EP3092339A1 - Verwendung von zirkonium-haltigen additivzusammensetzungen - Google Patents

Verwendung von zirkonium-haltigen additivzusammensetzungen

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Publication number
EP3092339A1
EP3092339A1 EP15700127.2A EP15700127A EP3092339A1 EP 3092339 A1 EP3092339 A1 EP 3092339A1 EP 15700127 A EP15700127 A EP 15700127A EP 3092339 A1 EP3092339 A1 EP 3092339A1
Authority
EP
European Patent Office
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acid
starch
additive composition
mixtures
range
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15700127.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rongbiao WANG
Jochen Stein
Rudolf Lunkenheimer
Michael Neumann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kurita Water Industries Ltd
Original Assignee
Kurita Water Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Kurita Water Industries Ltd filed Critical Kurita Water Industries Ltd
Priority to EP15700127.2A priority Critical patent/EP3092339A1/de
Publication of EP3092339A1 publication Critical patent/EP3092339A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • D21H19/54Starch
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    • D21H21/16Sizing or water-repelling agents

Definitions

  • the present invention relates to the use of zirconium-containing additive compositions in starch size and to the use of such starchy starch sizes for the manufacture of paper, cardboard, corrugated cardboard and paper tubes.
  • Starch pastes also called starch pastes, are known in the art as aqueous adhesive compositions of starch and / or starch derivatives and optionally dextrins and other additives. Starch, starch derivatives and dextrins are cheap, readily available and renewable raw materials. For paper products and other porous substrates, starch adhesives play an important role as adhesives in many industrial applications, especially in the packaging industry. In paper processing starch adhesives are used for the bonding of finished paper products, such as for the production of corrugated board or cardboard cores. In particular, a requirement for starch glue is a high initial tack (also called tack), i.
  • tack initial tack
  • starch glues Another requirement for starch glues is long processability of starch glue, also expressed as long-term stability of starch glue, that is to say over a period as long as possible no thickening or viscosity increase of the starch glue occurs and a consistent and reproducible quality of the starch glue is given.
  • starch glue may be cooked until a gelatinization reaction occurs; It is also possible to use specially modified, cold-water-soluble starch derivatives.
  • starch glues Another way to make starch glues is the Stein-Hall process, in which a small amount of starch is gelatinized to a high viscosity paste. This high viscosity paste is called primary starch or carrier starch. The remaining, larger amount of starch is present as water-suspended, undigested starch granules as so-called secondary starch.
  • secondary starch the secondary starch with the undigested starch granules is suspended in the high-viscosity primary starch.
  • borax and alkali are added to increase viscosity and tack and lower the secondary starch gelatinization temperature.
  • the mode of operation of this two-phase Steinhall concept implies that the secondary starch only gelifies under the influence of temperature in the further processing process.
  • the temperature of heated rolls of a processing machine is transferred to paper layers and thus also to the starch glue and the secondary thickness between the paper layers and a strong bond is formed between the paper layers.
  • the corrugated board sector is also known as the Minocar process or the no-carrier process.
  • starch glues contain additives for controlling the rheological properties and the initial adhesive strength, as well as alkali solution for adjusting the gel point.
  • the additives used are mainly borax in powder form or water-soluble and dispersed boric acid salts.
  • starch glues The problem with starch glues is the reorganization of the starch molecules, also known as retorogradation.
  • network structures develop which increase the viscosity, which can severely impair or even make impossible the processing of starch glue.
  • starch gels with a tendency to rapid retradation do not have long-term stability.
  • Starch pastes as starch-based adhesives are required in the manufacture of corrugated cardboard.
  • Corrugated board is a glued lightweight construction made of paper, in which the type of adhesive and the quality of the bond significantly affect the quality and stability of the corrugated board produced.
  • the starch glue has the task of bonding the smooth base paper webs firmly to the corrugated wave webs.
  • corrugated board is produced in a process in which a paper sheet is first corrugated between warmed corrugated rolls to form a corrugated web, then starch paste is applied to the corrugation webs on one side and the corrugated web is glued to a flat paper web Resulting product from a flat base paper web with glued shaft is known as "single-sided pasted" corrugated board.
  • a shaft is arranged between two paper webs and in the case of "two- or" three-wave "corrugated cardboard, two or three corrugated webs are arranged between flat raw paper webs.
  • the starch glue forms a fast bond between the paper surfaces. It is therefore very important that parameters such as viscosity, water retention and internal cohesion sion of the starch glue are ideally matched to allow easy application of the adhesive, even at high processing speeds, rapid bonding and a corresponding quality of the bond.
  • the rapid gelatinization and bonding is supported on the one hand by a high application temperature and on the other by the influence of alkali such as NaOH and by boron compounds such as borax or ethanolamine salts of boric acid (Prodac®, Ziegler & Co. GmbH) in the adhesive composition.
  • Borax and Boric Acid are controversial raw materials that the corrugated board industry or manufacturers of tubes would like to replace because of their reproductive toxicity properties "Reproductive Toxicity (FD) 18" Borax and Boric Acid have been on the list of candidates of the European Chemical Agency (ECHA) since 2010 as SVHC Recently, adhesive producers and processors have limited their use to around 7% Borax.
  • JP 2004-002656A describes a starch paste for corrugated board which, in addition to starch and starch swelling agents, contains water-soluble aluminum, and / or zirconium and / or titanium compounds for improving the bond strength.
  • water-soluble metal compounds are only of limited use or only effective in very high concentrations, which severely restricts their use from an economic point of view.
  • acidic aluminum salts such as aluminum nitrates, sulfates or chlorides can not be used for the processes mentioned, such as Stein-Hall, Minocar or no-carrier.
  • Basic aluminum compounds such as, for example, sodium aluminate do not give the necessary parameters, for example with regard to gelling point, viscosity increase, stability of the viscosity or the initial adhesive strength of the starch glue.
  • An increase in the tack is only slightly pronounced for zirconium salts such as ammonium zirconium carbonate; a use of zirconium salts in corn starch is not recommended.
  • JP2005-22601 1A describes a starch-based adhesive for corrugating, the thickener (coagulant) such as polymers with low cationic activity, low anionic charged polymers or nonionic polymers and thickening aids such as aluminate or silicate and crosslinking agents for starch such as epoxy resins , Ammonium zirconium carbonate or formaldehyde resins.
  • JP2008024876A discloses an adhesive for corrugated board containing ungelled starch, polyvinyl alcohol having a saponification number of 70% to 100%, a water-soluble metal component selected from the group of water-soluble aluminum, titanium and zirconium compounds and an alkaline component.
  • a polymer to produce a suitable starch glue.
  • polyvinyl alcohol is an expensive raw material and thus its use is questionable from an economic point of view, especially since its concentration with respect to non-gelled starch is very high at least 5%.
  • the additive composition should be toxicologically harmless.
  • the present invention is therefore based on the object to provide an additive for starch glue, in which the aforementioned disadvantages are avoided.
  • the additive composition should not be toxic and impart a high initial tack to a starch glue.
  • Such an additized starch glue should allow a firm permanent connection of paper surfaces and improve the quality of the bond.
  • such an additized starch glue should be stable and processable over a long period of time.
  • a zirconium-containing additive composition defined below. It is advantageous that the additive composition according to the invention requires no boron salts and is not toxic to the environment. Another advantage is the high initial adhesive strength of a starch glue, which contains the additive composition of the invention, which allows a fast and safe processing in bonding paper, cardboard, cardboard, corrugated and paper tube products. In addition, a starch glue containing the additive composition according to the invention is stable over a long period of time and exhibits no or only a slight change in viscosity during this period, which allows a large time window during processing.
  • the invention therefore relates to the use of an additive composition in the form of an aqueous solution or dispersion having a solids content in the range of 5 to 75 wt .-%, based on the total weight of the additive composition, obtainable by a process comprising mixing the components a) and b) in an aqueous medium, wherein a) is selected from sodium zirconium carbonate, potassium zirconium carbonate, ammonium zirconium carbonate and mixtures thereof, b) is selected from at least one ortho-phosphate, at least one condensed phosphate, their acids and mixtures, as an additive for starch.
  • the invention also provides the use of the additive composition in solid form, in particular in the form of a powder of the additive composition, as an additive in starch glue.
  • the invention also provides a process for preparing an additive composition in the form of an aqueous solution or dispersion having a solids content in the range from 5 to 75% by weight, based on the total weight of the additive composition, obtainable by a process comprising mixing at least one constituent a) having at least one constituent b) in an aqueous medium, the constituent a) being selected from sodium zirconium carbonate, potassium zirconium carbonate, ammonium zirconium carbonate and mixtures thereof,
  • the invention also provides a process for the preparation of an additive composition in solid form which comprises mixing at least one constituent a) with at least one constituent b) in an aqueous medium,
  • constituent a) being selected from sodium zirconium carbonate, potassium zirconium carbonate, ammonium zirconium carbonate and mixtures thereof,
  • the component b) is selected from at least one orthophosphate, at least one condensed phosphate, their acids and mixtures and drying of the aqueous additive composition.
  • the invention further provides a process for preparing a solid-state additive composition comprising mixing at least one solid component a) selected from sodium zirconium carbonate, potassium zirconium carbonate, ammonium zirconium carbonate and mixtures thereof with a solid component b) selected from at least one orthophosphate, at least one condensed phosphate, its acids and mixtures.
  • the invention also provides the solid additive compositions obtainable by this process.
  • the invention furthermore relates to a polysaccharide composition, in particular a solid polysaccharide composition which is suitable for the preparation of starch glue and which contains at least one polysaccharide constituent customary for starch, chosen from starch, starch derivative, dextrin and mixtures thereof, and an additive composition according to the invention containing at least one orthophosphate.
  • Another object of the invention is the use of such a polysaccharide composition for the production of starch glue.
  • Another object of the invention is the use of such a polysaccharide composition for the production of paper, cardboard, cardboard, corrugated cardboard, paper tubes.
  • Another object of the invention is a starch glue containing a polysaccharide composition according to the invention.
  • Another object of the invention is the use of a starch granule according to the invention, containing the additive composition according to the invention, for the production of paper, cardboard, cardboard, corrugated cardboard and paper sleeves.
  • the additive composition used according to the invention has the following advantages: a high initial tack of a starch glue containing the additive composition according to the invention, which enables rapid and reliable processing in the bonding of paper products, for example for the production of corrugated cardboard or cardboard sleeves,
  • a high stability of the starch glue containing the additive composition according to the invention i. the starch glue has a large temporal processing time window and shows no or only a slight change in viscosity in a period of time necessary for the processing of the starch glue,
  • the inventive additive composition is very user-friendly as an aqueous one-component system, easy to handle and not expensive to dose,
  • the additive composition according to the invention is not toxic to the environment.
  • the additive composition according to the invention contains no toxic substances or substances which are listed in the candidate list of ECHA.
  • the additive composition according to the invention can be produced cost-effectively from commercially available raw materials.
  • a preferred embodiment of the invention is a starch glue containing such an additive composition, wherein the total amount of constituent a), calculated as ZrO 2 content and constituent b), calculated as pure substance, to the polysaccharide constituents of the starch pellet in the range of 0, 0002 to 0.05, preferably in the range of 0.0005 to 0.04, particularly preferably in the range of 0.001 to 0.02.
  • such a starch glue contains the aqueous additive composition in an amount in the range of 0.7 to 4% by weight, based on the starch portion of the starch glue, as a commodity.
  • the starch glue contains a polysaccharide composition which is additized according to the invention, the total amount of constituent a), calculated as ZrC.sup. 2 content, and constituent b), calculated as pure substance, relative to the polysaccharide constituents of the starch granule in the range of 0, 0002 to 0.05, preferably in the range of 0.0005 to 0.04, particularly preferably in the range of 0.001 to 0.02.
  • starch glue is understood to mean an at least partially gelatinized adhesive containing a polysaccharide constituent.
  • solids content is understood to mean the drying of an approximately 1 g sample at 105 ° C. for 2 hours according to DIN EN ISO 787-2.
  • the weighted solid is given in weight percent to the weighted sample.
  • zirconium carbonate is understood as meaning sodium, potassium and ammonium zirconium carbonate and mixtures thereof.
  • sodium zirconium carbonate and potassium zirconium carbonate are to be understood as meaning the compounds themselves, but also their aqueous solutions and aqueous dispersions. These substances are described, for example, in the literature under A. Veinland et al., Helv. Chim. Acta, 83, 414, (2000).
  • Ortho-phosphates are salts of (ortho) phosphoric acid H3PO4.
  • ortho-phosphates include both primary phosphates, which are also known as dihydrogen phosphate and in which the anion is present as H2PO4, "secondary phosphates, which are also referred to as hydrogenphosphates and in which the phosphate as HPO4 2 "anion present, and also tertiary phosphates where the phosphate as PO4 3" anion present.
  • the ortho-phosphates especially the alkali metal phosphates, Alkalimetallhydrogen- are phosphates, alkali, Alkalimetallammoniumhydrogenphos- phate, ammonium hydrogen phosphate and ammonium dihydrogen phosphate to call.
  • condensed phosphates are understood as meaning phosphates which can be derived by condensation, for example by vigorous heating of acidic salts of orthophosphoric acid.
  • examples include metaphosphates with the general empirical formula (M'P03) n, diphosphates and higher polyphosphates with the general empirical formula M PnOsn + i or
  • the condensed phosphates also include the acidic salts with the preferred cations of sodium, potassium and ammonium.
  • the term "condensed phosphate” also includes the free acids of the condensed phosphates, which are generally not preferred because of their poor availability.
  • mixing in an aqueous medium the mixing of two aqueous components, the mixing of a solid component and an aqueous component and the mixing of two solid components in an aqueous medium.
  • the concentration of zirconium in the additive composition is in the range from 0.1 to 30% by weight, preferably in the range from 0.2 to 20% by weight, based on the total weight the additive composition.
  • the pH of the aqueous solution or dispersion is greater than pH 6, preferably greater than pH 8, in particular the aqueous solution or dispersion containing the composition has a pH in the range of> pH 6 to pH 14 and especially in the range of> pH 8 to 13.
  • the component b) is selected from: ortho-phosphates, such as the abovementioned salts of the formulas M3PO4, M2HPO4 and MH2PO4, where M is sodium, potassium or ammonium and also the hydrates of the compounds and mixtures thereof, diphosphates, oligophosphates, Polyphosphates and their acids, in particular sodium, potassium or ammonium salts of diphosphates, triphosphates, tetraphosphates, pentaphosphates, hexaphosphates and higher oligo- and polyphosphates having an average of> 6 to 100 P atoms, such as sodium tripolyphosphate, potassium tripolyphosphate, ammonium tripolyphosphate , Sodium hexametaphosphate, potassium hexametaphosphate or ammonium hexametaphosphate, as well as metaphosphates, especially sodium, potassium or ammonium trimetaphosphates, trisodium trimetaphosphate,
  • M is
  • Preferred constituents b) are orthophosphates and mixtures thereof with one or more condensed phosphates. Further preferred constituents b) are polyphosphates having 2 or 3 P atoms and metaphosphates having 3 P atoms, in particular their sodium and potassium salts. According to a particularly preferred embodiment, the composition according to the invention contains at least one ortho-phosphate, in particular exactly one orthophosphate, which is preferably selected from compounds of the formula M3PO4, M2HPO4 and MH2PO4, where M is sodium, potassium or ammonium.
  • component b) consists of one or more of the abovementioned orthophosphates, in particular of one of the abovementioned ortho-phosphates.
  • the additive composition comprises as another component c) at least one hydroxycarboxylic acid, for example tartaric acid, malic acid, lactic acid, glycolic acid, gluconic acid, citric acid, and / or salts of the at least one hydroxycarboxylic acid, in particular sodium salts, potassium salts, ammonium salts, mixtures of the abovementioned hydroxycarboxylic acid - re (n) and its salt (s).
  • the component c) is tartaric acid or a salt of tartaric acid.
  • the additive composition comprises as a further component d) at least one of amino acids and hydroxycarboxylic acids other than di- or polycarboxylic acid, especially oxalic acid, maleic acid, malonic acid, succinic acid, itaconic acid and / or salts of at least one di- or polycarboxylic acid, in particular Sodium salts, potassium salts, ammonium salts, mixtures of the aforementioned carboxylic acid (s) and / or their salt (s).
  • the additive composition comprises as a further component e) at least one amino acid, in particular glycine, glutamic acid, glutamine, aspartic acid, asparagine, ethylenediaminetetraacetic acid
  • EDTA iminodisuccinate
  • N, N-bis (carboxymethyl) -L-glutamate N, N-bis (carboxymethyl) -alanine sodium salt
  • N, N-bis (2-hydroxyethyl) glycine and / or salts of the at least one amino acid , in particular sodium salts, potassium salts, ammonium salts, mixtures of the abovementioned amino acid (s) and / or their salt (s).
  • the additive composition comprises as a further component f) at least one phosphonic acid, in particular phosphonic acid, 1-hydroxyethane-1, 1-diphosphonic acid, amino-tris (methylenephosphonic acid), 2-phosphonobutane-1, 2,4 tricarboxylic acid (PBTC), diethylenetriaminepenta- (methylenephosphonic acid) (DTPMP), and / or salts of the at least one phosphonic acid, in particular sodium salts, potassium salts, ammonium salts, mixtures of the abovementioned phosphonic acid (s) and / or salt (s) thereof.
  • phosphonic acid in particular phosphonic acid, 1-hydroxyethane-1, 1-diphosphonic acid, amino-tris (methylenephosphonic acid), 2-phosphonobutane-1, 2,4 tricarboxylic acid (PBTC), diethylenetriaminepenta- (methylenephosphonic acid) (DTPMP), and / or salts of the at least one phosphonic acid, in particular sodium salts,
  • the additive composition comprises as a further component g) at least one polyol, in particular ethylene glycol, glycerol, sorbitol, inositol, mono- or disaccharides, such as glucose or sucrose, mixtures thereof.
  • the additive composition comprises as a further constituent h) at least one alkanolamine, in particular monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, mixtures thereof.
  • the additive composition comprises as a further component i) at least one aluminate, in particular sodium aluminate, potassium aluminate, mixtures thereof.
  • aluminates are understood as meaning compounds of the general formula MAI (OH) 4, where M is sodium or potassium.
  • Sodium and potassium aluminates are commercially available with sodium or potassium hydroxide in excess for stability.
  • the aluminates may contain an additional stabilizer, e.g. one or more substances of components c), e) and / or g), e.g. Sorbitol, gluconic acid or tartaric acid.
  • the molar ratio of Na / Al in a commercial sodium aluminate solution is e.g. up to 1, 7, in a commercial sodium aluminate powder at up to 1.3.
  • Aluminates with higher molar ratios of alkali metal to aluminum can also be used for the additive composition according to the invention.
  • the molar ratio of the aluminate, calculated as AbC content, to zirconium, calculated as ZrO 2 content in the range of 0 to 10 or 0.1 to 10, preferably in the range of 0 to 5 or 0.2 to 5, particularly preferably in the range of 0 to 1 or 0.3 to 1.
  • the additive comprises at least one of the further constituents c) to i) or a combination of the further constituents c) to 0-
  • the additive composition is the weight ratio of one or more of the further components c) to h), calculated as pure substance, to zirconium, calculated as ZrO 2 content, in the range from 0 to 10 or 0.1 to 10, preferably in the range of 0 to 5 or 0.2 to 5, particularly preferably in the range of 0 to 3 or 0.3 to 3.
  • Preference is given above all to substances c) to h) which act as ligands of constituent a).
  • ligands are understood as meaning those substances which are suitable for forming a complex or a coordination compound with the zirconium.
  • the complexes may have one or more ligands and one or more central atoms. These complexes may have the same or different ligands.
  • the aforementioned substances may be bound as monodentate or multidentate ligands, with multidentate ligands being preferred.
  • the denticity is the number of possible bonds.
  • the ligands are preferably selected from hydroxycarboxylic acids, carboxylic acids, amino acids, phosphonic acids, alkanolamines, salts of said acids, salts of said amines, polyols, mixtures thereof.
  • the additive composition is an aqueous solution obtainable by mixing an aqueous solution of potassium zirconium carbonate with sodium trimetaphosphate and / or potassium trimetaphosphate.
  • the additive composition is an aqueous solution obtainable by mixing an aqueous solution of potassium zirconium carbonate with sodium tripolyphosphate and / or potassium tripolyphosphate.
  • the additive composition is an aqueous solution obtainable by mixing an aqueous solution of potassium zirconium carbonate with a sodium and / or a potassium orthophosphate.
  • components c) to h) are ligands selected from citric acid, glycine, DTPMP, EDTA, oxalic acid, sorbitol, PBTC, tartaric acid.
  • the additive composition is in solid form, in particular in the form of a powder obtainable by drying an aqueous additive composition.
  • the additive composition is in solid form, in particular in the form of a powder.
  • solid additive compositions obtainable by mixing solid potassium zirconium carbonate with at least one orthophosphate selected from sodium phosphate and potassium phosphate or by drying an aqueous solution containing leh is by mixing an aqueous solution of potassium zirconium carbonate with a sodium and / or a potassium orthophosphate.
  • Preferred embodiments of the invention also relate to solid, polysaccharide-containing compositions which have at least one additive composition according to the invention in solid form or in aqueous form.
  • these compositions contain at least one polysaccharide constituent customary for the preparation of starch glues.
  • Suitable polysaccharide ingredients are primarily native starch and modified starches, including partial starch hydrolysates such as dextrins.
  • Suitable native starches are above all starches from wheat, corn, potato, tapioca, rice or peas, including so-called wax starches such as waxy maize starch (Waxy Maize) or Potato Amylopectin®.
  • starch glues are carried out in particular analogously to the aforementioned, known in the prior art method.
  • starch and / or starch derivatives may be cooked until a gelatinization reaction occurs; It is also possible to use specially modified, cold-water-soluble starch derivatives or to use the Stein-Hall process.
  • Other known processes for the preparation of starch glues are also the Minocar process or the no-carrier process.
  • the addition of the additive composition according to the invention can for example be added to the starch glue.
  • Another possibility is the addition of the additive composition of the invention to starch and / or starch derivatives and / or dextrins with a subsequent production of a starch glue.
  • the starch glues according to the invention can be used in a manner known per se in the production of paper-containing products, such as paper, cardboard, cardboard, corrugated cardboard and paper sleeves for bonding.
  • paper-containing products such as paper, cardboard, cardboard, corrugated cardboard and paper sleeves for bonding.
  • a strong bond is formed between the paper layers and stable paper-based products are produced.
  • the starch gels according to the invention are therefore particularly suitable for the production of corrugated board and paper tubes.
  • the starch used is derived for example from wheat, maize, waxy maize, potato, potato amylopectin, tapioca, rice or peas, which is used as such unmodified or may be chemically or enzymatically or physically modified by the well-known methods.
  • the starch glue was produced on the basis of the Stein-Hall method from a mixture of a gelatinized starch, the so-called primary starch, and a unverkleisterten, so-called secondary starch.
  • the gelatinization of the primary starch was carried out in a Dispermat the company VMA Getzmann with a dissolver disk of 6.5 cm diameter.
  • the water was heated Stadtwasserl or a mixture of Stadtwasserl and hot water (pH of the process water: 6.9, conductivity of the process water: 3.6 mS / cm) presented in a 1 L stainless steel container.
  • the primary starch was stirred in and gelatinized after addition of the amount of sodium hydroxide solution indicated in Table 1 at the speed indicated, at the indicated temperature and for the specified time.
  • the secondary starch was stirred in without lump formation, the additive composition according to the invention was metered in and the mixture was stirred at the indicated speed of rotation over the period indicated
  • Tab. 1 Information on the production of starch pastes SL-1 to SL-10.
  • Table 2 shows compositions for the additive composition according to the invention and for comparative examples; the figures represent the contents in percent by weight.
  • Examples 1 and 2 represent the state of the art.
  • Examples 3 to 21 show comparative examples and embodiments according to the invention.
  • the aluminum and zirconium concentrations are reported as concentrations of their oxides, as is conventional in the art.
  • the remainder to 100% means water and carbonate except for Example 16 which additionally contains 2.6% by weight of NH4 + cations.
  • Additive compositions 8 and 9 were prepared by mixing spray-dried potassium zirconium carbonate (KZC) with sodium trimetaphosphate (STMP) and sodium tripolyphosphate (STPP), respectively.
  • Additive composition 10 corresponds to additive composition 6, spray dried.
  • Table 3 compares the conventional additive composition Borax (additive composition from Example 1, in short: additive composition 1) with the additive compositions 6 and 7 according to the invention and comparative examples.
  • the determination of the Lory viscosity takes place as a flow time of the starch glue in seconds from a Lory LCH cup (Elcometer 2215).
  • the starch glue to be measured tempered at 30 ° C, is filled into a cylindrical Lory LCH beaker, also preheated to 30 ° C, and allowed to drain through the bottom opening with a diameter of 4 mm.
  • a stopwatch is started.
  • On the bottom of the cup, a cone is attached in the center, the top of which is at a distance of 31 mm from the top edge of the cup.
  • the stopped time in seconds is given as Lory viscosity.
  • the gelling point of the starch granule was determined by a method of Cargill.
  • the jacket of a glass vessel with double jacket is filled with demineralized water, which acts as a heat transfer medium.
  • demineralized water acts as a heat transfer medium.
  • the inner space of the glass vessel containing a magnetic stirrer core is filled with the starch glue.
  • the vessel is placed on a magnetic stirrer with heating and heated with stirring at a heating rate of 2.5 ° C / min.
  • the maximum temperature at this point is noted as a calibration point.
  • the smooth web is torn off the corrugated web in a piece of corrugated cardboard.
  • a very good bond can be recognized by the fact that the two paper webs can be separated again only with fiber tear.
  • the determination of the initial adhesive force was carried out by the method described below. Tissue paper strips weighing 100 g / m 2 and having a size of 30 ⁇ 70 mm were tempered for at least 12 hours at 60 ° C. in the heating cabinet. On a first test piece, a starch paste was applied flatly with a 50 ⁇ hand wiper, with the exception of a 1 cm wide strip on a paper towel end. The order weight extrapolated to one square meter of corrugated paper would be 50 g. The applied starch sizing layer was coated with an equally sized, second, also tempered at 60 ° C, corrugated paper strip. fen overlapped and rolled over once with a 4 kg roller.
  • the concentrations of the additive compositions in terms of starch given in the tables represent the percentages by weight of the additive composition as obtained, ie as aqueous solution or dispersion or solid powder, based on the starch as a commercial product. From Table 3 it can be seen that the additive compositions STMP and STPP Lory can not positively influence viscosity and tack. With additive composition 5 (potassium zirconium carbonate), although it is possible to adjust the viscosity and the gel point in a manner comparable to borax, the tack is not sufficient.
  • Comparatively good tack provide the additive compositions 6 and 7, which are based on a combination of potassium zirconium carbonate and sodium trimetaphosphate or sodium tripolyphosphate.
  • the additive compositions 6 and 8 or 7 and 9 represent aqueous solutions of KZC and STMP or KZC and STPP, whereas the additive compositions 8 and 9 powder mixtures of KZC and STMP or KZC and STPP with the appropriate composition of the solutions.
  • lory viscosity and gelling point all additive compositions are still in an acceptable window, but the initial tack is insufficient in the powder blends. If the aqueous solution from example 6 is spray-dried, a powder (additive composition 10) having almost the same relative composition as the additive composition 6 is obtained. In the test, this spray-dried product gives the same results as the corresponding solution.
  • Table 4 Influence of the additive compositions 1, 6 to 10 from Table 2 on the parameters Lory viscosity, gelling point and initial adhesive strength for the wheat starch SL-2 from Table 1.
  • Table 4 gives the results of the tests of the additive compositions 1 and 6 to 10 Wheat starch again.
  • the starch glue in Example 33 was produced in contrast to the general preparation specification SL-2 with 13.4 g of starch 1 and 86.2 g of starch 2, since the lory viscosity was well below 20 s for the same production method. Also in the case of wheat starch, the results of Table 3 are confirmed.
  • the different behavior of the additive compositions 6 and 8 or 7 and 9 was examined in more detail.
  • the hydrolysis of STPP in aqueous solution was followed at 20-25 ° C.
  • a solution was used which contained 7% by weight STPP and had a content of KZC corresponding to 10% by weight ZrO 2 .
  • the contents of the hydrolysis products were determined by 31 P-NMR spectroscopy after the days indicated in Table 5 below. As shown in Table 5, the STPP content decreased to 0.4 mole% within 4 days and was no longer detectable thereafter.
  • the ortho-phosphate content increased continuously until the measurement after 150 days 100 mol% were determined.
  • Table 6 gives an overview of the compositions of the additive compositions wherein the aqueous solutions contain KZC in an amount corresponding to a ZrO 2 concentration in each of the additive compositions of each wt%, and wherein the molar ratio of CO 3 2 " : Zr at 3
  • the concentrations of the various phosphate sources are given in weight percent in Table 6.
  • Example 43 thus corresponds to an additive composition with 10 wt% Zr0 2 , 2.62 wt% NaH 2 PO 4 H 2 O and 5.4 Wt% Na 2 HP0 4.
  • the additive composition 39 was used immediately after preparation.
  • Table 7 Influence of additive compositions 39 to 43 from Table 6 on lory viscosity, gelling point and initial adhesion for corn starch SL-7, SL-8 and SL-9 from Table 1.
  • Viscosity of the measuring play from example Thickness in% (° C) 60 ° C (s)
  • Tab. 9 Influence of additive compositions 1, 3, 1 1 to 21 from Table 2 on lory viscosity, gelling point and initial adhesive strength for corn starch SL-1.
  • Table 9 shows test results of additive compositions which contain, in addition to a zirconium carbonate and a condensed phosphate, additionally potassium aluminate, tartaric acid and dipotassium hydrogen phosphate. The results also show here that at least zirconium carbonates and ortho-phosphates or a combination of ortho-phosphates and polyphosphates must be present in order to impart acceptable quality to the additive composition and comparable values to the prior art (additive composition 1) to reach.
  • Tab. 10 Influence of the additive composition 19 from Table 2 on Mylbond® 210 from Tereos Syral, starch pastes SL-3 and SL-4.
  • Table 1 1 Influence of the additive composition from Example 19 from Table 2 on Allstars CWX 5 Company Interstarch Deutschen mbH, starch glue SL-5.
  • the additive composition 19 also has a positive effect on the various glue parameters, which achieves comparable values to the prior art (additive compositions 1 and 2), not only given at native strength but also at modified starches.
  • Table 10 shows this with the example of the starch Mylbond®210 from Tereos Syral (starch glues SL-3 and SL-4) and Table 1 1 using the example of the starch Allstarch CWX-5 from Interstarch Deutschen mbH (starch glue SL-5).
  • Table 12 summarizes the additive compositions prepared by mixing an aqueous solution of potassium zirconium carbonate with STMP and the corresponding ligand.
  • the ZrO 2 content of the end products was in each case 5% by weight, the STMP content in each case 10% by weight and the potassium content in each case 6.3% by weight.
  • the concentration of ligands is given in Table 12 as wt%.
  • Tab. 12 Additive compositions with different ligands, Zr ⁇ 2. 5% by weight, STMP: 10% by weight, potassium: 6.3% by weight.
  • Tab. 13 Influence of additive compositions from Tables 2 and 12 with different ligands on starch glue, based on the starch Mylbond® 210, SL-3 from Table 1.
  • aqueous formulations can be prepared which have a shelf life of more than one year.
  • a starch glue was prepared in accordance with protocol SL-3, except that 76.3 g of the starch mixture from example 97 were used instead of the starch 2 and the additive composition.
  • the parameters Lory viscosity, gelling point and initial adhesive strength correspond to those of Example 72 (Table 10).
  • Example 99 250 g of Mylbond® 210 were mixed with 2.68 g of additive composition 20.
  • a starch glue was prepared according to Example 98, wherein 75.5 g of the mixture were added instead of the starch 2 and the additive composition.
  • the parameters Lory Viscosity, Gelation Point and Initial Adhesion Force correspond to those of Example 72 (Table 10).
  • a starch glue was prepared in accordance with regulation SL-7 with the difference that instead of starch 2 and the additive composition, 138.8 g of the starch mixture from example 100 were used.
  • the parameters Lory viscosity, gelling point and initial adhesive strength correspond to those of Example 48 (Table 7).
  • Table 14 Effect of additive compositions 1, 7 and 43 on lory viscosity, gelation point and tack on pea starch SL-10.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung einer Additivzusammensetzung in Form einer wässrigen Lösung oder Dispersion mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 5 bis 75 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Additivzusammensetzung, erhältlich nach einem Verfahren umfassend das Vermischen der Bestandteile a) und b) in einem wässrigen Medium, wobei a) ausgewählt ist unter Natriumzirkoniumcarbonat, Kaliumzirkoniumcarbonat, Ammoniumzirkoniumcarbonat und deren Gemischen, b) ausgewählt ist unter wenigstens einem ortho-Phosphat, wenigstens einem kondensierten Phosphat, deren Säuren und Gemischen als Additiv in Stärkeleim.

Description

Verwendung von Zirkonium-haltigen Additivzusammensetzungen
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Zirkonium-haltigen Additivzusammensetzungen in Stärkeleim und die Verwendung von derartig additivierten Stärkeleimen zur Herstellung von Papier, Karton, Wellpappe und Papierhülsen.
STAND DER TECHNIK
Im Stand der Technik sind Stärkeleime, auch Stärkekleister genannt, als wässrige Klebstoffzusammensetzungen aus Stärke und/oder Stärkederivaten und gegebenenfalls Dextrinen und weiteren Additiven bekannt. Stärke, Stärkederivate und Dextrine sind günstige, leicht verfügbare und nachwachsende Rohstoffe. Für Papierprodukte und andere poröse Substrate spielen Stärkeleime als Klebstoffe eine große Rolle in vielen industriellen Anwendungen, insbesondere auch in der Verpackungsindustrie. In der Papierverarbeitung werden Stärkeleime für die Verklebung von fertigen Papierprodukten, wie beispielsweise zur Herstellung von Wellpappe oder Kartonhülsen verwendet. Eine Anforderung an Stärkeleime ist insbesondere eine hohe Anfangs-Klebekraft (auch Tack genannt), d.h. eine hohe Haftung bei kurzer Kontaktzeit zwischen den zu verklebenden Materialien, damit eine schnelle Verarbeitung gewährleistet ist und keine langen Trocknungszeiten eingehalten werden müssen. Eine weitere Anforderung an Stärkeleime ist eine lange Verarbeitbarkeit von Stärkeleim, auch ausgedrückt als Langzeitstabilität von Stärkeleim, d.h., dass über einen möglichst langen Zeitraum bei- spielswiese keine Eindickung bzw. Viskositätserhöhung des Stärkeleims erfolgt und eine gleichbleibende als auch reproduzierbare Qualität des Stärkeleims gegeben ist.
Im Stand der Technik sind für die Herstellung von Stärkeleim verschiedene Verfahren bekannt. So können Stärke und/oder Stärkederivate beispielsweise gekocht werden, bis eine Verkleisterungsreaktion eintritt; auch können speziell modifizierte, kaltwasserlösliche Stärkederivate eingesetzt werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Stärkeleimen ist das Stein-Hall-Verfahren, bei dem ein geringer Anteil einer Stärke zu einer hochviskosen Paste verkleistert wird. Diese hochviskose Paste wird Primärstärke oder Trägerstärke genannt. Der verbleibende, größere Stärkeanteil liegt als in Wasser suspendierte, nicht aufgeschlossene Stärkekörner als sogenannte Sekundärstärke vor. Bei dem Stein-Hall-Verfahren ist hierbei die Sekundärstärke mit den nicht aufgeschlossenen Stärkekörnern in der hochviskosen Primärstärke suspendiert. Üblicherweise werden bei der Herstellung von Stärkeleim auch Borax und Alkali zugegeben, um die Viskosität und den Tack zu erhöhen und die Verkleisterungstemperatur der Sekundärstärke zu erniedrigen. Die Funktionsweise dieses zwei-Phasen-Steinhall-Konzeptes beinhaltet, dass die Sekundärstärke erst unter Temperatureinwirkung im weiteren Verarbeitungsprozess verkleistert. Beispielsweise wird die Temperatur beheizter Walzen einer Verarbeitungsmaschine auf Papierlagen übertragen und somit auch auf den Stärkeleim und die Sekundärstärke zwischen den Papierlagen und es bildet sich eine starke Bindung zwischen den Papierlagen aus. Als weitere Verfahren zur Herstellung von Stärkeleimen sind im Wellpappenbereich auch das Minocar Verfahren oder das No-Carrier Verfahren bekannt. Allen Verfahren gemeinsam ist der Einsatz von Stärke und ihrer Derivate als Hauptbestandteil des Stärkeleims. Daneben enthalten Stärkeleime Additive zur Steuerung der rheologischen Eigenschaften und der Anfangs-Klebekraft sowie Alkalilauge zur Einstellung des Gel- punkts. Als Additive werden hauptsächlich Borax in Pulverform oder wasserlösliche und dispergierte Borsäuresalze verwendet.
Problematisch ist bei Stärkeleimen die Reorganisation der Stärkemoleküle, auch Ret- rogradation genannt. Hierbei bilden sich Netzwerkstrukturen aus, welche eine Viskosi- tätserhöhung zur Folge haben, was die Verarbeitung von Stärkeleim stark beeinträchtigt oder auch unmöglich machen kann. Stärkeleime mit der Neigung zu schneller Ret- rogradation haben somit keine Langzeitstabilität.
Stärkeleime als auf Stärke basierende Klebstoffe sind bei der Herstellung von Well- pappe erforderlich. Wellpappe ist eine geklebte Leichtbau-Konstruktion aus Papier, bei der die Art des Klebstoffs und die Güte der Verklebung die Qualität und Stabilität der hergestellten Wellpappe erheblich beeinflussen. Der Stärkeleim hat bei der Verklebung die Aufgabe, die glatten Rohpapierbahnen mit den gewellten Wellenbahnen fest zu verbinden. Das Produkt„Wellpappe" wird in einem Verfahren hergestellt, bei dem zu- nächst ein Papierbogen zwischen erwärmten sogenannten Riffelwalzen zu einer Wellenbahn gewellt wird. Anschließend wird auf die Wellenspitzen der Wellenbahn auf einer Seite Stärkeleim aufgebracht und die Wellenbahn mit einer ebenen Papierbahn verklebt. Das entstandene Produkt aus einer ebenen Rohpapierbahn mit aufgeklebter Welle ist als„einseitig beklebte" Wellpappe bekannt. Bei„einwelliger" Wellpappe ist eine Welle zwischen zwei Papierbahnen angeordnet und bei„zwei- , bzw.„dreiwelliger" Wellpappe sind zwei bzw. drei Wellenbahnen zwischen ebenen Rohpapierbahnen angeordnet. Bei der Herstellung der Wellpappe ist es unumgänglich, dass der Stärkeleim eine schnelle Verbindung zwischen den Papieroberflächen bildet. Es ist deshalb sehr wichtig, dass Kenngrößen wie Viskosität, Wasserrückhaltevermögen und innere Kohä- sion des Stärkeleims ideal aufeinander abgestimmt sind, um ein problemloses Aufbringen des Klebstoffes, auch bei hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten, eine schnelle Verklebung und eine entsprechende Güte der Verklebung zu ermöglichen. Die schnelle Verkleisterung und Verklebung wird einerseits durch eine hohe Applikationstemperatur und andererseits durch den Einfluss von Alkali wie z.B. NaOH und durch Borverbindungen, wie Borax oder Ethanolaminsalzen der Borsäure (Prodac®, der Firma Ziegler & Co. GmbH) in der Klebstoffzusammensetzung unterstützt. Borax dient während der Herstellung und Verarbeitung zur Steuerung der Stabilität, Rheolo- gie und Oberflächenbenetzbarkeit des Stärkeleimes. Die Mengen an Borax variieren in Abhängigkeit der Anwendungen und der Stärkesorte von ca. 0,5 bis zu 20 % atro (Atrogewicht = absolut trocken) bezogen auf den Stärkeeinsatz.
Sobald Borax der Mischung aus Stärke und Alkali unter Rühren und Erwärmung zuge- geben wird, steigt die Viskosität und der hergestellte Stärkeleim weist eine hohe Langzeitstabilität auf. Borax und Borsäure sind aber aufgrund ihrer reproduktionstoxischen Eigenschaften„Reproduktionstoxizität (FD) 18" umstrittene Rohstoffe, die die Wellpappenindustrie oder auch die Hersteller von Hülsen gerne ersetzen möchten. Borax und Borsäure werden seit 2010 in der Kandidatenliste der European Chemical Agency (ECHA) als SVHC (substances of very high concern) geführt. In neuster Zeit begrenzen die Klebstoffproduzenten und -verarbeiter den Einsatz auf ca. 7 % Borax.
Aufgrund der Toxizität der Borverbindungen gab es zahlreiche Versuche, alternative Additive zu finden.
In JP 2004-002656A wird eine Stärkepaste für Wellpappe beschrieben, die neben Stärke und Stärkequellmittel wasserlösliche Aluminium-, und/oder Zirkonium- und/oder Titanverbindungen zur Verbesserung der Klebkraft enthalten. Die genannten wasserlöslichen Metallverbindungen sind nur bedingt einsetzbar bzw. nur in sehr hohen Kon- zentrationen wirksam, was ihren Einsatz aus ökonomischer Sicht stark einschränkt. Auch sind saure Aluminiumsalze wie Aluminiumnitrate, -sulfate oder -Chloride für die genannten Verfahren wie Stein-Hall, Minocar oder No-Carrier nicht verwendbar. Basische Aluminiumverbindungen wie z.B. Natriumaluminat ergeben nicht die notwendigen Parameter beispielsweise hinsichtlich Gelierpunkt, Viskositätserhöhung, Stabilität der Viskosität oder der Anfangs-Klebekraft des Stärkeleims. Eine Erhöhung des Tack ist bei Zirkoniumsalzen wie Ammoniumzirkoniumcarbonat nur schwach ausgeprägt; ein Einsatz von Zirkoniumsalzen bei Maisstärke ist nicht zu empfehlen. In JP2005-22601 1A wird ein auf Stärke basierender Klebstoff für Wellpappe beschrieben, der Verdickungsmittel (Koagulans) wie z.B. Polymere mit niedriger Kationenaktivität, schwach anionisch geladene Polymere oder nichtionische Polymere und Verdi- ckungshilfsmittel wie Aluminat oder Silikat und Vernetzungsmittel für Stärke wie Epo- xidharze, Ammoniumzirkoniumcarbonat oder Formaldehydharze enthält. Zur Einstellung der Parameter des Stärkeleims bedarf es jedoch offensichtlich dreier Substanzgruppen, um einen funktionstüchtigen Kleber zu erhalten. Bekanntlich sind Systeme umso anfälliger für Fehler je komplexer sie sind; Alternativen zu einem 3 Komponentensystem sind daher wünschenswert. Unabhängig davon ist die Anfangs-Klebekraft dieser Systeme trotz des Einsatzes diverser Polymere nicht ausreichend.
In JP2008024876A wird ein Klebstoff für Wellpappe beschrieben, der nicht gelierte Stärke, Polyvinylalkohol mit einer Verseifungszahl von 70 % bis 100 %, eine wasserlösliche Metallkomponente, ausgewählt aus der Gruppe wasserlöslicher Aluminium-, Titan- und Zirkoniumverbindungen und eine alkalische Komponente enthält. Hier bedarf es der Unterstützung eines Polymers, um einen geeigneten Stärkeleim herzustellen. Neben der Umständlichkeit, die Mehrkomponentensysteme beinhalten, ist zu bemerken, dass Polyvinylalkohol ein teurer Rohstoff ist und somit dessen Einsatz aus wirtschaftlicher Sicht fraglich erscheint, zumal seine Konzentration bzgl. nicht gelierter Stärke mit mindestens 5% sehr hoch liegt.
Es bestand also ein dringendes Bedürfnis, für Stärkeleime, welche bei der Herstellung von Papier, Karton, Wellpappe und/oder Papierhülsen verwendet werden, eine Additivzusammensetzung zu finden, mit welchem wichtige Parameter wie Viskosität, Ge- lierpunkt, Anfangs-Klebekraft etc. einstellbar sind, um aus produktionstechnischer und qualitativer Sicht borhaltige Additive ersetzen zu können. Darüber hinaus sollte die Additivzusammensetzung im Unterschied zu borhaltigen Additiven toxikologisch unbedenklich sein. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Additiv für Stärkeleim bereitzustellen, bei welchem die zuvor genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll die Additivzusammensetzung nicht toxisch sein und einem Stärkeleim eine hohe Anfangs-Klebekraft verleihen. Ein derartig additivierter Stärkeleim sollte eine feste dauerhafte Verbindung von Papieroberflächen ermöglichen und die Qualität der Verklebung verbessern. Zudem sollte ein derartig additivierter Stärkeleim über einen langen Zeitraum stabil und verarbeitbar sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass diese Aufgabe durch eine im Folgenden definierte Zirkonium-haltige Additivzusammensetzung gelöst wird. Vorteilhaft ist, dass die erfindungsgemäße Additivzusammensetzung keine Borsalze benötigt und für die Umwelt nicht toxisch ist. Weiterhin von Vorteil ist die hohe Anfangs-Klebekraft eines Stärkeleims, welcher die erfindungsgemäße Additivzusammensetzung enthält, was eine schnelle und sichere Verarbeitung bei Verklebung von Papier, Karton, Pappe, Wellpappe- und Papierhülsenprodukten ermöglicht. Zudem ist ein Stärkeleim, welcher die erfindungsgemäße Additivzusammensetzung enthält, über einen langen Zeitraum stabil und zeigt in diesem Zeitraum keine oder nur eine geringfügige Viskositätsverän- derung, was ein großes Zeitfenster bei der Verarbeitung ermöglicht.
Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung einer Additivzusammensetzung in Form einer wässrigen Lösung oder Dispersion mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 5 bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Additivzusammensetzung, erhältlich nach einem Verfahren, umfassend das Vermischen der Bestandteile a) und b) in einem wässrigem Medium, wobei a) ausgewählt ist unter Natriumzirkoniumcarbo- nat, Kaliumzirkoniumcarbonat, Ammoniumzirkoniumcarbonat und deren Gemischen, b) ausgewählt ist unter wenigstens einem ortho-Phosphat, wenigstens einem kondensierten Phosphat, deren Säuren und Gemischen, als Additiv für Stärkeleim.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung der Additivzusammensetzung in fester Form, insbesondere in Form eines Pulvers der Additivzusammensetzung, als Additiv in Stärkeleim. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer Additivzusammensetzung in Form einer wässrigen Lösung oder Dispersion mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 5 bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Additivzusammensetzung, erhältlich nach einem Verfahren, umfassend das Vermischen wenigstens eines Bestandteils a) mit wenigstens einem Bestandteil b) in einem wässrigen Medium, wobei der Bestandteil a) ausgewählt ist unter Natriumzirkoniumcarbonat, Kaliumzirkoniumcarbonat, Ammoniumzirkoniumcarbonat und deren Gemischen,
und der Bestandteil
b) ausgewählt ist unter wenigstens einem ortho- Phosphat, wenigstens einem kondensierten Phosphat, deren Säuren und Gemischen. Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer Additivzusammensetzung in fester Form, umfassend das Vermischen wenigstens eines Bestandteils a) mit wenigstens einem Bestandteil b) in einem wässrigen Medium,
wobei der Bestandteil a) ausgewählt ist unter Natriumzirkoniumcarbonat, Kaliumzirko- niumcarbonat, Ammoniumzirkoniumcarbonat und deren Gemischen,
- der Bestandteil b) ausgewählt ist unter wenigstens einem ortho- Phosphat, wenigstens einem kondensierten Phosphat, deren Säuren und Gemischen und Trocknen der wässrigen Additivzusammensetzung. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Additivzusammensetzung in fester Form umfassend das Vermischen von wenigstens einer festen Komponente a) ausgewählt unter Natriumzirkoniumcarbonat, Kaliumzirkoniumcar- bonat, Ammoniumzirkoniumcarbonat und deren Gemischen mit einer festen Komponente b) ausgewählt unter wenigstens einem ortho- Phosphat, wenigstens einem kon- densierten Phosphat, deren Säuren und Gemischen.
Gegenstand der Erfindung sind auch die nach diesem Verfahren erhältlich festen Additivzusammensetzungen. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Polysaccharidzusammensetzung, insbesondere eine feste Polysaccharidzusammensetzung, die zur Herstellung von Stärkeleim geeignet ist und die wenigstens einen für Stärkeleim üblichen Polysaccharidbe- standteil, der unter Stärke, Stärkederivat, Dextrin und Mischungen hiervon ausgewählt ist, sowie eine erfindungsgemäße Additivzusammensetzung enthält, die wenigstens ein ortho-Phosphat enthält.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer derartigen Polysaccharidzusammensetzung zur Herstellung von Stärkeleim. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer derartigen Polysaccharidzusammensetzung zur Herstellung von Papier, Karton, Pappe, Wellpappe, Papierhülsen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Stärkeleim, der eine erfindungsgemäße Polysaccharidzusammensetzung enthält.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Stärkeleims, enthaltend die erfindungsgemäße Additivzusammensetzung, zur Herstellung von Papier, Karton, Pappe, Wellpappe und Papierhülsen. Die erfindungsgemäß verwendete Additivzusammensetzung weist die folgenden Vorteile auf: - Eine hohe Anfangs-Klebekraft (Tack) eines Stärkeleims enthaltend die erfindungsgemäße Additivzusammensetzung, was eine schnelle und sichere Verarbeitung bei der Verklebung von Papierprodukten, wie beispielsweise zur Herstellung von Wellpappe oder Kartonhülsen ermöglicht,
Eine hohe Stabilität des Stärkeleims enthaltend die erfindungsgemäße Additivzu- sammensetzung, d.h. der Stärkeleim hat ein großes zeitliches Verarbeitungszeitfenster und zeigt in einem Zeitraum, der für die Verarbeitung des Stärkeleims notwendig ist, keine oder nur eine geringfügige Viskositätsveränderung,
Die erfindungsgemäße Additivzusammensetzung ist als wässriges Einkomponentensystem sehr anwenderfreundlich, einfach zu handhaben und nicht auf- wendig in der Dosierung,
Die erfindungsgemäße Additivzusammensetzung ist nicht toxisch für die Umwelt, Die erfindungsgemäße Additivzusammensetzung enthält keine toxischen Substanzen oder Substanzen, die in der Kandidatenliste der ECHA geführt werden, Die erfindungsgemäße Additivzusammensetzung ist kostengünstig herstellbar aus marktgängigen Rohstoffen.
DETALLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ein Stärkeleim, enthaltend eine derartige Additivzusammensetzung, wobei die Gesamtmenge von Bestandteil a), gerechnet als Zr02-Gehalt und Bestandteil b), gerechnet als Reinstoff, zu den Polysac- charid-Bestandteilen des Stärkeleims im Bereich von 0,0002 bis 0,05, vorzugsweise im Bereich von 0,0005 bis 0,04, besonders bevorzugt im Bereich von 0,001 bis 0,02 liegt. Insbesondere enthält ein solcher Stärkeleim die wässrige Additivzusammensetzung in einer Menge im Bereich von 0,7 bis 4 Gew.-% bezogen auf den Stärkeanteil des Stärkeleims als Handelsware.
Insbesondere enthält der Stärkeleim eine erfindungsgemäß additivierte Polysaccharid- Zusammensetzung, wobei die Gesamtmenge von Bestandteil a), gerechnet als ZrC"2- Gehalt, und Bestandteil b), gerechnet als Reinstoff, zu den Polysaccharid-Bestand- teilen des Stärkeleims im Bereich von 0,0002 bis 0,05, vorzugsweise im Bereich von 0,0005 bis 0,04, besonders bevorzugt im Bereich von 0,001 bis 0,02 liegt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter Stärkeleim ein wenigstens teilweise verkleisterter Klebstoff enthaltend einen Polysaccharidbestandteil verstanden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter Feststoffgehalt die Trocknung einer ca. 1 g Probe bei 105 °C über 2 h nach DIN EN ISO 787-2 verstanden. Der ausgewogene Feststoff wird in Gewichtsprozent zur eingewogenen Probe angegeben.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter Zirkoniumcarbonat Natrium-, Kalium- und Ammoniumzirkoniumcarbonat und deren Gemische verstanden. Insbesondere sind unter Natriumzirkoniumcarbonat und Kaliumzirkoniumcarbonat die Verbindungen selbst, aber auch deren wässrigen Lösungen und wässrigen Dispersionen zu verstehen. Diese Substanzen sind beispielsweise in der Literatur beschrieben unter A. Vey- land et al., Helv. Chim. Acta, 83, 414, (2000). Unter ortho-Phosphaten versteht man Salze der (ortho)Phosphorsäure H3PO4. Da die Phosphorsäure drei azide Protonen aufweist, umfassen ortho-Phosphate sowohl primäre Phosphate, die auch als Dihydrogenphosphate bezeichnet werden und in denen das Phosphat als H2PO4" -Anion vorliegt, sekundäre Phosphate, die auch als Hydro- genphosphate bezeichnet werden und in denen das Phosphat als HPO42" -Anion vor- liegt, sowie tertiäre Phosphate in denen das Phosphat als PO43" -Anion vorliegt. Unter den ortho-Phosphaten sind vor allem die Alkalimetallphosphate, Alkalimetallhydrogen- phosphate, Alkalimetalldihydrogenphosphate, Alkalimetallammoniumhydrogenphos- phate, Ammoniumhydrogenphosphate und Ammoniumdihydrogenphosphate zu nennen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter kondensierten Phosphaten Phosphate verstanden, die sich durch Kondensation, wie beispielsweise durch starkes Erhitzen von sauren Salzen der Orthophosphorsäure ableiten lassen. Beispiele hierfür sind Metaphosphate mit der allgemeinen Summenformel (M'P03)n, Diphosphate und höhere Polyphosphate mit der allgemeinen Summenformel M PnOsn+i bzw.
M'nh PnOsn+i, wobei M1 ein einwertiges Kation ist und n > 2 ist und z.B. eine Zahl von 2 bis 100 ist. Unter den kondensierten Phosphaten werden neben den Vollsalzen auch die sauren Salze verstanden mit den bevorzugten Kationen Natrium, Kalium und Ammonium. Der Begriff„kondensiertes Phosphat" umfasst auch die freien Säuren der kondensierten Phosphate, die aber aufgrund ihrer schlechten Verfügbarkeit in der Regel nicht bevorzugt sind.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter Vermischen in einem wässrigem Medium die Vermischung von zwei wässrigen Bestandteilen, die Vermischung von einem festen Bestandteil und einem wässrigen Bestandteil und die Vermischung von zwei festen Bestandteilen in einem wässrigem Medium verstanden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Konzentration des Zirkoniums in der Additivzusammensetzung, gerechnet als Zr02-Gehalt, im Bereich von 0,1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Additivzusammensetzung.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt in der Additivzusammensetzung das Gewichtsverhältnis von Zirkonium, gerechnet als Zr02-Gehalt, zu dem Bestandteil b), gerechnet als Reinstoff, im Bereich von 0,1 bis 20, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 10, besonders bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 5.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der pH-Wert der wässrigen Lösung oder Dispersion größer als pH 6, vorzugsweise größer als pH 8, insbesondere weist die wässrige Lösung oder Dispersion enthaltend die Zusammensetzung einen pH-Wert im Bereich von > pH 6 bis pH 14 und speziell im Bereich von > pH 8 bis 13 auf.
In bevorzugten Ausführungsformen ist der Bestandteil b) ausgewählt unter: ortho- Phosphaten, wie die vorgenannten Salze der Formeln M3PO4, M2HPO4 und MH2PO4, worin M für Natrium, Kalium oder Ammonium steht und ebenso die Hydrate der Verbindungen und deren Gemische, Diphosphaten, Oligophosphaten, Polyphosphaten und deren Säuren, insbesondere unter Natrium-, Kalium- oder Ammoniumsalzen von Diphosphaten, Triphosphaten, Tetraphosphaten, Pentaphosphaten, Hexaphosphaten und höheren Oligo- und Polyphosphaten mit im Mittel > 6 bis 100 P-Atomen, wie beispielsweise Natriumtripolyphosphat, Kaliumtripolyphosphat, Ammoniumtripolyphos- phat, Natriumhexametaphosphat, Kaliumhexametaphosphat oder Ammoniumhexame- taphosphat, sowie Metaphosphaten, insbesondere Natrium-, Kalium- oder Ammonium- trimetaphosphate, Trinatriumtrimetaphosphat, Natriumtetrametaphosphat, Kaliumtet- rametaphosphat, sowie Mischungen hiervon. Bevorzugte Bestandteile b) sind ortho- Phosphate und deren Gemische mit einem oder mehreren kondensierten Phosphaten. Weitere bevorzugte Bestandteile b) sind Polyphosphate mit 2 oder 3 P-Atomen und Metaphosphate mit 3 P-Atomen, insbesondere deren Natrium- und Kaliumsalze. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Zusammensetzung wenigstens ein ortho-Phosphat, insbesondere genau ein ortho- Phosphat, das vorzugsweise ausgewählt ist unter Verbindungen der Formel M3PO4, M2HPO4 und MH2PO4, worin M für Natrium, Kalium oder Ammonium steht. Beispiele hierfür sind Na3P04, K3P04, Na2HP04, K2HP04, NaH2P04, KH2P04, Na(NH4)HP04, (NH4)2HP04, (NH4)H2P04, ebenso die Hydrate der Verbindungen und deren Gemische.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Komponente b) aus ei- nem oder mehreren der vorgenannten ortho-Phosphate, insbesondere aus einem der vorgenannten ortho-Phosphate.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Additivzusammensetzung als einen weiteren Bestandteil c) wenigstens eine Hydroxycarbonsäure, beispielsweise Weinsäure, Äpfelsäure, Milchsäure, Glykolsäure, Gluconsäure, Citronensäure, und/oder Salze der wenigstens einen Hydroxycarbonsäure, insbesondere Natriumsalze, Kaliumsalze, Ammoniumsalze, Mischungen der vorgenannten Hydroxycarbonsäu- re(n) und deren Salz(en). Insbesondere ist der Bestandteil c) Weinsäure oder ein Salz der Weinsäure.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Additivzusammensetzung als einen weiteren Bestandteil d) wenigstens eine von Aminosäuren und Hydroxycarbon- säuren verschiedene Di- oder Polycarbonsäure, insbesondere Oxalsäure, Maleinsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Itaconsäure und/oder Salze der wenigstens einen Di- oder Polycarbonsäure, insbesondere Natriumsalze, Kaliumsalze, Ammoniumsalze, Mischungen der vorgenannten Carbonsäure(n) und/oder deren Salz(en).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Additivzusammensetzung als einen weiteren Bestandteil e) wenigstens eine Aminosäure, insbesondere Glycin, Glu- taminsäure, Glutamin, Asparaginsäure, Asparagin, Ethylendiamintetraessigsäure
(EDTA), Iminodisuccinat, N,N-bis(Carboxymethyl)-L-Glutamat, N,N-bis(carboxymethyl)- alanin Natriumsalz, N,N-Bis(2-hydroxyethyl)glycin und/oder Salze der wenigstens einen Aminosäure, insbesondere Natriumsalze, Kaliumsalze, Ammoniumsalze, Mischungen der vorgenannten Aminosäure(n) und/oder deren Salz(en).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Additivzusammensetzung als einen weiteren Bestandteil f) wenigstens eine Phosphonsäure, insbesondere Phos- phonsäure, 1 -Hydroxyethan-1 ,1 -diphosphonsäure, Amino-tris(methylenphosphon- säure), 2-Phosphonobutan-1 ,2,4-tricarbonsäure (PBTC), Diethylentriamin-penta- (methylenphosphonsäure) (DTPMP), und/oder Salze der wenigstens einen Phosphonsäure, insbesondere Natriumsalze, Kaliumsalze, Ammoniumsalze, Mischungen der vorgenannten Phosphonsäure(n) und/oder deren Salz(en). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Additivzusammensetzung als einen weiteren Bestandteil g) wenigstens ein Polyol, insbesondere Ethylenglykol, Gly- cerin, Sorbit, Inosit, Mono- oder Disacchariden wie Glucose oder Saccharosen, Mischungen hiervon.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Additivzusammensetzung als einen weiteren Bestandteil h) wenigstens ein Alkanolamin, insbesondere Monoetha- nolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Mischungen hiervon. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Additivzusammensetzung als einen weiteren Bestandteil i) wenigstens ein Aluminat, insbesondere Natriumaluminat, Kaliumaluminat, Mischungen hiervon.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter Aluminaten Verbindungen der allgemeinen Formel MAI(OH)4 verstanden, wobei M für Natrium oder Kalium steht. Natrium- und Kaliumaluminate sind im Handel erhältlich, wobei aus Stabilitätsgründen Natrium- bzw. Kaliumhydroxid im Überschuss vorliegt. Die Aluminate können einen zusätzlichen Stabilisator wie z.B. eine oder mehrere Substanzen der Komponenten c), e) und/oder g) wie z.B. Sorbit, Gluconsäure oder Weinsäure, enthalten. Das molare Ver- hältnis von Na/AI in einer handelsüblichen Natriumaluminatlösung liegt z.B. bei bis zu 1 ,7, in einem handelsüblichen Natriumaluminatpulver bei bis zu 1 ,3. Auch Aluminate mit höheren molaren Verhältnissen von Alkalimetall zu Aluminium können für die erfindungsgemäße Additivzusammensetzung verwendet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt bei der Additivzusammensetzung das molare Verhältnis des Aluminats, gerechnet als AbC -Gehalt, zu Zirkonium, gerechnet als Zr02-Gehalt, im Bereich von 0 bis 10 oder 0,1 bis 10, vorzugsweise im Bereich von 0 bis 5 oder 0,2 bis 5, besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 1 oder 0,3 bis 1. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Additiv wenigstens einen der weiteren Bestandteile c) bis i) oder eine Kombination der weiteren Bestandteile c) bis 0-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt bei der Additivzusammensetzung das Gewichtsverhältnis der ein oder mehreren der weiteren Bestandteile c) bis h), gerechnet als Reinstoff, zu Zirkonium, gerechnet als Zr02-Gehalt, im Bereich von 0 bis 10 oder 0,1 bis 10, vorzugsweise im Bereich von 0 bis 5 oder 0,2 bis 5, besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 3 oder 0,3 bis 3. Bevorzugt sind vor allem solche Substanzen c) bis h), die als Liganden des Bestandteils a) wirken.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter Liganden solche Substanzen verstanden, welche geeignet sind, mit dem Zirkonium einen Komplex bzw. eine Koordinationsverbindung zu bilden. Die Komplexe können ein oder mehrere Liganden und ein oder mehrere Zentralatome aufweisen. Diese Komplexe können gleiche oder verschiedene Liganden aufweisen. Die vorgenannten Substanzen können als einzähnige oder mehrzähnige Liganden gebunden sein, wobei mehrzähnige Liganden bevorzugt sind. Als Zähnigkeit wird die Anzahl der möglichen Bindungen bezeichnet. Die Liganden sind bevorzugt ausgewählt unter Hydroxycarbonsäuren, Carbonsäuren, Aminosäuren, Phosphonsäuren, Alkanolaminen, Salzen der genannten Säuren, Salzen der genannten Amine, Polyolen, Mischungen hiervon. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Additivzusammensetzung eine wässrige Lösung, erhältlich durch Vermischen einer wässrigen Lösung von Kaliumzir- koniumcarbonat mit Natriumtrimetaphosphat und/oder Kaliumtrimetaphosphat.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Additivzusammensetzung eine wässrige Lösung, erhältlich durch Vermischen einer wässrigen Lösung von Kali- umzirkoniumcarbonat mit Natriumtripolyphosphat und/oder Kaliumtripolyphosphat.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Additivzusammensetzung eine wässrige Lösung, erhältlich durch Vermischen einer wässrigen Lösung von Kaliumzirkoniumcarbonat mit einem Natrium- und/oder einem Kaliumorthophosphat.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Bestandteile c) bis h) Liganden, ausgewählt unter Citronensäure, Glycin, DTPMP, EDTA, Oxalsäure, Sorbitol, PBTC, Weinsäure.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Additivzusammensetzung in fester Form vor, insbesondere in Form eines Pulvers, erhältlich durch Trocknen einer wässrigen Additivzusammensetzung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Additivzusammensetzung in fester Form, insbesondere in Form eines Pulvers vor. Besonders bevorzugt sind feste Additivzusammensetzungen, die erhältlich sind durch Vermischen von festem Kaliumzirkoniumcarbonat mit wenigstens einem ortho-Phosphat, ausgewählt unter Natriumphosphat und Kaliumphosphat oder durch Trocknen einer wässrigen Lösung, die erhält- lieh ist durch Vermischen einer wässrigen Lösung von Kaliumzirkoniumcarbonat mit einem Natrium- und/oder einem Kaliumorthophosphat.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung betreffen auch feste, polysaccharidhalti- ge Zusammensetzungen, die wenigstens eine erfindungsgemäße Additivzusammensetzung in fester Form oder in wässriger Form aufweisen.
Neben der erfindungsgemäßen Additivzusammensetzung A enthalten diese Zusammensetzungen wenigstens einen für die Herstellung von Stärkeleimen üblichen Poly- saccharidbestandteil. Geeignete Polysaccharidbestandteile sind vor allem native Stärke und modifizierte Stärken, einschließlich Teilhydrolysaten der Stärke wie Dextrine. Geeignete native Stärken sind vor allem Stärken aus Weizen, Mais, Kartoffel, Tapioka, Reis oder Erbsen einschließlich sogenannter Wachsstärken wie Wachsmaisstärke (Waxy Maize) oder Potato Amylopectin®.
Die Herstellung von Stärkeleimen erfolgt insbesondere in Analogie zu den eingangs erwähnten, im Stand der Technik bekannten Verfahren. So können Stärke und/oder Stärkederivate beispielsweise gekocht werden, bis eine Verkleisterungsreaktion eintritt; auch können speziell modifizierte, kaltwasserlösliche Stärkederivate eingesetzt werden oder auch das Stein-Hall-Verfahren verwendet werden. Weitere bekannte Verfahren zur Herstellung von Stärkeleimen sind auch das Minocar Verfahren oder das No- Carrier Verfahren. Die Zugabe der erfindungsgemäßen Additivzusammensetzung kann beispielsweise zu dem Stärkeleim zugegeben werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Zugabe der erfindungsgemäßen Additivzusammensetzung zu Stärke und/oder Stärke- derivate und/oder Dextrinen mit einer darauffolgenden Herstellung eines Stärkeleims.
Die erfindungsgemäßen Stärkeleime können in an sich bekannter Weise bei der Herstellung von papierhaltigen Produkten, wie beispielsweise Papier, Karton, Pappe, Wellpappe und Papierhülsen zur Verklebung verwendet werden. Bei der Verklebung insbesondere von einzelnen Papierlagen der papierhaltigen Produkte mit Stärkeleim wird eine starke Bindung zwischen den Papierlagen ausgebildet und stabile papierhal- tige Produkte hergestellt. Die erfindungsgemäßen Stärkeleime eignen sich daher insbesondere zur Herstellung von Wellpappe und Papierhülsen. ABKÜRZUNGEN
Es werden folgende Abkürzungen verwendet:
SL Stärkeleim SL-1 Maisstärke (C*Size 03453) der Firma Cargill
SL-2 Weizenstärke der Firma Cargill
SL-3 Mylbond®210, modifizierte Weizenstärke der Firma Tereos Syral
SL-4 Mylbond®210, modifizierte Weizenstärke der Firma Tereos Syral SL-5 Allstarch®CWX 5, modifizierte Weizenstärke der Firma Interstarch
Gesellschaft mbH
SL-6 Mylbond®210, modifizierte Weizenstärke der Firma Tereos Syral
SL-7 bis SL-9 Maisstärke (C*Size 03453) der Firma Cargill
Stärke 1 Primärstärke im Stein-Hall-Verfahren
Stärke 2 Sekundärstärke im Stein-Hall-Verfahren
STMP Natriumtrimetaphosphat
STPP Natriumtripolyphosphat
KZC Kaliumzirkoniumcarbonat Die erfindungsgemäße Additivzusammensetzung für Stärkeleim und das Verfahren zur Herstellung der Additivzusammensetzung wird nachstehend durch die Beispiele näher erläutert.
BEISPIELE
Herstellung der Stärkeleime 1 bis 10 (SL-1 bis SL-10)
Die eingesetzte Stärke stammt beispielsweise aus Weizen, Mais, Waxy Maize, Kartoffel, Potato Amylopectin, Tapioka, Reis oder Erbsen, die als solche unmodifiziert verwendet wird oder chemisch oder enzymatisch oder physikalisch nach den allgemein bekannten Verfahren modifiziert sein kann.
Der Stärkeleim wurde in Anlehnung an das Stein-Hall-Verfahren aus Mischung einer verkleisterten Stärke, der sogenannten Primärstärke, und einer unverkleisterten, sogenannten Sekundärstärke hergestellt. Die Verkleisterung der Primärstärke erfolgte in einem Dispermat der Firma VMA-Getzmann mit einer Dissolverscheibe von 6,5 cm Durchmesser. Als Wasser wurde erwärmtes Stadtwasserl bzw. eine Mischung aus Stadtwasserl und Brauchwasserl (pH-Wert des Brauchwassers: 6,9, Leitfähigkeit des Brauchwassers: 3,6 mS/cm) in einem 1 L Edelstahlbehälter vorgelegt. Die Primärstärke wurde eingerührt und nach Zugabe der in Tabelle 1 angegebenen Menge an Natronlauge mit der angegebenen Umdrehungsgeschwindigkeit, bei der angegebenen Tem- peratur und über die angegebene Zeit verkleistert. Nach Zugabe von weiterem Stadt- wasser2 bzw. einer Mischung aus Stadtwasser2 und Brauchwasser2 wurde die Sekundärstärke ohne Klumpenbildung eingerührt, die erfindungsgemäße Additivzusammensetzung zudosiert und die Mischung mit der angegebenen Umdrehungsgeschwindigkeit über den angegebenen Zeitraum gerührt
Tab. 1 : Angaben zur Herstellung der Stärkeleime SL-1 bis SL-10.
Konzentration der Stärke als Handelsware, n.b.: nicht bestimmt)
In der nachfolgenden Tabelle 2 sind Zusammensetzungen für die erfindungsgemäße Additivzusammensetzung und für Vergleichsbeispiele dargestellt; die Angaben stellen die Gehalte in Gewichtsprozent dar. Die Beispiele 1 und 2 stellen den Stand der Tech- nik dar. Die Beispiele 3 bis 21 zeigen Vergleichsbeispiele und erfindungsgemäße Ausführungsformen. Die Aluminium- und Zirkoniumkonzentrationen werden wie im Stand der Technik üblich als Konzentrationen ihrer Oxide angegeben. Der Rest zu 100 % bedeutet Wasser und Carbonat mit Ausnahme des Beispiels 16, bei welchem zusätzlich 2,6 Gew.-% NH4+-Kationen enthalten sind.
Alumini¬
Zirkonium Wein ortho-
Beispiel Bemerkung um als STMP STPP Kalium als Zr02 säure PO43-
1 Borax
2 Prodac®
STMP fest, Ver¬
3 gleich 100
4 STPP fest, Vergleich 100
5 wässr. Lösung 12,5 15,9
6 wässr. Lösung 5 10 6,4
7 wässr. Lösung 5 10 6,4
Pulvermischung,
8 Vergleich 15,2 31 19,3
Pulvermischung,
9 Vergleich 15,2 31 19,3
Pulver Additivzusammensetzung 6
10 sprühgetrocknet 15 30 19, 1
1 1 wässr. Lösung 12,5 1 , 1 16
12 wässr. Lösung 4,8 2,3 15 6, 1
13 wässr. Lösung 5 7,6 3,3 5 9, 1
14 wässr. Lösung 5 7,6 3,3 9, 1
15 wässr. Lösung 5 2 12,5 8
16* wässr. Lösung 5 2 12,5
17 wässr. Lösung 1 ,9 5 6,2 2,6 5 10,4
18 wässr. Lösung 1 ,9 5 6,2 2,6 10,5
19 wässr. Lösung 3,8 5 8 3,3 5 12,9
Pulver, Additivzusammensetzung 19
20 sprühgetrocknet 7,6 10 16 6,6 10 25,8
21 wässr. Lösung 1 ,9 5 6,2 2,6 12 10,4
Tab. 2: Zusammensetzung der Additivzusammensetzungen. * enthält 2,6% NhU Als Rohstoffe wurden verwendet:
Wässrige Kaliumzirkoniumcarbonatlösung mit 12,5 Gew.-% ZrC"2, einem Car- bonatgehalt von 24,5 Gew.-% und einem Kaliumgehalt von 15,9 Gew.-%, her- gestellt aus basischem Zirkoniumcarbonat und Kaliumhydrogencarbonat,
Wässrige Kaliumzirkoniumcarbonatlösung mit 12,5 Gew.-% ZrC"2, einem Car- bonatgehalt von 21 ,3 Gew.-% und einem Kaliumgehalt von 13,9 Gew.-%, hergestellt aus basischem Zirkoniumcarbonat und Kaliumhydrogencarbonat, sprühgetrocknetes Kaliumzirkoniumcarbonat (KZC) mit 22,1 Gew.-% ZrC"2, ei- nem Carbonatgehalt von 40 Gew.-% und einem Kaliumgehalt von 28 Gew.-%, wässrige Ammoniumzirkoniumcarbonatlösung mit 1 1 ,5 Gew.-% ZrC"2, einem Carbonatgehalt von 16 Gew.-% und einem Ammoniumgehalt von 5,9 Gew.-%, hergestellt aus basischem Zirkoniumcarbonat, Ammoniumhydrogencarbonat und Ammoniak,
- Natriumtrimetaphosphat der Firma BK Giulini GmbH,
Natriumtripolyphosphat der Firma BK-Giulini GmbH,
Kaliumtripolyphosphat der Firma BK-Giulini GmbH,
Natriumdihydrogenphosphat Monohydrat der Firma Sigma Aldrich,
Dinatriumhydrogenphosphat der Firma BK-Giulini GmbH,
- Kaliumdihydrogenphosphat der Firma BK-Giulini GmbH,
Dikaliumhydrogenphosphat der Firma BK Giulini GmbH,
Kaliumhydrogencarbonat der Firma Sigma Aldrich,
Ammoniumhydrogencarbonat der Firma Sigma Aldrich,
Weinsäure der Firma UD Chemie,
- wässriges Kaliumaluminat mit 19 Gew.-% AI2O3 und
Stadtwasser.
Alle wässrigen Lösungen wurden durch Mischen der entsprechenden Rohstoffe hergestellt, wobei klare bis trübe Lösungen anfielen. Nach einer Standzeit von jeweils min- destens 24 h wurden die Produkte als Additivzusammensetzung getestet. Die Additivzusammensetzungen 8 und 9 wurden hergestellt, indem sprühgetrocknetes Kaliumzirkoniumcarbonat (KZC) mit Natriumtrimetaphosphat (STMP) bzw. Natriumtripolyphosphat (STPP) vermischt wurden.
Additivzusammensetzung 10 entspricht Additivzusammensetzung 6, sprühgetrocknet. In der nachfolgenden Tabelle 3 ist die konventionelle Additivzusammensetzung Borax (Additivzusammensetzung aus Beispiel 1 , kurz: Additivzusammensetzungl ), den erfindungsgemäßen Additivzusammensetzungen 6 und 7 sowie vergleichenden Beispielen gegenüber gestellt.
Die Beurteilung erfolgte nach den Parametern Lory-Viskosität, Gelierpunkt und An- fangs-Klebekraft (Tack) für einen Stärkeleim. Als Vergleich dienten hierbei praxisnahe Rezepturen mit den borhaltigen Additiven Borax oder Prodac®.
Die Bestimmung der Lory-Viskosität erfolgt als Auslaufzeit des Stärkeleims in Sekunden aus einem Lory LCH Becher (Elcometer 2215). Der zu vermessende, auf 30° tem- perierte Stärkeleim wird in einen ebenfalls auf 30 °C vortemperierten zylindrischen Lory LCH Becher gefüllt und über die Bodenöffnung mit einem Durchmesser von 4 mm auslaufen gelassen. Sobald der Stärkeleim beginnt auszulaufen, wird eine Stoppuhr gestartet. Am Becherboden ist mittig ein Kegel angebracht, dessen Spitze zum oberen Rand des Bechers einen Abstand von 31 mm hat. Sobald die Kegelspitze nicht mehr mit Stärkeleim überdeckt und sichtbar wird, wird die Zeitnahme beendet. Die gestoppte Zeit in Sekunden wird als Lory-Viskosität angegeben.
Die Bestimmung des Gelierpunkts des Stärkeleims erfolgte nach einer Methode der Firma Cargill. Hierzu wird der Mantel eines Glasgefäßes mit Doppelmantel mit vollent- salztem Wasser, welches als Wärmeträgermedium fungiert, gefüllt. Der innere Raum des Glasgefäßes, in dem sich ein Magnetrührkern befindet, wird mit dem Stärkeleim gefüllt. Das Gefäß wird auf einen Magnetrührer mit Heizung gestellt und unter Rühren mit einer Heizrate von 2,5 °C/min aufgeheizt. Ist der Gelierpunkt erreicht, beginnt die Temperatur leicht zu fallen. Die maximale Temperatur an diesem Punkt wird als Ge- lierpunkt notiert.
Um die Güte der Verklebung festzustellen, wird z.B. die Reißprobe eingesetzt: Hierzu wird bei einem Stück Wellpappe die glatte Bahn von der Wellenbahn abgerissen. Je mehr Faserrückstände an den vormaligen Klebestellen zurückbleiben, desto besser war die Verklebung. Eine sehr gute Verklebung ist daran zu erkennen, dass sich die beiden Papierbahnen nur mit Faserabriss wieder trennen lassen.
Die Bestimmung der Anfangs-Klebekraft erfolgte mit der nachfolgend beschriebenen Methode. Es wurden Wellenstoffpapierstreifen mit einem Gewicht von 100 g/m2 und einer Größe von 30 x 70 mm für mindestens 12 h bei 60 °C im Wärmeschrank tempe- riert. Auf ein erstes Probestück wurde mit einer 50 μηη Handrakel eine Stärkeleimmenge flächig aufgetragen mit Ausnahme eines 1 cm breiten Streifens an einem Wellen- stoffpapierstreifenende. Das auf einen Quadratmeter Wellenstoffpapier hochgerechnete Auftragsgewicht würde 50 g betragen. Die aufgetragene Stärkeleimschicht wurde mit einem gleichgroßen, zweiten, ebenfalls bei 60 °C temperiertem Wellenstoffpapierstrei- fen passgenau überdeckt und mit einer 4 kg schweren Rolle einmal überrollt. Das Bestreichen und Verkleben der Wellenstoffpapierstreifen nahm 6 bis 7 Sekunden in Anspruch. Die verklebten Wellenstoffpapierstreifen wurden in einem Wärmeschrank bei 60 °C gelagert. In Abständen von 5 Sekunden wurde jeweils ein verklebter Wellen- stoffpapierstreifen aus dem Trockenschrank entnommen und die zusammengeklebten Wellenstoffpapierstreifen wurden von Hand auseinander gezogen. Danach wurde die Oberfläche der nun getrennten Verklebung visuell hinsichtlich Faserausrissen aus der Oberfläche beurteilt. Die Zeit nach der Entnahme des verklebten Wellenstoffpapierstreifen aus dem Trockenschrank wurde festgehalten, bei der ein Faserriss über die gesamte Verklebungsbreite des zuvor verklebten Wellenstoffpapierstreifen feststellbar war. Jeder in der Tabelle 3 und den nachfolgenden Tabellen angegebene Tackwert ist das Mittel aus mindestens fünf Einzelmessungen. Rakel, Rolle und Arbeitsunterlage waren temperiert auf den Bereich von 20 - 25°C. Ein Faserriss über die gesamte Verklebungsbreite eines zuvor verklebten Wellenstoffpapierstreifen nach einer kurzen Verweilzeit bedeutet eine hohe Anfangs-Klebekraft.
Tab. 3: Einfluss der Additivzusammensetzungen 1 bis 10 aus Tabelle 2 auf die Parameter Lory-Viskosität, Gelierpunkt und Anfangs-Klebekraft für den Maisstärkeleim SL-1 aus Tabelle 1 .
Die in den Tabellen angegebenen Konzentrationen der Additivzusammensetzungen bzgl. Stärke stellen die Gewichtsprozente der Additivzusammensetzung dar, wie sie anfällt, d.h. als wässrige Lösung oder Dispersion oder festes Pulver, bezogen auf die Stärke als Handelsware. Aus Tabelle 3 ist zu erkennen, dass die Additivzusammensetzungen STMP und STPP Lory Viskosität und Tack nicht positiv beeinflussen können. Mit Additivzusammensetzung 5 (Kaliumzirkoniumcarbonat), ist zwar eine zu Borax vergleichbare Einstellung der Viskosität und des Gelierpunktes möglich, allerdings ist der Tack nicht ausrei- chend.
Vergleichbar guten Tack liefern die Additivzusammensetzungen 6 und 7, welche auf einer Kombination von Kaliumzirkoniumcarbonat und Natriumtrimetaphosphat bzw. Natriumtripolyphosphat basieren.
Sehr überraschend ist das unterschiedliche Verhalten der Additivzusammensetzungen 6 und 8 bzw. 7 und 9. Die Additivzusammensetzungen 6 und 7 stellen wässrige Lösungen von KZC und STMP bzw. KZC und STPP dar, wohingegen die Additivzusammensetzungen 8 und 9 Pulvermischungen von KZC und STMP bzw. KZC und STPP mit der entsprechenden Zusammensetzung der Lösungen sind. Hinsichtlich Lory Viskosität und Gelierpunkt bewegen sich alle Additivzusammensetzungen in einem noch akzeptablen Fenster, die Anfangsklebkraft ist bei den Pulvermischungen jedoch unzureichend. Wird die wässrige Lösung aus Beispiel 6 sprühgetrocknet, erhält man ein Pulver (Additivzusammensetzung 10) mit nahezu gleicher relativer Zusammensetzung wie die Additivzusammensetzung 6. Beim Test ergibt dieses sprühgetrocknete Produkt die gleichen Resultate wie die entsprechende Lösung.
Tab. 4: Einfluss der Additivzusammensetzungen 1 , 6 bis 10 aus Tabelle 2 auf die Parameter Lory-Viskosität, Gelierpunkt und Anfangs-Klebekraft für den Weizenstärkeleim SL-2 aus Tabelle 1. Tabelle 4 gibt die Untersuchungsergebnisse der Additivzusammensetzungen 1 und 6 bis 10 bei Weizenstärke wieder. Der Stärkeleim in Beispiel 33 wurde im Unterschied zur allgemeinen Herstell Vorschrift SL-2 mit 13,4 g Stärke 1 und 86,2 g Stärke 2 hergestellt, da bei gleicher Herstellmethode die Lory Viskosität deutlich unterhalb 20 s lag. Auch im Falle der Weizenstärke werden die Ergebnisse der Tabelle 3 bestätigt.
Das unterschiedliche Verhalten der Additivzusammensetzungen 6 und 8 bzw. 7 und 9 wurde genauer untersucht. Zu diesem Zweck wurde die Hydrolyse von STPP in wäss- riger Lösung bei 20 - 25°C verfolgt. Es kam eine Lösung zum Einsatz, die 7 Gew.-% STPP enthielt und einen Gehalt an KZC entsprechend 10 Gew.-% Zr02 aufwies. Die Gehalte der Hydrolyseprodukte wurden 31P-NMR spektroskopisch nach den in der nachfolgenden Tabelle 5 angegebenen Tagen ermittelt. Wie in der Tabelle 5 dargestellt verringerte sich der STPP-Gehalt innerhalb von 4 Tagen auf 0,4 Mol% und war danach nicht mehr nachweisbar. Der ortho-Phosphat-Gehalt erhöhte sich kontinuierlich bis bei der Messung nach 150 Tagen 100 Mol% bestimmt wurden.
Tab. 5: Hydrolyse von STPP in Gegenwart von KZC Entsprechend der Zusammensetzung der Hydrolyseprodukte wurde der Einfluss der verschiedenen Phosphatquellen auf die Eignung als Additivzusammensetzung für Stäkeleime untersucht. Tabelle 6 gibt eine Übersicht über die Zusammensetzungen der Additivzusammensetzungen, wobei die wässrigen Lösungen KZC in einer Menge enthalten, die einer Zr02 Konzentration in den Additivzusammensetzungen von jeweilsl O Gew.-% entsprechen und wobei das molare Verhältnis von CO32" : Zr bei 3,5 liegt. Die Konzentrationen der unterschiedlichen Phosphatquellen in Tabelle 6 sind in Gewichtsprozent angegeben. Beispiel 43 entspricht somit einer Additivzusammensetzung mit 10 Gew.-% Zr02, 2,62 Gew.-% NaH2P04 H20 und 5,4 Gew.-% Na2HP04. Die Additivzusammensetzung 39 wurde unmittelbar nach der Herstellung verwendet.
Beispiel Bemerkung NaH2P04 H20 Na2HP04 Na4P207 STPP
39 wässr. Lösung 7
40 wässr. Lösung 1 ,54 0 3,2 2,7
41 wässr. Lösung 2,57 0 5,02 0,09
42 wässr. Lösung 2,62 0,78 4,33 0
43 wässr. Lösung 2,62 5,4 0 0 Tab. 6: Additivzusammensetzungen basierend auf verschiedenen Phosphatquellen
Tab. 7: Einfluss der Additivzusammensetzungen 39 bis 43 aus Tabelle 6 auf Lory- Viskosität, Gelierpunkt und Anfangs-Klebekraft für die Maisstärkeleime SL-7, SL-8 und SL-9 aus Tabelle 1.
Tab. 8: Einfluss der Additivzusammensetzungen 39 bis 43 aus Tabelle 6 auf Lory-
Viskosität, Gelierpunkt und Anfangs-Klebekraft für den Stärkeleim SL-6 aus Tabelle 1 . Sowohl im Fall der Maisstärke (Beispiel 48, Tabelle 7) als auch im Fall der modifizierten Stärke Mylbond®210 (Beispiel 55, Tabelle 8) ist die ortho-Phosphat Variante favorisiert.
Vergleichbare Ergebnisse wurden erhalten, wenn die Natriumsalze der Additivzusam- mensetzungen 39 bis 43 durch die entsprechenden Kaliumsalze wie KH2PO4, K2HPO4, K4P2O7 und K5P3O10 ersetzt wurden. Lory- Zeitpunkt
BeiAdditivzusammensetKonz. bzgl. Gelierpunkt Tack bei
Viskosität der Messpiel zung aus Beispiel Stärke in % (°C) 60°C (s)
2215 (s) sungen
56 1 1 ,5 21 57 25 sofort nicht be¬
57 1 1 ,5 27 25 nach 24h stimmt
58 3 2 10 56 kein sofort
59 1 1 2,5 34 57 kein sofort
60 12 2,5 29 57 25 sofort nicht be¬
61 13 2,5 30 30 sofort stimmt
nicht be¬
62 14 3 31 kein sofort stimmt
63 15 2,5 21 58 40 sofort
64 16 2,5 23 58 40 sofort
65 17 1 ,7 29 55 30 sofort
66 18 1 ,7 26 55 kein sofort
67 19 1 ,5 23 55 40 sofort
68 20 0,85 25 55 40 sofort
69 21 2 23 58 25 sofort nicht be¬
70 21 2 29 30 nach 24h stimmt
Tab. 9: Einfluss der Additivzusammensetzungen 1 , 3, 1 1 bis 21 aus Tabelle 2 auf Lory- Viskosität, Gelierpunkt und Anfangs-Klebekraft für den Maisstärkeleim SL-1 .
In Tabelle 9 sind Untersuchungsergebnisse von Additivzusammensetzungen widerge- geben, die neben einem Zirkoniumcarbonat und einem kondensierten Phosphat zusätzlich Kaliumaluminat, Weinsäure und Dikaliumhydrogenphosphat enthalten. Die Ergebnisse zeigen auch hier, dass mindestens Zirkoniumcarbonate und ortho- Phosphate bzw. eine Kombination aus ortho-Phosphaten und Polyphosphaten anwesend sein müssen, um der Additivzusammensetzung eine akzeptable Qualität zu ver- leihen und zu dem Stand der Technik (Additivzusammensetzung 1 ) vergleichbare Werte zu erreichen. Tack
nach
Tack Lory 24h
Beispiel Konz. Lory- bei 2215 bei
Additivzusammenbzgl. Viskosität Gelierpunkt 60°C nach 60°C
setzung aus Beispiel Stärke 2215 (s) (°C) (s) 24h (s) (s)
71 2 1 ,4 18 58 25 20 25 Stadtwasser,
72 19 1 ,8 21 56 30 18 30 SL-3
73 2 1 ,4 15 n.b. 25 17 25 Stadtwasser und Brauch¬
74 19 2 16 n.b. 25 15 30
wasser, SL-4
Tab. 10: Einfluss der Additivzusammensetzung 19 aus Tabelle 2 auf Mylbond®210 der Firma Tereos Syral, Stärkeleime SL-3 und SL-4.
Tab. 1 1 : Einfluss der Additivzusammensetzung aus Beispiel 19 aus Tabelle 2 auf All- starch CWX 5 Firma Interstarch Gesellschaft mbH, Stärkeleim SL-5.
Wie im Fall der Additivzusammensetzungen 40 bis 43 (s. Tabellen 7 und 8) ist auch bei der Additivzusammensetzung 19 eine positive Wirkung auf die verschiedenen Leimpa- rameter, womit zum Stand der Technik (Additivzusammensetzungen 1 und 2) vergleichbare Werte erreicht werden, nicht nur bei nativer Stärke sondern auch bei modifizierten Stärken gegeben. Tabelle 10 zeigt dies am Beispiel der Stärke Mylbond®210 der Firma Tereos Syral (Stärkeleime SL-3 und SL-4) und Tabelle 1 1 am Beispiel der Stärke Allstarch CWX-5 der Firma Interstarch Gesellschaft mbH (Stärkeleim SL-5).
In der nachfolgenden Tabelle 12 sind die Additivzusammensetzungen zusammenge- fasst, welche durch Vermischen einer wässrigen Lösung von Kaliumzirkoniumcarbonat mit STMP und dem entsprechenden Liganden hergestellt wurden. Der Zr02-Gehalt der Endprodukte betrug jeweils 5 Gew.-%, der STMP-Gehalt jeweils 10 Gew.-% und der Kaliumgehalt jeweils 6,3 Gew.-%. Die Konzentration der Liganden ist in der Tabelle 12 als Gew.-% angegeben.
Nach der Herstellung der Additivzusammensetzungen und einer Standzeit von mindestens 24 h wurden die Additivzusammensetzungen am Stärkeleim, basierend auf der Stärke Mylbond®210 getestet (Tab. 13). Beispiel Bemerkung Ligand Konzentration
78 wässrige Lösung kein
79 wässrige Lösung Citronensäure 1 ,9
80 wässrige Lösung Glycin 2,2
81 wässrige Lösung DTPMP 1 ,7
82 wässrige Lösung EDTA 2,2
83 wässrige Lösung Oxalsäure 1 ,4
84 wässrige Lösung Sorbitol 2,4
85 wässrige Lösung PBTC 1 ,6
86 wässrige Lösung Weinsäure 2,4
Tab. 12: Additivzusammensetzungen mit verschiedenen Liganden, ZrÖ2. 5 Gew.-%, STMP: 10 Gew.-%, Kalium: 6,3 Gew.-%.
Lory-
Additivzusammensetzung Konz. bzgl. Viskosität Gelierpunkt Tack bei
Beispiel aus Beispiel Stärke in % 2215 (s) (°C) 60°C (s)
87 ohne Stabi 2,5 29 57 30
88 2 1 ,4 18 58 25
89 79 2,5 28 57 30
90 80 2,5 20 57 30
91 81 2,5 21 56 30
92 82 2,5 25 57 30
93 83 2,5 19 57 30
94 84 2,5 25 57 20
95 85 2,5 27 57 25
96 86 2,5 27 57 25
Tab. 13: Einfluss von Additivzusammensetzungen aus Tabelle 2 und 12 mit verschiedenen Liganden auf Stärkeleim, basierend auf der Stärke Mylbond®210, SL-3 aus der Tabelle 1.
Wie der Tabelle 13 zu entnehmen ist, sind bei einem bestehenden System über die Wahl der Liganden vielfältige Möglichkeiten gegeben, Einfluss auf die Lory-Viskosität und die Anfangs-Klebekraft zu nehmen.
Mit den Liganden als Stabilisatoren lassen sich wässrige Formulierungen herstellen, die eine Lagerstabilität von mehr als einem Jahr haben.
[Beispiel 97
250 g Mylbond®210 wurden unter Rühren mit 5,36 g der Additivzusammensetzung aus Beispiel 19 (Trockengehalt 47 %) besprüht und innig mit der Additivzusammensetzung vermischt. Die auf diese Weise erhaltene Stärkemischung kann ohne weitere Behandlung verwendet werden.
[Beispiel 98
Ein Stärkeleim wurde entsprechend der Vorschrift SL-3 hergestellt mit dem Unter- schied, dass anstatt der Stärke2 und der Additivzusammensetzung 76,3 g der Stärkemischung aus Beispiel 97 verwendet wurden. Die Kenngrößen Lory-Viskosität, Gelierpunkt und Anfangs-Klebekraft entsprechen denen des Beispiels 72 (Tabelle 10).
Beispiel 99 250 g Mylbond®210 wurden mit 2,68 g der Additivzusammensetzung 20 vermischt. Ein Stärkeleim wurde entsprechend Beispiel 98 hergestellt, wobei anstatt der Stärke 2 und der Additivzusammensetzung 75,5 g der Mischung zugegeben wurden. Die Kenngrößen Lory-Viskosität, Gelierpunkt und Anfangs-Klebekraft entsprechen denen des Bei- spiels 72 (Tabelle 10).
[Beispiel 100
250 g Maisstärke wurden unter Rühren mit 7 g der Additivzusammensetzung 43 besprüht und innig vermischt. Die auf diese Weise erhaltene Stärkemischung kann ohne weitere Behandlung verwendet werden.
[Beispiel 101
Ein Stärkeleim wurde entsprechend der Vorschrift SL-7 hergestellt mit dem Unterschied, dass anstatt der Stärke 2 und der Additivzusammensetzung 138,8 g der Stär- kemischung aus Beispiel 100 verwendet wurden. Die Kenngrößen Lory-Viskosität, Gelierpunkt und Anfangs-Klebekraft entsprechen denen des Beispiels 48 (Tabelle 7).
Beispiel 102
250 g Maisstärke wurden mit 0,7 g fein gemörsertem Na2HP04 und 3,17 g fein gemör- sertem sprühgetrocknetem KZC (22,1 Gew.-% Zr02, 40 Gew.-% CO3", 28 Gew.-% Kalium) innig vermischt. Es wurde ein Stärkeleim entsprechend der Vorschrift SL-7 hergestellt mit dem Unterschied, dass anstatt der Stärke2 und der Additivzusammensetzung 137,02 g der Mischung verwendet wurden. Es wurde ein Tack (60°C) von 30s ermittelt. Im Folgenden sind Beispiele aufgelistet, die die Ergebnisse mit dem Stärkeleim SL-10 widergeben. Im Unterschied zu den bisherigen Versuchen wurde der Klebetest mit Kraftliner bei 70 °C durchgeführt.
Tabelle 14: Einfluss der Additivzusammensetzungen 1 , 7 und 43 auf die Lory- Viskosität, den Gelierpunkt und den Tack bei Erbsenstärkeleim SL-10.

Claims

Patentansprüche
Verwendung einer Additivzusammensetzung in Form einer wässrigen Lösung oder Dispersion mit einem Feststoffgehalt im Bereich von 5 bis 75 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Additivzusammensetzung, erhältlich nach einem Verfahren umfassend das Vermischen der Bestandteile a) und b) in einem wässrigen Medium, wobei a) ausgewählt ist unter Natriumzirkoniumcarbonat,
Kaliumzirkoniumcarbonat, Ammoniumzirkoniumcarbonat und deren Gemischen, b) ausgewählt ist unter wenigstens einem ortho-Phosphat, wenigstens einem kondensierten Phosphat, deren Säuren und Gemischen als Additiv in Stärkeleim.
Verwendung nach Anspruch 1 , wobei die Additivzusammensetzung ein ortho- Phosphat enthält.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Konzentration des Zirkoniums in der Additivzusammensetzung, gerechnet als Zr02-Gehalt, im Bereich von 0,1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 20 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Additivzusammensetzung liegt.
Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der
Additivzusammensetzung das Gewichtsverhältnis von Zirkonium, gerechnet als Zr02-Gehalt, zu dem Bestandteil b), gerechnet als Reinstoff, im Bereich von 0,1 bis 20, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 10, besonders bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 5 liegt.
5. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der pH-Wert der wässrigen Lösung oder Dispersion größer als 6, vorzugsweise größer als 8 ist. 6. Additivzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bestandteil b) ausgewählt ist unter:
Diphosphaten, Oligophosphaten, Polyphosphaten, Metaphosphaten und ortho- Phosphaten sowie Mischungen hiervon.
7. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Additivzusammensetzung wenigstens einen weiteren Bestandteil enthält der ausgewählt ist unter den folgenden Gruppen c) bis i):
c) Hydroxycarbonsäuren, insbesondere Weinsäure, Äpfelsäure, Milchsäure, Glykolsäure, Gluconsäure, Citronensäure, und/oder Salze der wenigstens einen Hydroxycarbonsäure, insbesondere Natriumsalze, Kaliumsalze, Ammoniumsalze, Mischungen der vorgenannten
Hydroxycarbonsäure(n) und/oder deren Salz(en)
d) Di- oder Polycarbonsäure, die von Aminosäuren und
Hydroxycarbonsäuren verschieden sind, insbesondere Oxalsäure,
Maleinsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, Itaconsäure und/oder Salze der wenigstens einen Di- oder Polycarbonsäure, insbesondere Natriumsalze, Kaliumsalze, Ammoniumsalze, Mischungen der vorgenannten
Carbonsäure(n) und/oder deren Salz(en)
e) Aminosäuren, insbesondere Glycin, Glutaminsäure, Glutamin,
Asparaginsäure, Asparagin, Ethylendiamintetraessigsäure, Iminodisuccinat, N,N-bis(Carboxymethyl)-L-Glutamat, N,N-Bis(carboxymethyl)-alanin Natriumsalz, N,N-Bis(2-hydroxyethyl)glycin und/oder Salze der wenigstens einen Aminosäure, insbesondere Natriumsalze, Kaliumsalze,
Ammoniumsalze, Mischungen der vorgenannten Aminosäure(n) und/oder deren Salz(en)
f) Phosphonsäuren, insbesondere Phosphonsäure, 1 -Hydroxyethan-1 ,1 - diphosphonsäure, Amino-tris(methylenphosphonsäure),
2-Phosphonobutan-1 ,2,4-tricarbonsäure, Diethylentriamin- penta(methylenphosphonsäure), und/oder Salze der Phosphonsäuren, insbesondere Natriumsalze, Kaliumsalze, Ammoniumsalze, Mischungen der vorgenannten Phosphonsäure(n) und/oder deren Salz(en) g) Polyole, insbesondere Ethylenglykol, Glycerin, Sorbit, Inosit, Mono- und Disacchariden, wie Glucose oder Saccharose, Mischungen hiervon h) Alkanolamine, insbesondere Monoethanolamin, Diethanolamin,
Triethanolamin, Mischungen hiervon
i) Aluminate, insbesondere Natriumaluminat, Kaliumaluminat, Mischungen hiervon umfasst und Kombinationen der weiteren Bestandteile c) bis i).
Verwendung nach Anspruch 7, wobei das molare Verhältnis des Aluminats, gerechnet als A C -Gehalt, zu Zirkonium, gerechnet als Zr02-Gehalt, im Bereich von 0 bis 10, vorzugsweise im Bereich von 0 bis 5, besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 1 liegt.
9. Verwendung nach Anspruch 7, wobei das Gewichtsverhältnis der ein oder mehreren der weiteren Bestandteile c) bis h), gerechnet als Reinstoff, zu
Zirkonium, gerechnet als Zr02-Gehalt, im Bereich von 0 bis 10, vorzugsweise im Bereich von 0 bis 5, besonders bevorzugt im Bereich von 0 bis 3 liegt.
10. Verwendung einer Additivzusammensetzung in fester Form, insbesondere in Form eines Pulvers einer Additivzusammensetzung, als Additiv in Stärkeleim.
1 1 . Verfahren zur Herstellung einer Additivzusammensetzung nach einem der
Ansprüche 1 bis 9 in Form einer wässrigen Lösung oder Dispersion mit einem
Feststoffgehalt im Bereich von 5 bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Additivzusammensetzung, umfassend das Vermischen wenigstens eines Bestandteils a) mit wenigstens einem Bestandteil b) in einem wässrigen Medium, wobei der Bestandteil a) ausgewählt ist unter Natriumzirkoniumcarbonat,
Kaliumzirkoniumcarbonat, Ammoniumzirkoniumcarbonat und deren Gemischen, und der Bestandteil
b) ausgewählt ist unter wenigstens einem ortho-Phosphat, wenigstens einem kondensierten Phosphat, deren Säuren und Gemischen.
12. Verfahren zur Herstellung einer Additivzusammensetzung nach Anspruch 10, umfassend die Herstellung einer wässrigen Additivzusammensetzung nach Anspruch 1 1 und Trocknen der wässrigen Additivzusammensetzung oder das Vermischen von wenigstens einer Komponente a) ausgewählt unter
Natriumzirkoniumcarbonat, Kaliumzirkoniumcarbonat,
Ammoniumzirkoniumcarbonat und deren Gemischen mit einer Komponente b) ausgewählt unter wenigstens einem ortho-Phosphat, wenigstens einem kondensierten Phosphat, deren Säuren und Gemischen.
Polysaccharidzusammensetzung, umfassend wenigstens einen
Polysaccharidbestandteil, in Form von Stärke, modifizierten Stärkederivaten, Dextrinen und Mischungen hiervon und wenigstens eine
Additivzusammensetzung nach einem der vorherigen Ansprüche, enthaltend wenigstens ein ortho Phosphat.
14. Polysaccharidzusammensetzung nach Anspruch 13, wobei die Gesamtmenge von Bestandteil a), gerechnet als Zr02-Gehalt und Bestandteil b), gerechnet als Reinstoff, zu den Polysaccharid-Bestandteilen im Bereich von 0,0002 bis 0,05, vorzugsweise im Bereich von 0,0005 bis 0,04, besonders bevorzugt im Bereich von 0,001 bis 0,02 liegt.
15. Verwendung einer Polysaccharidzusammensetzung, wie in einem der Ansprüche 13 bis 14 definiert zur Herstellung von Stärkeleim. 16. Verwendung einer Polysaccharidzusammensetzung, wie in einem der Ansprüche 13 bis 14 definiert zur Herstellung von Papier, Karton, Pappe, Wellpappe, Papierhülsen.
17. Stärkeleim enthaltend eine Polysaccharidzusammensetzung nach einem der Ansprüche 13 oder 14.
18. Stärkeleim enthaltend die Additivzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Gesamtmenge von Bestandteil a), gerechnet als Zr02-Gehalt und Bestandteil b), gerechnet als Reinstoff, zu den Polysaccharid-Bestandteilen des Stärkeleims im Bereich von 0,0002 bis 0,05, vorzugsweise im Bereich von
0,0005 bis 0,04, besonders bevorzugt im Bereich von 0,001 bis 0,02 liegt.
19. Verwendung eines Stärkeleims, wie in einem der Ansprüche 17 und 18 definiert, zur Herstellung von Papier, Karton, Pappe, Wellpappe, Papierhülsen.
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