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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines
Klebstoffes für Wellpappe, wobei das Verfahren in zwei
Stufen ausgeführt wird durch Herstellen eines auf Wasser,
Stärke und Lauge basierenden Trägers in der ersten Stufe,
wobei die Menge der Stärke in der ersten Stufe geringer als
die Menge der Stärke in der zweiten Stufe ist, und wobei
ein zweites Gemisch dem Träger in der zweiten Stufe
zugefügt wird und das zweite Gemisch aus der verbleibenden
Menge Stärke, Wasser und Borax besteht.
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Ein solches Verfahren ist aus der Europäischen
Patentanmeldung 51,833 bekanntgeworden. Jene
Patentanmeldung beschreibt auch eine Vorrichtung zum
kontinuierlichen Herstellen eines Klebstoffes aus Stärke,
bei welcher Vorrichtung insbesondere das Mischgefäß, in
welchem die Reaktion durchgeführt wird, wichtig ist. Der
hierbei verwendete Reaktor ist durch Trennwände in einer
Mehrzahl von Zellen unterteilt, die miteinander
kommunizieren, und in jeder Zelle sind Rührer exzentrisch
angeordnet. Hierbei ist wenigstens eine Zelle mit einer
Prallplatte versehen. Bei dieser Vorrichtung läßt sich ein
Klebstoff guter Qualität kontinuierlich erhalten, jedoch
ist die Vorrichtung kompliziert und teuer. Das Verfahren
zum Herstellen eines Klebstoffes gemäß der Europäischen
Patentanmeldung 51,833 beruht auf dem Steinhall-
Klebstoffverfahren, das in der Wellpappenindustrie
allgemein bekannt ist. Der gemäß jenem Verfahren
hergestellte Klebstoff wird daher meist zum Erzeugen von
Wellpappe angewandt. Gemäß dem Steinhall-Verfahren wird ein
Mischgefäß benutzt, in welches die Ausgangsstoffe wie
Stärke, Lauge und Borax gegeben werden. Im Mischgefäß ist
ein Rührer angeordnet, so daß die Ausgangsstoffe und das
Reaktionsgemisch Scherkräften unterworfen werden. Die
Herstellung von Klebstoff findet hierbei in zwei Stufen
statt, nämlich in der Herstellung eines ersten Trägers, zu
welchem Zweck Stärke, Wasser und kaustisches Natrium
miteinander gemischt werden, wobei der genannte Träger die
Aufgabe hat, die an zweiter Stelle zugegebene Stärke in
Suspension zu halten. Zu diesem Zweck wird dem Mischgefäß
Wasser zugeführt, welchem Stärke zugeführt wird, und das
auf eine gewisse Temperatur gebracht wird. Das kaustische
Natrium wird der Suspension zugeführt, und die
Rohmaterialien werden etwa 20 Minuten lang umgerührt, so
daß das Gemisch Scherkräften unterworfen wird. Das Ergebnis
ist eine Verringerung der Viskosität des Gemisches. Ein
gutes Endprodukt muß eine stabile Viskosität haben, was
dadurch erreicht werden kann, daß die Scherkräfte, die
ausgeübt werden, derart hoch sind, daß nach dem Mischen der
Ausgangssubstanzen ein linearer Viskositätsbereich erreicht
wird. Dies ist mit dem Steinhall-Verfahren schwierig oder
gar nicht zu erreichen. Nach dem Umrühren des
Primärgemisches während etwa 20 Minuten werden
Sekundärwasser und Stärke zugegeben. Die Hauptfunktion des
Sekundärwassers besteht darin, den Gehalt an
Trockensubstanz des Klebstoffs zu definieren. Dies wird
auch durch die an zweiter Stelle zugegebene Stärke
definiert, welche auch die Trocknungsgeschwindigkeit und
die Klebekraft beeinflußt. Nach dem Zugeben der
Sekundärstärke wird Borax zugegeben, was zu einem
plötzlichen Anstieg der Viskosität führt. Der genannte
plötzliche Anstieg der Viskosität wird durch die Reaktion
zwischen Borax und Stärke hervorgerufen. Nach einer
gewissen Zeit, im allgemeinen nach 20 Minuten, wird ein
Gleichgewicht zwischen dem Viskosität steigenden Einfluß
von Borax und dem Viskosität senkenden Einfluß des Rührens
erreicht. Das Borax wird hierbei gelöst, und die Viskosität
der Stärke kann wieder abnehmen. Das Rühren wird
fortgeführt, bis eine stabile Viskosität erreicht ist.
Einige Nachteile des genannten, weitverbreiteten Steinhall-
Verfahrens besteht darin, daß bezüglich der Viskosität des
Endproduktes relativ große Unterschiede auftreten, und es
ist schwierig, gewisse gewünschte Klebeverbindungen für
unterschiedliche Papiersorten zu schaffen.
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Dies vorausgesetzt, wurde das weithin angewandte Steinhall-
Verfahren durch die Anwendung von Einrichtungen verbessert,
so wie in der Europäischen Patentanmeldung 51,833
beschrieben; nunmehr besteht jedoch die Aufgabe darin, eine
Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, die eine
wesentliche Verbesserung gegenüber dem Steinhall-Verfahren
herbeiführen, wobei es nicht notwendig ist, teure
Einrichtungen zu verwenden, wie in der Europäischen
Patentanmeldung 51,833 beschrieben.
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Aus DD-A 228 818 ist ein Verfahren zum Herstellen eines
Klebstoffes auf der Basis von Stärke bekannt; gemäß diesem
Dokument werden jedoch die Ausgangsstoffe Wasser, Borax,
Natriumhydroxid und Stärke in einem ersten Mischer
gemischt, und das sodann erhaltene Gemisch wird einem
zweiten Behälter zugeführt. Im Gegensatz hierzu wird das
Verfahren gemäß der Erfindung in zwei Mischstufen unter
besonderen Bedingungen und durch Herstellen eines ersten
Trägers ausgeführt, so daß es möglich ist, eine bessere
Einstellung der Eigenschaften des Klebstoffes letztlich zu
erzielen.
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Dies wurde möglich durch Anwenden eines Verfahrens gemäß
der Erfindung, und das genannte Verfahren ist dadurch
gekennzeichnet, daß es chargenweise ausgeführt wird, wobei
bei einer Temperatur von weniger als 40º C in der ersten
Stufe das Reaktionsgemisch einem ersten, relativ großen
Mischgefäß zugeführt wird, das mit einem Rührer ausgerüstet
ist, aus dem ersten Mischgefäß in ein zweites, kleineres
Gefäß überführt wird, in welchem das Reaktionsgemisch
höheren Scherkräften als im ersten Mischgefäß unterworfen
wird, sodann zum ersten Mischgefäß zurückgeführt wird, und,
sobald eine Viskosität des Trägers erreicht wurde mit einer
Konzentration der Stärke von weniger als 15 %, berechnet in
Bezug auf das Gemisch des Wassers plus der Stärke, das
zweite Gemisch dem Träger zugeführt und mit dem Träger zu
einem homogenen Gemisch vermischt wird, wobei die in der
zweiten Stufe zugegebenen Stärkkörner nicht gelatilieren,
und wobei nach dem Mischen zu einem homogenen Gemisch der
Wellpappenklebstoff abgegeben wird. Genauergesagt liegt die
Stärkemenge bei 9 - 11 Gewichtsprozenten, berechnet auf die
Summe von Wasser plus Stärke im Träger. Im Endprodukt des
Klebstoffs beträgt die Konzentration der Stärke 15 - 25
Gewichtsprozent, berechnet auf der Basis des Klebstoffs.
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Weitere Versuche haben gezeigt, daß es mit dem Verfahren
gemäß der Erfindung möglich ist, einen Träger herzustellen,
der ein gewünschte Viskosität von 4000 - 6000 m.Pa.s
innerhalb von 5 Minuten erreicht, während ohne Anwendung
des zweiten Mischgefäßes eine Viskosität von etwa 9000
m.Pa.s nach 5 Minuten erreicht wird.
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Aus der Europäischen Patentanmeldung 96,935 ist eine
Vorrichtung zum Herstellen eines Klebstoffs
bekanntgeworden, der zum Herstellen von Papierbeuteln
verwendet wird. Bei jenem Verfahren wird eine Vorrichtung
verwendet, deren Hauptbestandteile ein relativ großes
Mischgefäß sind, das mittels einer Pumpe an ein relativ
kleines Mischgefäß angeschlossen ist, so daß eine Umwälzung
zwischen dem großen und dem kleinen Mischgefäß möglich ist.
Mittels der genannten Vorrichtung wird jedoch eine ganz
andere Art von Klebstoff hergestellt, das Verfahren läuft
in einer einzigen Stufe ab, und die Stärke wird bei relativ
hoher Temperatur, vorzugsweise oberhalb 60º C, in
gequollene Granulatfragmente zerlegt. Dabei findet das
genannte Quellen lediglich unter dem Einfluß des erhitzten
Wassers statt, nicht durch Hinzufügen von Lauge, noch wird
ein Träger in einer ersten Stufe hergestellt, so wie dies
bei der Erfindung der Fall ist. Bei jenem bekannten
Klebstoff ist die Stärkekonzentration in den Beispielen mit
11 - 12 Gewichtsprozenten angegeben.
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Geiiäß der Erfindung wird das Verfahren daher in einer
Vorrichtung durchgeführt, die aus einem Mischgefäß mit
einem Rührer besteht, wobei das Mischgefäß mit
Zufuhrleitungen zum Zufügen der Ausgangsstoffe Stärke,
Lauge, Borax und Wasser versehen ist, und mit einer
Auslaßleitung zum Abgeben eines Klebstoffproduktes, wobei
das Mischgefäß mit einer Umwälzleitung ausgerüstet ist, in
welcher ein zweites, vergleichsweise kleines Gefäß liegt,
das mit Mitteln zum Aufbringen von Scherkräften ausgerüstet
ist, die größer als die Scherkräfte sind, die im ersten
Mischgefäß aufgebracht werden. Beim zweiten Mischgefäß sind
besonders die auf das Reaktionsgemisch ausgeübten
Scherkräfte wichtig, und es versteht sich für den Fachmann,
auf welche Weise dies im zweiten Gefäß vor sich geht.
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Die Erfindung wird weiterhin unter Bezugnahme auf die
folgende Beschreibung erläutert, wobei auf die Zeichnung
Bezug genommen wird, die schematisch eine Anordnung der
Vorrichtung zeigt, so wie diese am besten gemäß der
Erfindung verwendet wird.
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Die Zeichnung zeigt das vergleichsweise große Mischgefäß 1,
das mit dem Rührer 3 versehen ist, und das vergleichsweise
kleine Mischgefäß 2, das mit dem Rührer 4 versehen ist. Die
genannten beiden Gefäße 1 und 2 bilden, zusammen mit dem
Umwälzsystem, den Reaktor, in welchem die Herstellung des
Klebstoffes stattfindet, ausgehend von den Ausgangsstoffen
Stärke, Lauge, Borax und Wasser, die dem Mischgefäß 1
zugegeben werden. Dem Behälter 5, der mit einem
Dosiersystem 22 versehen ist, wird Stärke zugegeben. Aus
Behälter 6 wird mittels der Pumpe 23 und eines
Dosierventils 20 Lauge zugeführt, insbesondere kaustisches
Natrium. In der Zeichnung sind die Pumpen mit 23, die
Dosierventile mit 20, und die Ventile mit 21 bezeichnet.
Die wässrige Lösung der Lauge wird von Behälter 6 über
Puffergefäß 7 dem Mischgefäß 1 zugeführt. Über die Leitung
11 kann Wasser zugeführt werden. Borax wird dem Mischgefäß
aus Behälter 8 zugeführt.
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Das Mischgefäß 1 kann durch Zufuhr dampferhitzt werden, der
über die Leitung 10, die Ventile 21 sowie die Regelventile
20 zugeführt werden kann. Während der Reaktion wird die
Temperatur auf 20 - 40º C gehalten. Das Reaktionsgemisch,
das im Mischgefäß vorliegt, wobei die verschiedenen
Komponenten zugeführt werden, wenn das Gemisch umgerührt
wird, wird dem Mischgefäß 2 über die Umwälzleitung 12
zugeführt, und das genannte Umwälzen findet mittels der
Pumpe 9 statt. Im Mischgefäß 2 wird das Reaktionsgemisch
bei einer höheren Drehzahl als im Mischgefäß 1 umgerührt,
so daß auf das Reaktionsgemisch höhere Scherkräfte ausgeübt
und somit eine schnellere Anpassung der gewünschten
Viskosität erzielt wird. Es ist möglich, einen Teil des
Reaktionsgemisches durch Leitung 13 ohne jenen Teil zu
pumpen, der in das Mischgefäß 2 gelangt. Dies ist dann
vorteilhaft, wenn die Rührgeschwindigkeit im Mischgefäß
relativ hoch ist, und es ist außerdem wünschenswert, die
Rührgeschwindigkeit bezüglich eines Teiles des Gemisches
beizubehalten.
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Sobald die gewünschte Homogeneität des Klebstoffes als
Endprodukt erreicht ist, kann das Ventil 16 umgeschaltet
werden, so daß das gewünschte Endprodukt über die Leitung
15 an die Gefäße 25 abgegeben wird, und aus den
Speichergefäßen 25 kann Klebstoff über das Verteilersystem
26 abgegeben werden.
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Beim Endprodukt sind insbesondere die Stabilität des
Klebstoffes (Viskosität) sowie die Klebstoffqualität
wichtig, und die genannten Eigenschaften werden durch drei
Parameter bestimmt, nämlich die dynamische Viskosität, die
Strömungsviskosität und der prozentuale Angriff der Stärke.
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Versuche, die ausgeführt wurden, haben gezeigt, daß mit dem
Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung ein
Endprodukt von einer Qualität und Stabilität erreichbar
ist, das mit dem Produkt vergleichbar ist, das mit der
Vorrichtung gemäß der Europäischen Patentanmeldung 51,833
erzielbar ist, während ein Produkt erzielt wird, das besser
ist, als mit dem herkömmlichen Steinhall-Verfahren. Nunmehr
ist es auch möglich, ein gewünschtes Endprodukt schneller
als mit dem herkömmlichen Steinhall-Verfahren zu gewinnen,
da die Mischdauer halbiert oder sogar noch weiter reduziert
werden kann, verglichen mit der Mischdauer beim Steinhall-
Verfahren.
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Das Mischgefäß 1 hat beispielsweise eine Kapazität von 1500
l und läßt sich mit dem Rührer 3 umrühren, der bei einer
Drehzahl von 1500 U/min arbeitet. Das vergleichsweise
kleine Mischgefäß 2 hat eine Kapazität von beispielsweise
2,5 l im vorliegenden Falle, und der Rührer arbeitet mit
einer Drehzahl von 3000 U/min. Durch Zwangszuführen des
Reaktionsgemisches bei hoher Kapazität zum zweiten Gefäß 2,
das eine relativ kleine Kapazität hat, mittels einer Pumpe
9, ist die Wirkung der Verringerung der Viskosität um ein
Vielfaches höher, als im Falle jener Verfahren, wobei das
zweite, relativ kleine Mischgefäß nicht verwendet wird. Die
Wirkung des Rührens in Gef äß 2 ist daher viel größer als
jene im Gefäß 1. Mit dieser Vorrichtung läßt sich der
Träger nach 5 minutigem Mischen herstellen, und nach dem
Zugeben der verbleibenden Menge Wasser, Stärke und Borax
zum Träger erhält man eine Endverbindung der gewünschten
Homogeneität und Viskosität innerhalb von 5 Minuten.
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Die Erfindung soll weiterhin unter Bezugnahme auf die
folgenden Beispiele erläutert werden.
Beispiel I
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Bei den Beispielen wurden eine modifizierte Maisstärke
(mylbond BKF), eine Lösung aus kaustischem Natrium und
Borax als Feststoffe verwendet.
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Zum Herstellen des Trägers wurden dem Mischgefäß 1 430 l
Wasser, 43 kg Stärke und 11 l 30 %iger NaOH Lösung
zugegeben. Die Temperatur im Mischgefäß wurde auf etwa 20º
C gehalten, und der Rührer im Mischgefäß 2 auf 3600 U/min
eingestellt, während das Gemisch mittels einer Pumpe 9
umgewälzt wurde. Die Geschwindigkeit des Rührers im
Mischgefäß 1 betrug 1500 U/min. Nach dem Umrühren und
Umwälzen während 5 Minuten betrug die Viskosität 1200
m.Pa.s, und blieb im wesentlichen konstant, selbst nach dem
Umrühren während 20 Minuten. Dem derart hergestellten
Träger wurden 680 l Wasser, 257 kg Stärke und 2,5 kg Borax
in der zweiten Stufe zugeführt, und das Rühren und Umwälzen
wurde aufrechterhalten.
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Nach dem Umrühren des gesamten Gemisches während 5 Minuten
erreicht die Viskosität 183,5 m.Pa.s, und die Temperatur
21,7º C.
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Die Analyse des Klebstoffes als Endprodukt zeigt, daß
dieser 3,3 % NaOH, 1,9 g/l Borax und 300 kg Stärke enthält.
Die Tragkraft, die ein Wert der Klebekraft ist, betrug 30.
Vergleichsbeispiel 1
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Das Verfahren gemäß Beispiel I wurde wiederholt, jedoch
wurde das Gemisch beim Herstellen des Trägers nicht dem
Mischgefäß 2 zugeführt. Nach 5 Minuten betrug die
Viskosität immer noch 8000 m.Pa.s, und nach 20 Minuten
betrug sie 3260 m.Pa.s. Die letztgenannte Viskosität ist
relativ niedrig, da im großen Mischgefäß nur wenig Stärke
zum Herstellen eines Klebstoffes auf deren Basis vorliegt.
Es versteht sich jedoch, daß die Viskosität des Trägers
nach 5 Minuten zu hoch ist, um das Gemisch in der zweiten
Stufe dem Träger zuzugeben.
Beispiel II
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Bei diesem Beispiel war der Ausgangspunkt 350 l Wasser, dem
43 kg Stärke und 11,0 l 30 %iger NaOH-Lösung in Wasser
zugefügt wurde.
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Bei einer Temperatur von 20º C und einer Drehzahl von 3000
U/min in Gefäß 2 wurde nach 5 Minuten eine Viskosität von
8800 m.Pa.s erreicht, und nach 10 Minuten eine Viskosität
von 4960 m.Pa.s. Nach 15 und nach 20 Minuten betrugen die
Viskositätswerte 3000 bzw. 2350 m.Pa.s.
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Da es das Ziel war, den Träger innerhalb von 5 Minuten bei
einer Viskosität von 4000 - 6000 m.Pa.s herzustellen,
konnte dies durch Anheben der Temperatur auf 40º C erreicht
werden, bei welchem zweiten Versuch die Viskosität nach 5
Minuten 4550 m.Pa.s betrug, und nach 10, 15 bzw. 20 Minuten
3295 bzw. 2410 bzw. 1860 m.Pa.s.
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Den somit erhaltenen Trägern wurde das zweite Gemisch der
Ausgangsstoffe zugeführt, nämlich Wasser, Stärke und Borax,
sowie in Beispiel I angegeben, um ein gewünschtes
Endprodukt zu erhalten.
Beispiel III
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Dem Mischgefäß wurden 387 l Wasser, 43 kg Stärke und 11,01
l 30 %iger NaOH zugeführt. Die Rührbedingungen in den
Gefäßen 1 und 2 wurden wie bei Beispiel II eingestellt. Die
Temperatur betrug nach 5 Minuten 37,4º C, und die
Viskosität des Trägers betrug 4200 m.Pa.s.
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Nach 5 Minuten wurden 650 l Wasser, 250 kg Stärke und 3,5
kg Borax dem derart erhaltenen Träger zugeführt. Nach 5
Minuten wurde bei einer Temperatur von 27,5º C eine
Viskosität von 2280 m.Pa.s gemessen, und nach 10 Minuten
562 m.Pa.s. Der schließlich erhaltene Klebstoff mit einem
NaOH-Gehalt von 3,5 g/l hatte eine Tragkraft von 28,2.