine vollständige Verklebung,
die man mißt, indem man das Papier gemäß dem nachfolgend
beschriebenen Klebetest abreißt, erzielen. Infolgedessen
kann man eine Hochgeschwindigkeitsverklebung mit einer
Geschwindigkeit von 150 m/min oder mehr durchführen. Darüber
hinaus ist die Verwendung von Heißplatten, wie sie bei
der Herstellung von Wellpappe nach dem Stand der Technik
erforderlich war, nicht notwendig, denn ein Erhitzen zur
Verfestigung des Klebers ist nicht erforderlich und infolgedessen
kann man Wärmeenergie einsparen. Die Klebstoffe
sind auch hinsichtlich der Verbesserung der Qualität und
der Verarbeitungseigenschaften vorteilhaft, weil keine
ungleichmäßige Verteilung des Wassers in dem Papier oder
ein Verwerfen der Wellpappe aufgrund des Erhitzens eintritt.
Fig. 1 ist eine grafische Darstellung, in welcher
die Temperaturabhängigkeit der Viskosität
bei einem erfindungsgemäßen Klebstoff unter
Bezugnahme auf ein Beispiel und Vergleichsbeispiele
gezeigt wird.
Fig. 2 ist eine grafische Darstellung, in welcher für
verschiedene Klebstoffe die Beziehung zwischen
der Viskosität bei 60°C und der Zeit, die für
eine vollständige Verklebung benötigt wird,
gezeigt wird.
Die erfindungsgemäßen Klebstoffe bestehen im wesentlichen
aus PVA, einem Füllstoff, einer wasserlöslichen Borverbindung
und Wasser. Die nachfolgenden Ausführungen müssen
für die Anfangsklebeeigenschaften, die Klebefestigkeit
und die Viskosität des flüssigen Klebers berücksichtigt
werden.
Als erfindungsgemäß zu verwendender PVA kommt ein solcher
mit einem Durchschnittspolymerisationsgrad von etwa 500
bis 3000 und einem Verseifungsgrad von etwa 80 Mol-% oder
mehr vorzugsweise in Frage. Insbesondere ist ein PVA mit einem
Verseifungswert von etwa 97 Mol-% oder mehr aufgrund der
Wasserbeständigkeit bevorzugt. PVA mit einem Durchschnittspolymerisationsgrad
von etwa 1000 bis etwa 2000 wird bevorzugt
hinsichtlich der Klebefestigkeit und der Verarbeitungseigenschaften.
Der durchschnittliche Polymerisationsgrad
und der Hydrolysegrad von PVA werden nach den folgenden
Tests gemessen.
Der Durchschnittspolymerisationsgrad wird durch Messen der
Viskosität einer 1 Gew.-%igen wäßrigen Lösung von PVA
bei 30°C mittels eines Kapillarviskosimeters (Ubbelohde
Nr. 1 gemessen und nach folgender
Formel berechnet:
worin bedeuten:
A: Polymerisationsgrad.
relative Viskosität
C U: Konzentration (g/l)
t₀: Fließzeit des Wassers (sek)
t₁: Fließzeit der Probe (sek.)
C U: Konzentration (g/l)
t₀: Fließzeit des Wassers (sek)
t₁: Fließzeit der Probe (sek.)
Der Hydrolysegrad von PVA (Verseifungsgrad) wird gemessen,
indem man durch den Verbrauch von Alkali den Restanteil an
Essigsäueestern feststellt, wobei man folgende Formel anwendet:
C = 100 - B (Mol-%)
worin bedeuten:
A: Gewicht der restlichen Essigsäurereste (%),
B: restliche Essigsäurereste (Mol-%)
C: Hydrolysegrad (Mol-%)
S: Gewicht der ursprünglichen Probe (%)
p: reine Komponente (%)
F: Faktor von 0,1 N NaOH-Lösung
a: Volumen von 0,1 N NaOH-Lösung verbraucht (ml)
b: Volumen von 0,1 N NaOH-Lösung bei dem Blindtest (ml).
B: restliche Essigsäurereste (Mol-%)
C: Hydrolysegrad (Mol-%)
S: Gewicht der ursprünglichen Probe (%)
p: reine Komponente (%)
F: Faktor von 0,1 N NaOH-Lösung
a: Volumen von 0,1 N NaOH-Lösung verbraucht (ml)
b: Volumen von 0,1 N NaOH-Lösung bei dem Blindtest (ml).
Als erfindungsgemäß zu verwendende Füllstoffe, kommen beispielsweise
Tone, wie Montmorillonit
oder Talkum in Frage und anorganische Füllstoffe, wie
Aluminiumhydroxid,
Bariumsulfat, Kalziumsulfat, Magnesiumoxid oder Magnesiumhydroxid.
Der Füllstoff muß
in wäßriger Dispersion alkalisch reagieren, wobei
Kalziumkarbonat der am meisten geeignete Füllstoff ist.
Bei der Verwendung von Kalziumkarbonat nimmt die Temperaturabhängigkeit
der Viskosität der wäßrigen Lösung aus
PVA/Füllstoff insbesondere bei der Zugabe von geringen Mengen
einer wasserlöslichen Borverbindung zu, wie nachfolgend
noch ausführlich beschrieben wird, und dies ist für die
Zwecke der vorliegenden Erfindung sehr geeignet.
Als erfindungsgemäß zu verwendende wasserlösliche Borverbindung
kommen beispielsweise Borsäure, Borate, wie Borax
und Borsäureester von mehrwertigen Alkoholen,
wie Glyzerin oder Ethylenglykol
in Frage. Von den wasserlöslichen Borverbindungen wird
Borsäure bevorzugt. Insbesondere bevorzugt wird eine Kombination
von Borsäure und einem basischen Füllstoff, wie
Kalziumkarbonat, weil man hinsichtlich der Kalthärtungseigenschaften
der Klebefestigkeit und der Kosten besonders
gute Ergebnisse erzielt.
Es ist möglich, zu den erfindungsgemäßen Klebstoffen weitere
Additive zuzusetzen, soweit die wesentlichen Eigenschaften
der Klebstoffe nicht verändert werden, z. B. Entschäumungsmittel,
wie Polyoxyalkylenglykolderivate, Alkylenglykol-
aliphatische Säureester oder Polyethylenoxid-
Polypropylenoxid-Copolymere, Papiereindringungsmittel,
wie anionische oberflächenaktive Mittel,
Antifungimittel aus organischen stickstoff-
oder schwefelhaltigen Substanzen, und Weichmacher, wie
mehrwertige Alkohole, z. B. Glyzerin oder dessen Ester.
Weiterhin kann man Zelluloseverbindungen, wie Stärke,
und deren chemische modifizierte Produkte
oder wasserlösliche Harze, wie Polyacrylsäure oder Polyacrylamid,
und anorganische Verbindungen,
wie Wasserglas, den Klebstoffen zusetzen,
soweit die Kalthärtungseigenschaften dadurch nicht beeinträchtigt
werden.
Die erfindungsgemäßen Klebstoffe sind bei hohen Temperaturen
flüssig, aber die Viskosität nimmt schnell in dem
Maße zu, wie die Temperatur abnimmt und die Klebstoffe
gelieren, wenn die Temperatur auf Raumtemperatur (20°C)
abfällt. Die dabei entstehenden gelierten Produkte sind
Thermoplaste, die durch Wiedererhöhung der Temperatur wieder
in den flüssigen Zustand überführt werden können.
Die Viskosität beträgt
100 bis 2000 mPa·s, insbesondere 100 bis 1000 mPa·s
gemessen bei 60°C mit einem Brookfield-Drehviskosimeter.
Wenn die Viskosität bei 60°C weniger als 100 mPa·s
beträgt, ist die Eindringung der Lösung in die Papierschicht
zu groß und man erhält eine schlechte Verklebung,
weil die Klebeschicht auf der Papieroberfläche zu dünn ist.
Wenn andererseits die Viskosität 2000 mPa·s übersteigt, ist
die Eindringung der Lösung in die Papierschicht gering
und man erhält nur eine schlechte Haftung. Erfindungsgemäß
wird es besonders bevorzugt, daß der Kleber geliert,
bevor er auf 20°C gekühlt wird. Werden Additive, die bei
20°C nicht gelieren, verwendet, so wird für die Verklebung
1 Minute oder mehr als Härtungszeit benötigt. Bei einem Verfahren
zur Herstellung von Wellpappe kann während des Übergangs
zur nächsten Verarbeitungsstufe leicht eine Verschiebung
der verklebten Teile eintreten, wenn man die Produktionsgeschwindigkeit
der Wellpappe nicht vermindert.
Bei den erfindungsgemäßen Klebern wird ein
Mischungsverhältnis von PVA : Füllstoff im Bereich von
20 : 80 bis 70 : 30 (bezogen auf das Gewicht) angewendet.
Macht der PVA-Gehalt weniger als etwa 20 Gew.-Teile aus,
so wird die Klebefestigkeit vermindert. Übersteigt die Menge
an PVA andererseits etwa 70 Gew.-%, so wird die Temperaturabhängigkeit
der Viskosität zu gering und die Klebstoffe
sind wenig wirtschaftlich. Die Menge an wasserlöslicher
Borverbindung liegt im Bereich von 0,2 bis
4 Gew.-Teilen und vorzugsweise 0,3 bis 2 Gew.-Teilen, pro
100 Gew.-Teile PVA plus Füllstoff (d. h. pro Gesamtgewicht
von PVA und Füllstoff). Wenn die Menge an wasserlöslicher
Borverbindung weniger als 0,3 Gew.-Teile beträgt,
wird die Temperaturabhängigkeit der Viskosität der wäßrigen
Lösung vermindert. Wenn sie andererseits 2 Gew.-Teile
übersteigt, besteht die Tendenz, daß die Eindringung
der Lösung in das Papier verschlechtert wird aufgrund
der Erhöhung der Viskosität der Lösung und man erzielt nur
eine schlechte Verklebung.
Ein erfindungsgemäßer Kleber kann in bevorzugter Weise
wie folgt hergestellt werden. In einem mit einem Rührer
ausgerüsteten Mischer gibt man PVA, einen Füllstoff und
eine wasserlösliche Borverbindung und zwar vorzugsweise
in der angegebenen Reihenfolge. Nach homogenem Vermischen
gibt man zu dem Gemisch Wasser und löst die Mischung durch
Erhitzen auf 90°C oder mehr. In diesem Falle kann man
die Viskosität der erhaltenen Lösung beispielsweise mit
einem Brookfield-Drehviskosimeter messen und dabei die
Temperatur variieren und auf diese Weise die Zusammensetzung
der Mischung oder den Feststoffgehalt in der wäßrigen
Lösung leicht überwachen, so daß die Lösung Kalthärtungseigenschaften
aufweist und bei 60°C
eine Viskosität von 100 bis 2000 mPa·s hat, und beim Abkühlen
auf oberhalb 20°C geliert.
Die erfindungsgemäßen Kleber sind bei Raumtemperatur
geliert und zeigen dann weder Fluidität noch Klebeeigenschaften.
Wenn man sie jedoch erhitzt, werden sie in dem
Maße, wie die Temperatur ansteigt, flüssig und bilden eine
Lösung mit einer Viskosität (100 bis 2000 mPa·s) und können
dann auf Papier bei 60°C aufgetragen werden. Wenn
man sie daher in der Praxis zum Verkleben von Papier
verwendet, so kann man beispielsweise eine auf 90°C oder
mehr erhitzte Lösung auf Papier einer Temperatur von etwa
60 bis 80°C aufgetragen und dann zur Vervollständigung der
Verklebung gelieren. Wenn die Lösung beim Abkühlen geliert,
kann man sie auf Papier wieder auftragen, indem
man sie wiederum auf 60°C oder mehr erwärmt.
Die Eindringungsfähigkeit des Klebers in Papier hängt
vom Leimungsgrad, der Schüttdichte, der Gegenwart oder
der Abwesenheit einer Oberflächenbeschichtung und dem
Grundgewicht ab. Wenn man deshalb die Eindringung erhöhen
will, wird der flüssige Kleber auf etwa 80°C erwärmt
und auf das Papier, das gleichfalls vorerhitzt ist, aufgetragen.
Bei der Herstellung von Wellpappe unter Verwendung des
erfindungsgemäßen Klebstoffes wird vorzugsweise der Feststoffgehalt
des flüssigen Klebstoffs erhöht, um die Menge
an Wasser, die dem Papier zugefügt wird, und durch welche
eine Verwerfung der Wellpappe stattfinden kann, zu vermindern.
Die erfindungsgemäßen Klebstoffe haben vorzugsweise
einen Feststoffgehalt von etwa 20 Gew.-% oder mehr.
In Fig. 1 wird die Temperaturbeständigkeit der Viskosität
eines erfindungsgemäßen Klebstoffes im Vergleich zu Vergleichsbeispielen
gezeigt. Die Zusammensetzung der Klebstoffe
wird in Tabelle 1 gezeigt.
Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Temperaturabhängigkeit
der Viskosität der wäßrigen Lösung bei den Versuchen
A-0, A-1 und A-2 gemäß der Erfindung groß ist, und daß
die Kleber bei 20°C gelieren.
In Fig. 2 wird die Beziehung der Viskosität bei 60°C der
Kleber und die Zeit, die erforderlich ist, um eine vollständige
Verklebung beim Anhaften an Überzugspapier (Grundgewicht
360 g/m²) gezeigt. Fig. 2 zeigt, daß, je kürzer
die für eine vollständige Verklebung erforderliche Zeit ist,
eine umso bessere Anfangsklebefestigkeit vorliegt. Die Zusammensetzung
der hier verwendeten Kleber wird in Tabelle 2
gezeigt.
Da die Produktionsgeschwindigkeit von Wellpappe im allgemeinen
60 bis 200 m/min beträgt, wird durch die Anhaftung
der erhabenen Wellungen der Wellpappe an das Abdeckpapier
in der nächsten Verfahrensstufe (Schneiden) leicht eine
Scherung verursacht, wenn die vollständige Verklebung
nicht innerhalb weniger als 1 Minute (vorzugsweise (weniger
als 40 Sekunden) nach dem gegenseitigen Kontaktieren erfolgt.
Unter diesem Gesichtspunkt kann man aus Fig. 2 entnehmen,
daß die besonders bevorzugte Menge an Borsäure
im Bereich von etwa 0,3 bis 2,0 Gew.-Teilen liegt. Weiterhin
wird ersichtlich, daß die Viskosität des Klebers
bei 60°C wichtig ist und im Bereich von 100 bis
2000 mPa·s und vorzugsweise 100 bis 1000 mPa·s liegen soll.
Um Papier unter Verwendung der erfindungsgemäßen Klebstoffe
zu verkleben, gibt man eine Lösung des Klebstoffs,
beispielsweise mittels einer Beschichtungswalze
mit einem Feststoffgehalt
von vorzugsweise 5 g/m² oder mehr auf und bringt die
Papiere miteinander in Berührung. Wenn sie dann in engem
Kontakt vorliegen, wird die Kalthärtungsklebung durch
Abkühlen auf Raumtemperatur durchgeführt. In diesem Fall
können die verwendeten Papiere bei Raumtemperatur gehalten
werden oder man kann sie auf mehr als Raumtemperatur
erhitzen.
Die erfindungsgemäßen Klebstoffe werden für Papier verwendet
und können dabei zum Verkleben von verschiedenen
Papiersorten eingesetzt werden. Zum Beispiel sind sie besonders
geeignet zur Herstellung von Wellpappe, laminierten
Pappen, Kartons, Schachteln und Papierrohren.
Sie sind besonders brauchbar bei der Herstellung von
Wellpappe, weil man Energiekosten einspart und Wellpappe
mit verbesserter Qualität erhält. Man kann sie aber selbstverständlich
auch zum Verkleben von Papier an andere Materialien,
z. B. an Leder, Holz oder Metall, verwenden.
Die Erfindung wird nachfolgend in den Beispielen erläutert.
35 Gew.-Teile PVA mit einem Durchschnittspolymerisationsgrad
von 1680 und einem Verseifungsgrad von 98,6 Mol-%,
64,5 Gew.-Teile Kalziumkarbonatpulver und 0,5 Gew.-Teile
Borsäure werden in einem Mischer gleichmäßig vermischt.
Das Gemisch wird mittels Wasserdampf in Wasser unter Ausbildung
einer Lösung mit einer Konzentration von 18 Gew.-%
gelöst. Diese Lösung hat eine Viskosität von 300 cps bei
60°C und geliert vollständig bei 20°C, wobei sie dann
eine Viskosität von mehr als 80 000 mPa·s hat.
Nach Erhitzen dieser wäßrigen Lösung auf 70°C wird sie
auf die Oberfläche eines Beschichtungspapiers mit einem
Basisgewicht von 360 g/m² in einer Beschichtungmenge von
etwa 50 g/m² aufgetragen. Dann bringt man die Oberfläche,
auf welche die wäßrige Lösung aufgetragen wurde, sofort
in Berührung mit einem anderen Papier der gleichen Qualität
und dann läßt man sie mit einer Belastung von 250 g/cm²
bei Raumtemperatur liegen und man erzielt dabei eine
vollständige Verklebung nach 20 Sekunden, wobei die Verklebung
so vollständig ist, daß beim Abschältest Papierschichten
voneinander gerissen werden.
Für Vergleichszwecke wurde eine wäßrige Lösung mit 10 Gew.-%
Konzentration hergestellt aus 99,5 Gew.-Teilen des gleichen
PVA und 0,5 Gew.-Teilen Borsäure. Diese Lösung hatte bei
60°C eine Viskosität von 290 mPa·s, gelierte jedoch nicht
bei Raumtemperatur. Die Verklebung von Papieren wurde
durchgeführt unter Verwendung dieser Lösung in gleicher
Weise wie vorher angegeben, jedoch konnte innerhalb 60 Sekunden
keine vollständige Verklebung erzielt werden.
30 Gew.-Teile PVA mit einem Durchschnittspolymerisationsgrad
von 1690 und einem durchschnittlichen Verseifungsgrad
von 99,5 Mol-%, 69,5 Gew.-Teile Kalziumkarbonatpulver
und 0,5 Gew.-Teile Borsäure werden in einem Mischer gleichmäßig
vermischt. Die Mischung wurde mittels Wasserdampf
unter Ausbildung einer Lösung mit einer Konzentration von
18 Gew.-% gelöst. Diese Lösung hatte bei 60°C eine Viskosität
von 700 mPa·s und bei 40°C von 7000 mPa·s und gelierte
bei 30°C, wo sie dann eine Viskosität von mehr als 50.000 mPa·s
hatte.
Nach Erhitzen einer Lösung mit den vorerwähnten Eigenschaften
auf 70°C wurde diese auf die erhabenen Wellen einer
Wellpappe vom B-Typ (Anzahl der Wellen 50 ± 2/30 cm, JIS
Z-1516, JIS = Japan Industrial Standard) aufgetragen und
zwar in einer Menge von etwa 5 g/m² Feststoffgehalt. Die
erhabenen Wellungen, auf denen die Lösung aufgetragen worden
war, wurden dann sofort in Berührung mit einem Kraftpapier
K 200 gebracht und bei Raumtemperatur unter einer Belastung
von 250 g/cm² gehalten, wobei man nach 25 Sekunden
eine vollständige Verklebung erzielte. Nachdem man den
so gebildeten Klebestreifen bei 65% RH (relative Feuchte)
bei 20°C 24 Stunden konditioniert hatte, wurde die Klebefestigkeit
der verklebten Teile gemessen. Diese Festigkeit
betrug 33,9 kg. Wenn man dagegen die Klebefestigkeit
einer üblichen, mit Maisstärke verklebten Wellpappe mißt,
wobei das Papier das gleiche ist wie vorher angewendet, so
betrug die Festigkeit 32,1 kg.
35 Gew.-Teile PVA mit einem Durchschnittspolymerisationsgrad
von 630 und einem Verseifungsgrad von 98,5 Mol-%,
64 Gew.-Teile feinteiliges Kalziumkarbonatpulver und
1,0 Gew.-Teile Borsäure wurden in einem Mischer gleichmäßig
vermischt. Eine wäßrige Lösung dieses Gemisches
in einer Konzentration von 29,8 Gew.-% zeigt bei 60°C
eine Viskosität von 150 mPa·s und geliert bei 20°C und hat
dann eine Viskosität von mehr als 60.000 mPa·s.
Nach Erhitzen dieser wäßrigen Lösung auf 60°C wurde sie
auf ein Überzugspapier mit einem Grundgewicht von 360 g/m²
aufgetragen und zwar in einer Menge von etwa 50 g/m².
Dann wurde die Oberfläche, auf welche die vorerwähnte
wäßrige Lösung aufgetragen worden war, in Berührung gebracht
mit einem anderen Überzugspapier der gleichen Qualität
und man ließ beide dann bei Raumtemperatur stehen und
erzielte nach 30 Sekunden eine vollständige Verklebung, die
nur unter Zerreißen der Papierschichten gelöst werden konnte.
Für Vergleichszwecke wurde die gleiche wäßrige Lösung wie
vorher für den Klebstoff beschrieben hergestellt, mit der
Ausnahme, daß die Konzentration 22,5 Gew.-% betrug. Diese
wäßrige Lösung zeigte bei 60°C eine Viskosität von 40 mPa·s
und gelierte nicht bei Raumtemperatur. Wurden Papiere
unter Verwendung dieser Lösung in gleicher Weise wie vorher
beschrieben verklebt, so konnte eine vollständige
Verklebung nach 2 Minuten nicht erzielt werden. Man nimmt
an, daß bei der Anwendung der Klebstoff zu stark in die
Papierschichten eindringt und zwar aufgrund der zu niedrigen
Viskosität des Klebers und daß infolgedessen die Klebeschicht
auf der Papieroberfläche zu dünn wird.
35 Gew.-Teile PVA mit einem Durchschnittspolymerisationsgrad
von 630 und einem Verseifungsgrad von 98,0 Mol-%,
63 Gew.-Teile feinteiliges Kalziumkarbonatpulver und 2 Gew.-Teile
Borsäure wurden in einem Mischer gleichmäßig
vermischt. Die aus dieser Mischung hergestellte
wäßrige Lösung mit einer Konzentration von 94,9 Gew.-%
zeigte bei 60°C eine Viskosität von 200 mPa·s und gelierte
vollständig bei 20°C, wobei die Viskosität dann mehr als
60.000 mPa·s betrug. Diese wäßrige Lösung wurde auf 70°C
erhitzt und dann auf die Oberfläche einer Papierschicht
mit 360 g/m² Grundgewicht in einer Beschichtungsmenge von
etwa 60 g/m² aufgetragen. Die Oberfläche, auf welche
die wäßrige Lösung aufgetragen worden war, wurde dann
in Berührung mit einer anderen Papierschicht gleicher
Qualität gebracht und dann ließ man das Ganze bei Raumtemperatur
stehen. Nach 20 Sekunden war eine vollständige Verklebung
erreicht und die Papierschichten konnten beim Abschältest
nur unter Zerstörung voneinander getrennt werden.
Wird eine wäßrige Lösung der gleichen Mischung in einer
Konzentration von 29,6 Gew.-% mit einer Viskosität bei 60°C
von 2100 mPa·s, die bei 40°C vollständig geliert, verwendet,
um die Papierschichten in gleicher Weise wie vorher beschrieben,
zu verbinden, so wird eine vollständige Verklebung
erst nach Ablauf von mehr als 60 Sekunden erreicht. Der
Grund hierfür liegt wahrscheinlich darin, daß der Klebstoff
nicht vollständig in die Papierschichten eindringt,
weil die Viskosität des Klebstoffs zu hoch ist und daß
dadurch eine Verklebung erschwert wird.
35 Gew.-Teile PVA mit einem Durchschnittspolymerisationsgrad
von 1680 und einem Verseifungsgrad von 98,6 Mol-%,
64,5 Gew.-Teile Kaolin und 0,5 Gew.-Teile Borax wurden
in einem Mischer gleichmäßig vermischt. Die wäßrige
Lösung des Gemisches hatte bei einer Konzentration von
18 Gew.-% bei 60°C eine Viskosität von 250 mPa·s und gelierte
vollständig bei 20°C. Wurde diese wäßrige Lösung in gleicher
Weise wie in Beispiel 1 angewendet, so wurde eine vollständige
Verklebung der Papiere nach 30 Sekunden erzielt.
40 Gew.-Teile PVA mit einem Durchschnittspolymerisationsgrad
von 99,5 Mol-%, 59,5 Gew.-Teile Kalziumkarbonat und
0,5 Gew.-Teile Borsäureglyzerinester wurden in einem Mischer
gleichmäßig vermischt. Eine wäßrige Lösung dieser Mischung
in einer Konzentration von 17 Gew.-% zeigt bei 60°C
eine Viskosität von 400 mPa·s und gelierte vollständig bei
20°C.
Wurden Papiere unter Verwendung dieser Lösung in gleicher
Weise wie in Beispiel 1 miteinander verklebt, so wurde
eine vollständige Verklebung nach 20 Sekunden erzielt.
Auf ein Blatt von 15 mm × 150 mm Kraft-Papier mit 360 g/m²
Grundgewicht wurde die vorerwähnte wäßrige Lösung bei 70°C
in einer Überzugsmenge von 50 g/m² auf eine Fläche von
15 mm × 15 mm aufgetragen. Dann wurde das Blatt mit dem
gleichen Kraft-Papier zusammengebracht und die Klebung wurde
bei Raumtemperatur während 20 Sekunden unter einer Belastung
von 250 g/cm² durchgeführt. Die verklebten Papierblätter
wurden bei 20°C und 65% RH 24 Stunden konditioniert. Die
Reißfestigkeit wurde mittels eines Strohgraf R-500
der Toyo-Seiki Co., Ltd., Japan gemessen. Sie betrug 20,1 kg/cm².
Dieser Wert war annähernd gleich der Zerstörungsfestigkeit
des Papiers.
Es wurde ein Klebstoff wie in Beispiel 2 hergestellt, jedoch
in einer Konzentration von 16,9 Gew.-%. Dieser Kleber
zeigte bei 60°C eine Viskosität von 300 mPa·s und gelierte
bei 20°C, wobei die Viskosität dann 80.000 mPa·s überstieg.
Unter Verwendung dieser wäßrigen Lösung wurde die Verklebung
von Papieren mit Wellpappe durchgeführt, und zwar
durch Auftragen auf beide Seiten unter Anwendung einer
Wellpappemaschine. Bei diesem Versuch wurde die Leimauftragsdüse
zur Erwärmung des Klebstoffs bei 75°C geheizt
und das Verfahren wurde bei Raumtemperatur durchgeführt,
ohne daß die Papiere und die Wellpappe vorerhitzt wurden
und auch ohne Verwendung von Heizplatten. Das verwendete
einseitige Wellpappeprodukt war vom Typ B. Die Laminiergeschwindigkeit
betrug 80 m/min und entspricht der üblichen
Betriebsgeschwindigkeit für die Wellpappeherstellung.
25 Sekunden nach der Laminierung wurde die Wellpappe auseinandergezogen,
aber die Papierschicht brach dabei nicht
an den verklebten Stellen und dies bedeutet, daß eine
vollständige Verklebung vorlag. Die Menge des Klebstoffverbrauchs
(bezogen auf den Feststoffgehalt) und die
Klebefestigkeit (gemessen mit den beidseitig verklebten
Teilen mittels einer Nadelanordnung für eine einseitige
Verklebung) wurden verglichen mit einem Produkt, bei dem
man einen üblichen Stärkekleber verwendet hatte. Die erzielten
Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt.
25 Gew.-Teile PVA mit einem Durchschnittspolymerisationsgrad
von 1680 und einem Verseifungsgrad von 99,4 Mol-%,
74,7 Gew.-Teile feinteiliges Kalziumkarbonatpulver, 0,3
Gew.-Teile Borsäure und 0,2 Gew.-Teile Adeka pluronic L-61
(hergestellt von Asahi Denka Kogyo Co., Ltd., Japan) als
Entschäumungsmittel wurden in einem Mischer gleichmäßig
vermischt. Das Gemisch wurde in Wasser unter Ausbildung
eines flüssigen Klebers mit einer Konzentration von 28 Gew.-%
gelöst. Dieser flüssige Kleber zeigte bei 60°C eine Viskosität
von 1900 mPa·s und gelierte bei 20°C.
Nachdem der flüssige Kleber mit diesen Eigenschaften auf
80°C erhitzt worden war, wurde er auf die erhabenen Wellen
von einseitiger Wellpappe mit A-Wellungen (Anzahl der
erhabenen Wellungen 34 ± 2/20 cm JIS Z-1516) in einer Menge
von 4,5 g/m² Feststoffgehalt aufgetragen. Dann wurde das
Produkt mit einem Überzugspapier K 200, das auf 80°C erhitzt
worden war, in Berührung gebracht und die Wellpappe
wurde bei Raumtemperatur 9 Sekunden unter einer Belastung
von 250 g/cm² liegen gelassen. Nachdem man das gebildete
verklebte Produkt (8 cm × 8 cm) 24 Stunden bei 20°C und
65 RH konditioniert hatte, wurde die Klebefestigkeit der
verklebten Teile gemessen unter Verwendung einer Nadelanordnung
für eine einfache Oberfläche. Die Klebefestigkeit
betrug 25,4 kg.
Dagegen beträgt die Klebefestigkeit von üblicher Wellpappe
unter Verwendung von Maisstärke aber unter sonst gleichen
Bedingungen 21,4 kg.
Ein Versuch bei der Herstellung von Wellpappe wurde durchgeführt,
indem man die B-Wellen von K 200/SCP125 (SCP125
ist ein Produkt der Oxayama-Seishi Co., Ltd., Japan) mit
einem K 200 Überzugspapier unter Verwendung des gleichen
Klebers wie in Beispiel 9 auf beiden Seiten in Berührung
brachte. Das Verfahren wurde durchgeführt mit einer Laminiergeschwindigkeit
von 200 m/min und das einseitig gewellte
Material wurde in einem Vorerhitzer auf etwa 60°C erhitzt
und das Überzugspapier wurde in einem Vorerhitzer auf etwa
90°C erhitzt und der flüssige Kleber wurde auf die erhabenen
Wellungen bei etwa 80°C mit einem Feststoffgehalt von
etwa 6 g/m² aufgetragen. Dann wurde die gewellte Pappe und
das Überzugspapier in Berührung gebracht und zwischen zwei
Baumwolltüchern und Walzen hindurchgeleitet und zwar
ohne Verwendung von Heißplatten, und dann wurde das Blatt
geschnitten. Die Zeit von der Anwendung bis zur Weiterverarbeitung
betrug 7 Sekunden.
Bei einem Vergleichsversuch wurde gewellte Pappe der gleichen
Art und unter Verwendung des gleichen Überzugspapiers
mit einem Flüssigkleber in einer Konzentration von etwa
22% aus Maisstärke nach dem Stein-Hall-Verfahren bei
etwa 40°C hergestellt. In diesem Fall wurde das Blatt über
auf etwa 160°C geheizte Heißplatten geleitet. Wenn man die
gebildeten Wellpappen zur Herstellung von kleinen Kartons
von 25 cm × 20 cm × 15 cm verwendet und dann die Festigkeit
der Wellpappe mißt, werden die in Tabelle 4 gezeigten
Ergebnisse erzielt. Alle Proben wurden gemäß JIS-Standard
nach 24stündigem Konditionieren bei 20°C und 25% RH geprüft.
Aus Tabelle 4 geht hervor, daß der aus Wellpappe unter
Verwendung des erfindungsgemäßen Klebers hergestellte Karton
sehr gute Festigkeiten hat im Vergleich zu einem solchen,
der unter Verwendung von Stärkeklebern hergestellt
worden war.
Wurde Wellpappe, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen
Klebers hergestellt worden war, 24 Stunden lang in 24°C
warmes Wasser getaucht, so wurde keine spontane Trennung
des Überzugspapiers von dem Wellmedium festgestellt. Beim
Vergleichsbeispiel unter Verwendung von Stärke fand dagegen
unter gleichen Bedingungen nach etwa 40 Minuten eine spontane
Trennung statt.
Claims (15)
1. Kältehärtbarer Klebstoff für Papier, bestehend im wesentlichen aus Polyvinylalkohol,
einem Füllstoff, einer wasserlöslichen Borverbindung
und Wasser, mit einer Viskosität von
100 bis 2000 mPas bei 60°C, der beim Kühlen auf eine Temperatur
oberhalb 20°C geliert, dadurch gekennzeichnet,
daß der Füllstoff in wäßriger Dispersion alkalisch
reagiert, daß das Mischverhältnis in Gew.-% von
Polyvinylalkohol zu Füllstoff 20 : 80 bis 70 : 30 beträgt,
und daß die Menge der wasserlöslichen Borverbindung
0,2 bis 4 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile Polyvinylalkohol
plus Füllstoff beträgt.
2. Klebstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Viskosität bei 60°C 100
bis 1000 mPas beträgt.
3. Klebstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Polyvinylalkohol einen
Verseifungsgrad von 97 Mol-% oder mehr aufweist.
4. Klebstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Füllstoff ein anorganischer
Füllstoff ist.
5. Klebstoff gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der anorganische Füllstoff
Ton ist.
6. Klebstoff gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ton Montmorillonit oder
Talkum ist.
7. Klebstoff gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der anorganische Füllstoff
Aluminiumhydroxid, Bariumsulfat, Kalziumsulfat, Magnesiumoxid
oder Magnesiumhydroxid ist.
8. Klebstoff gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der anorganische Füllstoff
Kalziumkarbonat ist.
9. Klebstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die wasserlösliche Borverbindung
Borsäure ist.
10. Klebstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die wasserlösliche Borverbindung
ein Borat ist.
11. Klebstoff gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß das Borat Borax ist.
12. Klebstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die wasserlösliche Borverbindung
ein Borsäureester ist.
13. Klebstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Füllstoff Kalziumkarbonat
und die wasserlösliche Borverbindung Borsäure ist.
14. Klebstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Menge an wasserlöslicher
Borverbindung 0,3 bis 2 Gew.-Teile pro 100 Gew.-Teile
Polyvinylalkohol und Füllstoff beträgt.
15. Verwendung eines Klebstoffs gemäß Ansprüchen 1 bis 14
zur Herstellung von Wellpappe
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