DK149925B - Stivelsesklaebemiddel og fremgangsmaade til fremstilling deraf - Google Patents

Description

U992S

Opfindelsen angår et klæbemiddel bestående af stivelse, vand og alkali i sådanne mængdeforhold, at blandingen indeholder 10 - 40 vægtpct. stivelsetørstof og har en pH-værdi i området 8 - 13 og et gelpunkt på 52 - 75 °C. Den 5 angår også en fremgangsmåde til fremstilling af klæbemidlet.

Dette klæbemiddel er særlig velegnet til anvendelse ved fremstilling af bø-lgepap.

Bølgepap fremstilles for tiden ved en kontinuerlig proces, som indebærer flere trin. En papirbane, som er svagt fugtet, 10 ledes gennem opvarmede korrugeringsvalser. På den ene side af det opvarmede korrugerede papir, påføres der klæhemiddel på hver bølges top. Umiddelbart efter bringes en anden papirbane i kontakt med de klæbemiddelbehandlede bølger på det korrugerede papir i nærværelse af varme og tryk, hvilket 15 fører til dannelse af en stærk limsøm. Dette bølgepapprodukt kaldes i fagkredse "ensidigt" bølgepap.

En anden type bølgepap kaldes "tosidigt" bølgepap. Det "tosidige" bølgepap fremstilles ved påføring af klæbemiddel på bølgetoppene af det "ensidige" bølgepap og efterfølgende 20 påføring af en anden papirbane eller underlag på toppene. Underlaget kan f.eks. også være ensidigt bølgepap, og man kan således opbygge en hvilken som helst ønsket tykkelse bølgepap. For at undgå at ødelægge det ensidige bølgepap under denne limningsproces, må man anvende mindre varme og 25 tryk, og der stilles således større krav til det klæbemiddel, der skal anvendes her.

Det har i adskillige år været kendt, at klæbemidler indeholdende stivelse kan anvendes til fremstilling af bølgepap, hvis i det mindste- en del af stivelsen er ugelatineret, og den suspenderes i et vandigt medium. Imidlertid er ugelati-30 neret stivelse ikke selvsuspenderende i vand, idet den bundfældes i vandig blanding. I modsætning hertil suspenderes gelatineret'stivelse temmelig let i vand, og den velkendte Stein-Hall-proces udnyttede denne omstændighed ved først at gelatinere stivelse i vandigt medium og derefter iblande 35 ugelatineret stivelse, som hænger fast ved den gelatinerede stivelse og på denne måde holdes suspenderet i det vandige medium. Disse kendte klæbemidler indeholder med andre ord 149925 2 to forskellige stivelseskomponenter, hvoraf den gelatinerede virker som "bærer" for den ugelatinerede.

Fra dansk patentskrift nr. 125 428 kendes et klæbemiddel, som kun indeholder én stivelseskomponent, der er delvis 5 kvældet, d.v.s. at den kun er delvis gelatineret i så ringe grad, at der praktisk taget ikke forekommer brud på de enkelte stivelseskorn, men derimod godt kan forekomme et vist tab i kornenes dobbeltbrydning. Dette såkaldte "No-Carrier-klæbe-middel" er kendetegnet ved, at det består af delvis kvældet 10 stivelse, vand og alkali i sådanne mængdeforhold, at blandingen indeholder mellem 10 og 40 vægtpct. stivelsestørstof, og at den har en pH-værdi mellem 8 og 13, et gelpunkt mellem 57 og 72 °C og en Stein-Hall-viskositet mellem 20 og 90 sekunder.

Med disse kendte klæbemidler produceres idag bølgepap ved 15 maskinhastigheder på op til 200-250 m/min. og ved tungere kvaliteter 100-120 m/min. Disse høje maskinhastigheder kræver, ud over at klæbemidlet skal være viskøst, at det har en meget hurtig vådbinding. Yed "vådbinding" forstås den tid der går, fra klæbemidlet er påført, og til der kommer fiberoprivning 20 i det påførte underlag. Der er et stadigt ønske om at forøge maskinhastighederne ved fremstilling af bølgepap, og der konstrueres også maskiner, som kan forarbejde pappet ved større hastigheder, men den vådbinding, som kan opnås med de kendte klæbemidler, sætter i praksis græsen for produk-25 tionshastigheden af bølgepap ved de ovennævnte hastigheder.

F'ra GB patentskrift nr. 1 514 396 og US patentskrift nr.

3 912 531 kendes stivelseklæbemidler baseret på anvendelse af dyre modificerede stivelser.: medens det ifølge den foreliggende opfindelse har vist sig muligt ud fra væsentligt 30 billigere modificeret stivelse at fremstille klæbemidler som tillader endnu højere maskinhastigheder ved fremstilling af bølgepap.

GB patentskrift nr. 2 023 629 A angiver et stivelsebaseret klæbemiddel, der i det væsentlige omfatter en første portion 35 bestående af mindst ét lyophilt kolloid, en anden portion 149925 3 bestående af mindst én delvis gelatineret stivelse og en tredie portion bestående af vand. Ifølge krav 7 kan det lyophile kolloid være udvalgt blandt carboxymethylcellulose, fuldstændig gelatineret stivelse, alginater, irsk-mos-5 ekstrakter, casein, proteiner og salte af ethvert af disse kolloider. Det fremgår imidlertid af beskrivelsen side 1, linie 102-114, at opfinderen først og fremmest er interesseret i klæbemidlets rheologi og vandbindingsevne.

Det er ifølge opfindelsen fundet, at klæbemidlets vådbinding 10 er direkte afhængig af den tilførte varme, det påførte tryk og klæbemidlets gelatineringshastighed. Ved gelatineringshastigheden forstås den hastighed, hvormed klæbestoffet bringes fra sin normale viskositet ved anvendelsestemperatur op på den viskositet, der giver fiberoprivning. Da tilført 15 varme og påjført tryk på en given maskine kan betragtes som konstante, er det således klæbemidlets gelatineringshastighed, som er afgørende for vådbindingen og derigennem for produktionshastigheden af bølgepap.

I strid med den tidligere antagelse, at fuldstændig gelati-20 neret stivelse praktisk taget ikke bidrager til et klæbemiddels vådbinding, har det nu overraskende vist sig, at man ved at anvende fuldstændig gelatineret stivelse i kombination med en delvis kvældet stivelse ved en relativt høj Stein-Hall-viskositet kan opnå et klæbemiddel med en stærkt for-25 øget gelatineringshastighed og dermed forkortet vådbinding.

Desuden har det overraskende vist sig, at et sådant klæbemiddel bevarer sin flydeevne (evne til at kunne pumpes) ved højere viskositeter, end det hidtil har været muligt.

Dette opnås med klæhemidlet ifølge opfindelsen, som er 30 ejendommeligt ved, at stivelsen består af fuldstændig gelatineret stivelse og delvis kvældet stivelse i et vægtforhold på fra 0,2:100 til 2:1, idet det nævnte vægtforhold og gelatineringsgraden af den delvis kvældede stivelse er afpas- 149925 4 set således, at klæbemidlets Stein-Hall-viskositet er 50 -120 s.

Klæbemidlets gelatineringshastighed måles i et standard Brabender-viskositetsmåleapparat og angives i Brabender-5 enheder pr. minut (BU/min.). Det har vist sig, at man i de gængse klæbemidler kun kan opnå gelatineringshastigheder på op til 2000 BU/min. og ved omhyggeligt laboratoriearbejde op til 2500 BU/min. I modsætning hertil er der i klæbemidler ifølge opfindelsen opnået gelatineringshastigheder på 2400-10 10 000 BU/min., og man forventer at kunne nå op i nærheden af 15 000 BU/min.

I denne forbindelse skal det bemærkes, at de Brabender-målinger, som er angivet i det ovennævnte US patentskrift nr. 3 912 631, er en parameter for udvælgelsen af en egnet 15 modificeret voksagtig stivelsevarietet og ikke har noget at gøre med de målinger af det færdige klæbemiddels gelatineringshastighed, som foretages i den foreliggende beskrivelse.

I de to eneste eksempler i det ovennævnte GB patentskrift 20 nr. 2 023 629 A består det lyophile kolloid af en kombination af fuldstændig gelatineret stivelse med henholdsvis 10% carboxymethylcellulose og 4% hvedeprotein, og de fremstillede klæbemidler har en Stein-Hall-viskositet på 25 henholdsvis 28 s og 30 s. En efterprøvning af de to eksempler har vist, at det i eksempel 1 fremstillede klæbemiddel med en Stein-Hall-viskositet på 28 s udviser et gelpunkt på 50,2 °C og en gelatineringshastighed på 1400 BU/min., og at det i eksempel 2 fremstillede klæbemiddel med en 30 Stein-Hall-viskositet på 30 s udviser et gelpunkt på 45,8 , °C og en gelatineringshastighed på 1500 BU/min. Disse gelatineringshastigheder er langt lavere end dem, der opnås ifølge den foreliggende opfindelse, og de maskin 149325 5 hastigheder på henholdsvis 120 - 140 m/min. og 150 m/min., der angives i de to eksempler, er heller ikke imponerende.

For at opnå den stærkt forøgede gelatineringshastighed og dermed forkortede vådbinding, som er den foreliggende op-5 findelses formål, er det nødvendigt, at Stein-Hall-viskositeten er langt højere end den, der er eksemplificeret i GB patentskrift nr. 2 025 629 A, nemlig som angivet i kravene 50 - 120 s. Faktisk betyder en høj Stein-Hall-viskositet, at en mindre del af klæbemidlets gelatinering må finde 10 sted på bølgepapmaskinen, hvilket resulterer i en hurtigere vådbinding og/eller et lavere energiforbrug. Det medfører også en lavere indtrængen af klæbemidlet i papiret og nedsætter dermed forbruget af klæbemiddel og af energi til at gelatinere dette. Fagfolk anser det for muligt i praksis 15 at gå over en Stein-Hall-viskositet på omkring 80 s med et konventionelt "No-Carrier-klæbemiddel", hvis det skal bevare, tilstrækkelig flydeevne til at kunne pumpes. Derimod har det overraskende vist sig, at klæbemidlet ifølge opfindelsen kan bevare tilstrækkelig flydeevne ved Stein-Hall-20 viskositeter op til omkring 120 s.

Klæbemidlet ifølge opfindelsen kan fremstilles ved at sætte et pulver af fuldstændig gelatineret stivelse til et i forvejen fremstillet énkomponent-klæbemiddel indeholdende delvis kvældet stivelse og dispergere pulveret grundigt, ind-25 til der er dannet en homogen blanding. Pulveret tilsættes i sådanne mængder, at der fås et samlet indhold af stivelsetørstof på 10 - 40 vægtpct. og et vægtforhold mellem fuldstændig gelatineret og delvis kvældet stivelse på fra 0,2:100 til 2:1.

30 Med særlig fordel kan klæbemidlet fremstilles ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, som er ejendommelig ved, (a) at fuldstændig gelatineret stivelse, ugelatineret stivelse og vand blandes i sådanne mængder, at blandingen ialt indeholder 10 - 40 vægtpct. stivelsetørstof i et vægtfor- 149925 6 hold mellem fuldstændig gelatineret stivelse og ugelatine-ret stivelse på fra 0,2:100 til 2:1, pH-værdien indstilles til 8 - 13, og blandingens temperatur holdes i området 20 -75 °C, indtil den har nået en Stein-Hall-viskositet på 55 -5 130 sekunder, (b) hvorpå kvældningsreaktionen afbrydes ved tilsætning af en reaktionsinhibitor i en sådan mængde, at den endelige blanding får et gelpunkt på 52 - 75 °C og en Stein-Hall-viskositet på 50 - 120 sekunder.

10 Mest fordelagtigt fremstilles den fuldstændig gelatinerede stivelse in situ ved, at en blanding af ugelatineret stivelse og vand indeholdende 0,02 - 25 vægtpct. stivelse holdes ved en temperatur i området 20 - 100 °C, eventuelt i nærvær af syre eller base, indtil stivelsen er fuldstændig 15 gelatineret.

Denne fremgangsmåde indebærer den fordel, at der kun anvendes ét udgangsmateriale, nemlig ugelatineret stivelse, således at det ikke er nødvendigt med separate tanke for hver komponent. Desuden sikres en fuldstændig homogen dis-20 pergering af begge komponenter i blandingen.

Den sidstnævnte fordel opnås også, hvis den fuldstændig gelatinerede stivelse tilsættes i form af et fuldstændig gelatineret stivelsespulver.

Klæbemidlet ifølge opfindelsen kan på kendt måde tilsættes 25 "tackifier" {klæbehastighedsforøger) og/eller konserverings middel. Denne tilsætning kan foregå på et hvilket som helst trin af fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Den anvendte stivelsestype er i de efterfølgende eksempler majsstivelse, men hvedestivelse, kartoffelstivelse, tapioca-30 stivelse og lignende stivelsestyper er lige så velegnede.

Disse stivelsestyper kan være umodificeret eller kemisk modificeret, f.eks. oxideret, syremodificeret, enzymmodificeret eller kemisk derivatiseret, d.v.s. stivelseethere 149925 7 og -estere.

Som reaktionsinhibitor i trin (b) kan i virkeligheden anvendes enhver tilsætning eller ændring, som bevirker at reaktionsblandingens egenskaber falder uden for dem, der kræves til kvældning af stivelsen. I denne henseende har 5 det vist sig særlig effektivt, at reaktionsafbryderen er borax, alun, et andet surt materiale, koldt vand eller is.

I de følgende udførelseseksempler måles Stein-Hall-viskositeten i et standard Stein-Hall-bæger ved 38-43’ °C, og de fundne viskositeter angives i sekunder. Et Stein-Hall-bæger 10 er et viskositetsmåleapparat, hvori man måler den tid, det tager for 100 ml klæbemiddel at passere mellem to tappe gennem en smal åbning. Destilleret vand ved stuetemperatur passerer mellem de to tappe på 15 sekunder.

Som før nævnt måles gelatineringshastigheden i et standard 15 Brabender-viskositetsmåleapparat, og de fundne gelatineringshastigheder angives i BU/min. I et Brabender-apparat måles viskositeten som funktion af temperaturen og/eller tiden. De opnåede viskositetsangivelser svarer ikke til nogen anden form for viskositetsangivelser.

20 Den anvendte base er i eksemplerne natriumhydroxid, men kaliumhydroxid eller andre basiske materialer er lige så velegnede.

Opfindelsen belyses nærmere ved de følgende eksempler.

EKSEMPEL 1;

En blanding af 15 g umodificeret majsstivelse og 160 ml vand opvarmes til 95'°C.Efter 10 min. er stivelsen fuld-25 stændig gelatineret, og der tilsættes 480 ml koldt vand, og 205 g umodificeret majsstivelse.

Til denne opslæmning sættes 4 g. NaOH i 40 ml vand ved 25 °C.

Denne blanding omrøres, og man lader den reagere i 15 min., hvorefter der tilsættes 3 g borsyre, og blandingen røres 30 færdig i 15 min. Det fremkomne klæbemiddel har en Stein-Hall-viskositet på 50 s, et gelpunkt på 65 °C, en pH-værdi på 11,9 og en gelatineringshastighed på 3400 BU/min.

8

14992S

EKSEMPEL 2;

Dette eksempel illustrerer anvendelsen af et fuldstændig gelatineret majsstivelsespulver.

En blanding af 5 g fuldstændig gelatineret majsstivelse og 95 g umodificeret majsstivelse blandes med 310 g vand 5 ved en temperatur på 38 °C.

' Til denne opslæmning sættes 60 g vand indeholdende 3 g NaOH ved en temperatur på 54 °C. Denne blanding omrøres, og man lader den reagere i ca. 15 min., hvorefter der tilsættes 2 g borsyre, og blandingen omrøres i 15 min. Det 10 fremkomne klæbemiddel har en Stein-Hall-viskositet på 52 s, et gelpunkt på 62°C,og en gelatineringshastighed på 4200 BU/min.

Det fremstillede klæbemiddel blev anvendt til fremstilling af et bølgepap bestående af 150 g/m liner / 112 g/m fluting / 110 g/m^ testliner / 112 g/m^ fluting / 150 g/m^ 15 liner, og maskinhastigheden kunne forøges med 69% i sammenligning med et konventionelt "No^-Carrier-klæbemiddel" med et gelpunkt på 58 °0 og en gelatineringshastighed på 1800 BU/min.

EKSEMPEL 3:

Dette eksempel illustrerer anvendelsen af konserveringsmiddel og tackifier sammen med den fuldstændig gelatine-20 rede stivelse.

En blanding af 73 ml vand, 0,5 g 37% formalin, 0:,.5 g borsyre og 7 g majsstivelse opvarmes til 95 C. Efter 10 min. er stivelsen fuldstændig gelatineret, og der tilsættes 218 ml koldt vand og 93 g majsstivelse.

25 Til denne opslæmning sættes 2 g NaOH i 160 ml vand ved 25 °C.Denne blanding omrøres, og man lader den reagere i 15 min., hvor'efter der tilsættes 1 g borsyre, og blandingen røres færdig i 15 min. Det fremkomne klæbemiddel har en o

Stein-Hall-viskositet på 60 s, et gelpunkt på 66 30 pH-værdi på 12 og en gelatineringshastighed på 3000 BU/min.

9 149926

Det fremstillede klæbemiddel blev anvendt til fremstil-ling af et bølgepap bestående af 175 g/m liner / 127 g/m fluting / 127 g/m2 fluting / 127 g/m2 fluting / 175 g/m2 liner, og maskinhastigheden kunne forøges med 38% i sammen-5 ligning med et konventionelt "No-Carrier-klæbemiddel,r med et gelpunkt på 57 °C og en gelatineringshastighed på 1600 BU/min.

EKSEMPEL 4;

Dette eksempel viser tilsætning af fuldstændig gelatineret stivelse sidst i processen.

En blanding af 100 g umodificeret majsstivelse og 310 ml 10 vand ved 40 °Ctilsættes 2,9 g NaOH i 60 ml vand ved 52 °C.

Denne blanding omrøres, og man lader den reagere i 30 min., hvorefter der tilsættes 1,7 g borsyre, 0,7 g formalin og 2,5 g fuldstændig gelatineret majsstivelse, og blandingen røres færdig i 20 min. Det fremkomne klæbemiddel har en 15 Stein-Hall-viskositet på 60 s, et gelpunkt på 63 °C, en pH-værdi på 12,2 og en gelatineringshastighed på 4600 BU/min.

EKSEMPEL 5:

Dette eksempel viser fremstilling af et klæbemiddel med højt gelpunkt.

En blanding af 0,5 g fuldstændig gelatineret majsstivelse og 100 g umodificeret majsstivelse blandes med 310 ml vand 20 ved en temperatur på 39 C.

Til denne opslæmning sættes 60 g vand indeholdende 2,9 g NaOH ved en temperatur på 55 °C.Denne blanding omrøres, og man lader den reagere i 20 min., hvorefter der tilsættes 1,7 g borsyre, 0,7 g formalin, 14,-5 g fuldstændig gelatine-25 ret majsstivelse og 5,6 g citronsyre, og blandingen røres færdig i 30 min. Det fremkomne klæbemiddel har en Stein-Hall-viskositet på 85 s, et gelpunkt på 75 °'C °S en gelatineringshastighed på 3900 BU/min.

EKSEMPEL 6: 30 Dette eksempel viser anvendelsen af en modificeret stivelse.

149925 ίο ' >

En blanding af 15 g stærkt oxideret majsstivelse og 160 ml vand opvarmes til 95 °C. Efter 10 min. er stivelsen fuldstændig gelatineret, og der tilsættes 480 ml koldt vand og 205 g modificeret majsstivelse.

5 Til denne opslæmning sættes 4,5 g NaOH i 40 ml vand ved 25 °C.Denne blanding omrøres og man lader den reagere i 25 min., hvorefter der tilsættes 5 g borsyre og blandingen røres færdig i 30 min. Det fremkomne klæbemiddel har en Stein-Hall-viskositet på 62 s, et gelpunkt på 62 °C, en 10. pH-værdi på 12 og en gelatineringshastighed på 3300 BU/min.

EKSEMPEL 7:

Dette eksempel illustrerer fremstilling af et klæbemiddel med lavt gelpunkt.

En blanding af 15 g fuldstændig gelatineret majsstivelse og 160 ml vand ved en temperatur på 20' tilsættes 480 ml 15 vand ved 46 °Dog 205 g modificeret majsstivelse.

Til denne opslæmning sættes 4 5 g NaOH i 40 ml vand ved

Or* 30 C.penne blanding reagerer i 10 min., hvorefter der tilsættes 3 g borsyre, og blandingen røres færdig i 20 min.

Det fremkomne klæbemiddel har en Stein-Hall-viskositet på 20 70 s, et gelpunkt på 55 °C, en pH-veer di på 12,2 og en gela tineringshastighed på 2400 BU/min.

EKSEMPEL 8:

Dette eksempel illustrerer fremstilling af en blanding med særlig høj gelatineringshastighed.

En blanding af 100 g modificeret majsstivelse og 310 ml 25 vand ved 38 % tilsættes 2,9 g NaOH i 60 ml vand ved 55 °C.

Denne blanding omrøres, og man lader den reagere i 20 min., hvorefter der tilsættes 1,7 g borsyre, 0,7 g formalin, 5 g fuldstændig gelatineret majsstivelse og 4,3 g citronsyre, og blandingen røres færdig i 25 min. Det fremkomne klæbe-30 middel har en Stein-Hall-viskositet på 51 s, et gelpunkt på 75 C, en pH-værdi på 11,9 og en gelatineringshastighed på 7100 BU/min.

149925 11

Eksempel 9:

En blanding af 0,2 g fuldstændig gelatineret majsstxvelse og 100 g umodificeret majsstivelse blandes med 400 g vand ved en temperatur på 45 °C.

5 Til denne opslæmning sættes 60 g vand indeholdende 2 g NaOH ved en temperatur på 65 °C. Denne blanding omrøres og man lader den reagere i ca. 20 min., hvorefter der tilsættes 1,8 g borsyre, og blandingen omrøres i 15 min.

Det fremkomne klæbemiddel har en Stein-Hall-viskositet på 10 75 s, et gelpunkt på 70 °C, en pH-værdi på 10,2 og en gela tineringshastighed på 2600 BU/min.

EKSEMPEL 10:

En opslæmning af 30 g umodificeret majsstivelse og 93 g vand ved en temperatur på 40 °C tilsættes 18 g vand inde-15 holdende 0,9 g NaOH ved en temperatur på 60 °C. Denne blanding omrøres, og man lader den reagere i 10 min., hvorefter der tilsættes 0,5 g borsyre, og blandingen omrøres i 10 min. Til denne blanding sættes 610 g vand ved en temperatur på 30 °C, 1 g citronsyre og 60 g fuldstændig gelati-20 neret majsstivelse. Det fremkomne klæbemiddel har en Stein-Hall-viskositet på 120 s, et gelpunkt på 71 °C, en pH-værdi på 8,4, og en gelatineringshastighed på 2500 BU/min.

Claims (3)

149925

1. Klæbemiddel bestående af stivelse, vand og alkali i sådanne mængdeforhold, at blandingen indeholder 10-40 vægtpct. stivelsetørstof og har en pH-værdi i området 5 8-13 og et gelpunkt på 52-75 °C, kendetegnet ved, at stivelsen består af fuldstændigt gelatineret stivelse og delvis kvældet stivelse i et vægtforhold på fra 0,2:100 til 2:1, idet det nævnte vægtforhold og gelatineringsgraden af den delvis kvældede stivelse 10 er afpasset således, at klæbemidlets Stein-Hall-viskositet er 50-120 sekunder.

2. Klæbemiddel ifølge krav 1, kendetegnet ved, at stivelsen er umodificeret majsstivelse, og at vægtforholdet mellem fuldstændigt gelatineret stivelse 15 og delvis kvældet stivelse er fra 0,5:100 til 1:1.

3. Fremgangsmåde til fremstilling af et klæbemiddel ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, (a) at fuldstændig gelatineret stivelse, ugelatineret stivelse og vand blandes i sådanne mængder, at blandingen 20 ialt indeholder 10-40 vægtpct. stivelsetørstof i et vægtforhold mellem fuldstændig gelatineret stivelse og ugelatineret stivelse på fra 0,2:100 til 2:1, pH-vær-dien indstilles til 8-13, og blandingens temperatur holdes i området 20-75 °C, indtil den har nået en Stein-25 Hall-viskositet på 55-130 sekunder, (b) hvorpå kvældningsreaktionen afbrydes ved tilsætning af en reaktionsinhibitor i en sådan mængde, at