ES2252686T3 - Composiciones de pasta de pegamento a base de almidon. - Google Patents
Composiciones de pasta de pegamento a base de almidon.Info
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Abstract
Composición de pasta de pegamento a base de almidón que consiste en una mezcla de una pasta portadora y una pasta principal, en la que: - la pasta portadora es una pasta a base de almidón compuesta de un almidón seleccionado del grupo que consiste en almidón de maíz, almidón de trigo, almidón de centeno, almidón de avena, almidón de cebada, almidón de patata, almidón de tapioca y almidón de guisante, siendo cada uno almidón natural o almidón químicamente modificado, o cualquier mezcla de los mismos, agua y una base alcalina, en la que el almidón está presente en una concentración en el intervalo de 5 a 16% en peso basada en la cantidad total de agua en la pasta portadora, y la base alcalina está presente en una cantidad en el intervalo de 10 a 25% en peso, calculado como hidróxido de sodio y basada en la cantidad (sustancia seca) del almidón en la pasta portadora, - la pasta principal es una pasta a base de almidón compuesta de una mezcla de (i) almidón de arroz natural que contiene de 12 a20% en peso de amilosa, aproximadamente 1% en peso de otros compuestos, y un 87% en peso a 79% en peso complementario de amilopectina, o una versión acetilada del almidón de arroz natural que contiene de 0, 25 a 2, 5% en peso de grupos acetilo sobre el contenido de almidón seco, y (ii) un almidón seleccionado del grupo que consiste en almidón de maíz, almidón de trigo, almidón de centeno, almidón de avena, almidón de cebada, almidón de patata, almidón de tapioca y almidón de guisante, siendo cada uno almidón natural o almidón químicamente modificado, o cualquier mezcla de los mismos, agua y borato de sodio, en donde el almidón de arroz natural o versión acetilada del mismo está presente en el intervalo de 10 a 30% en peso sobre el contenido de almidón total (sustancia seca) de la pasta principal, la cantidad total de almidones en la pasta principal está en el intervalo de 25 a 50% en peso basada en la cantidad total de la pasta principal, y borato de sodio (calculado como bórax anhidro) está presente en una cantidad en el intervalo de 0, 3 a 3% en peso basada en la cantidad del almidón (sustancia seca) en la pasta principal, y - la relación en peso de pasta principal: pasta portadora está en el intervalo de 1:1 a 3:1.
Description
Composiciones de pasta de pegamento a base de
almidón.
La presente invención se refiere a composiciones
de pasta de pegamento a base de almidón y productos intermedios
para ella, su fabricación, el uso de las composiciones para la
fabricación de cartón corrugado laminado y al cartón corrugado
laminado.
Durante mucho tiempo diversas superficies de
producto se han unido mediante pegamentos. Las superficies típicas
que se unen a escala industrial mediante pegamentos incluyen
superficies de cartón y papel. Para este fin, se emplean
ampliamente composiciones de pasta de pegamento preparadas a partir
de almidón debido a la facilidad de su preparación, sus propiedades
técnicas y su disponibilidad con costes económicamente aceptables.
Se utilizan almidones de diversas fuentes. Se preparan comúnmente
las composiciones de pasta de pegamento a partir de almidón de
maíz, almidón de trigo, almidón de patata o almidón de tapioca. En
lo sucesivo el término maíz se refiere siempre a
maíz.
maíz.
Una clase particular de cartón que se utiliza
ampliamente para diversas aplicaciones es el cartón corrugado
laminado, que consiste en un material de núcleo de cartón que
presenta corrugados permanentes con un revestimiento adherente
sobre uno o en ambos lados. El revestimiento es frecuentemente una
lámina de cartón plano o papel. El material corrugado del núcleo se
une al(los) revestimiento(s) adherente(s)
mediante un pegamento que se aplica a las partes superiores de los
corrugados sobre el lado superior y/o el lado inferior del material
del núcleo, seguido de la puesta en contacto de estas partes
superiores con el(los) revestimiento(s) y la
aplicación presión y calor.
La fabricación de cartón corrugado laminado es
particularmente exigente para el pegamento, ya que el pegamento
tiene que poderse procesar fácilmente y tiene que garantizar que
durante la fabricación del laminado de las superficies del núcleo
corrugado y el revestimiento se peguen conjuntamente de forma rápida
con una buena unión inicial, que la conexión final presente una
buena resistencia adhesiva y que sea mínima la posible deformación
del revestimiento causada por el procedimiento de engomado.
Para la fabricación de cartón corrugado laminado,
se utilizan principalmente composiciones de pasta de pegamento a
base de almidón de maíz o almidón de trigo, ya que estos pegamentos
aseguran una buena resistencia adhesiva y la fuente de materiales
están ampliamente disponibles con costes económicamente
aceptables.
Convencionalmente, estas composiciones de pasta
de pegamento se preparan de conformidad con el método
Stein-Hall.
Es típico del método Stein-Hall
que la composición de pegamento contenga dos partes diferentes. La
diferencia resulta del hecho de que la composición de pegamento
está compuesta de una pasta portadora (también denominada pasta
primaria) y una pasta principal (también denominada pasta
secundaria), cuyas preparaciones son significativamente diferentes
una de otra, como según se explica más abajo en la descripción
siguiente.
La pasta portadora se prepara convencionalmente
mezclando el almidón en forma de polvo en agua calentada a
alrededor de 30 a 50ºC, con una adición posterior bajo agitación de
una cierta cantidad de hidróxido de sodio, por lo general en forma
de una disolución acuosa concentrada. La mezcla se mantiene durante
un tiempo a alrededor de 30 a 50ºC bajo agitación vigorosa con
cizallamiento hasta que se obtiene una viscosidad estable de la
mezcla (típicamente alrededor de 15 a 30 minutos), formando así la
pasta portadora. La concentración del almidón en la mezcla está
típicamente en el intervalo de 6 a 16% en peso y la relación en peso
de hidróxido de sodio: almidón está comúnmente en el intervalo de
1:10 a 1:4.
Durante el procedimiento de preparación, el
almidón en la pasta portadora se gelifica completamente. Dicho
almidón gelificado puede absorber/aglutinar hasta 20 gramos de agua
por gramo de almidón, que es mucho más de lo que puede lograr el
almidón no gelificado. El almidón no gelificado puede
absorber/aglutinar únicamente alrededor de 1 gramo de agua por
gramo de almidón.
La pasta principal convencionalmente se prepara
agitando el almidón en forma de polvo en agua a ó por debajo de la
temperatura ambiente y añadiendo bajo agitación una cierta cantidad
de bórax a la mezcla. La mezcla se agita durante alrededor de 10 a
30 minutos, produciendo así la pasta principal. La concentración del
almidón en la mezcla está en el intervalo de alrededor de 18 a 35%
en peso y la relación en peso de almidón:bórax comúnmente en el
Intervalo de 50:1 a 100:1. Ya que esta mezcla es mucho más
concentrada en almidón, contiene mucho menos base alcalina (bórax)
basada en el contenido de almidón que en el de la pasta portadora, y
se prepara alrededor o por debajo de la temperatura ambiente, el
almidón de la pasta principal no sufre gelificación. Como resultado
de la misma, el almidón de la pasta principal es almidón no
gelificado que puede absorber/aglutinar únicamente una cantidad
pequeña de agua, alrededor de un gramo de agua por gramo de
almidón.
La composición de pasta de pegamento se obtiene
entonces mezclando la pasta portadora con la pasta principal en una
relación en peso seleccionada de pasta principal:pasta portadora, la
cual está típicamente en el intervalo de 1:1 a 5:1.
Existen algunas variantes para la preparación de
pegamento de conformidad con el método Stein-Hall.
Siguiendo una variante que se utiliza típicamente a escala
industrial, la preparación de la composición de pasta de pegamento
se lleva a cabo en un reactor (procedimiento de un crisol), que
involucra los pasos subsecuentes de cargar la cantidad requerida de
agua, calentarla hasta alrededor de 30 a 50ºC, añadir la cantidad
requerida de almidón para la pasta portadora en forma de polvo bajo
agitación vigorosa, añadir la cantidad apropiada de disolución de
sosa cáustica y agitar la mezcla con cizallamiento a alrededor de 30
a 50ºC durante alrededor de 15 a 30 minutos. En consecuencia, se
añade agua a o por debajo de la temperatura ambiente bajo agitación
en la cantidad requerida para la pasta principal, seguido por la
cantidad requerida de almidón para la pasta principal en forma de
polvo. Después se añade la cantidad apropiada de bórax y se agita la
mezcla durante alrededor de 10 a 30 minutos, típicamente durante
alrededor de 15 minutos a temperatura ambiente, formando así la
composición de pasta de pegamento deseada.
Como resultado de la adición de la cantidad de
agua a o por debajo de la temperatura ambiente requerida para
formar la pasta principal, la temperatura total de la mezcla y la
concentración de la sosa cáustica en el total de la mezcla se
reduce a un nivel tal que el almidón que se añade para formar la
pasta principal no se gelifica del todo o se gelifica únicamente a
un grado no importante, típicamente menor que 1% en peso, que se
considera en el presente documento como no esencialmente
gelificada.
De conformidad con otra variante, también
utilizada a escala industrial, se prepara la pasta de pegamento
mediante un procedimiento de fabricación en línea.
Se han descrito algunas composiciones de pasta de
pegamento para la fabricación de cartón corrugado laminado que se
basan en ciertas combinaciones de almidones a partir de fuentes
vegetales diferentes, principalmente en los documentos JP
9-235529 y JP 2001-164213.
El documento JP 9-235529 (Rengo
Co Ltd) describe pastas de pegamento que son una mezcla de una pasta
de almidón de maíz y una pasta de almidón de tapioca en una
relación de contenido sólido de almidón de maíz: almidón de tapioca
de 10:90 a 70:30. Las pastas se preparan de manera separada a partir
de almidón de maíz y almidón de tapioca, respectivamente, agua, una
disolución acuosa de sosa cáustica y ácido bórico. En estas pastas
la relación en peso total de agua a total de almidón es de 3,00, la
concentración total de almidón es 24,7% en peso, la concentración
de sosa cáustica (calculada en la pasta) es de 0,60% en peso y el
contenido de bórax (que se calcula en el contenido de almidón) es
de 2,00% en peso.
El documento JP 2001-164213
(Tokan Kogyo Co Ltd) describe composiciones de pasta de pegamento
para laminar cartón corrugado preparado a partir de una mezcla de
almidón de maíz y almidón de arroz. De conformidad con el
procedimiento de fabricación descrito en el documento JP
2001-164213, que está basado en el método
Stein-Hall, se preparan por separado una pasta
portadora y una pasta principal y posteriormente ambas pastas se
mezclan para formar la composición de pasta de pegamento. La Tabla
5 del documento JP 2001-164213 describe
específicamente la preparación de una composición de pasta de
pegamento en donde (i) la pasta portadora contiene una relación en
peso de almidón de maíz: almidón de arroz de 1:1, un contenido total
de almidón de 8,6% en peso y una relación en peso de agua total:
almidón total de 10,4:1, y (ii) la pasta principal contiene una
relación en peso de almidón de maíz:almidón de arroz de 4:1, un
contenido total de almidón de 31,76% en peso y una relación en peso
de agua total:almidón total de 2,13:1. Se obtienen varias
composiciones de pasta de pegamento mezclando la pasta portadora y
la pasta principal en diferentes relaciones en peso.
El documento JP 2001-164213
especifica además que para que la pasta de pegamento presente buenas
propiedades de engomado, el almidón de arroz tiene que estar
presente en la pasta de almidón portadora así como en la pasta de
almidón principal, y la pasta de arroz tiene que estar presente en
la pasta de engomado (estando la mezcla de la pasta portadora y la
pasta principal) en una concentración total en el intervalo de 5 a
30% en peso de la parte sólida de la pasta de pegamento.
El documento JP 2001-164213
describe también como característica adicional de la invención que
la temperatura de inicio de gelificación de la pasta de pegamento
se reduzca de manera significativa en comparación con pastas de
pegamento convencionales a base de almidón. Como resultado de la
misma, se mejora el engomado inicial y se puede llevar a cabo el
engomado durante el procedimiento de laminación a temperaturas más
bajas que las que se utilizan para composiciones de pegamento
convencionales a base de almidón. El documento JP
2001-164213 refiere estas propiedades a la
presencia en la pasta portadora y en la pasta principal de almidón
de arroz que se sabe presentan una menor temperatura de
gelificación y una mayor velocidad de evaporación de humedad que el
almidón procedente del maíz, trigo, patata y tapioca.
El documento JP 2001-164213
describe en el párrafo 0023 que la presencia de almidón de arroz en
la pasta portadora es de importancia particular porque se considera
como un factor importante para obtener una buena potencia de
engomado inicial con menores temperatura de engomado, mientras que
el efecto del almidón de arroz en la pasta principal no parece que
sea muy considerable.
La cantidad de pasta de engomado de acuerdo con
el documento JP 2001-164213 que tiene que ser
aplicada para obtener buenas propiedades de engomado se puede
reducir en un 20% en comparación con composiciones convencionales
de pegamento a base de almidón, a saber convencionalmente desde
alrededor de 10 g/m^{2} hasta 8 g/m^{2}.
Adicionalmente, dicha reducción en temperatura
durante la fase inicial del procedimiento de laminado y en la
cantidad de pasta de pegamento que se tiene que aplicar, genera
menos deformación de la lámina de papel o cartón que está
revistiendo el núcleo de cartón corrugado.
Dependiendo de la variedad del arroz y el
procedimiento de fabricación del almidón de arroz, se producen
diversos tipos de almidón de arroz, los cuales difieren de manera
significativa en su composición. Sin embargo, el documento JP
2001-164213 no menciona el tipo de almidón de arroz
que se utiliza, así como el efecto del tipo de almidón de arroz
sobre las propiedades fisicoquímicas de la composición de pasta de
pegamento y sobre sus propiedades de engomado.
Aunque hasta ahora se han descrito diversas
composiciones de pegamento y están comercialmente disponibles
distintas composiciones de pasta de pegamento para la fabricación de
cartón corrugado laminado, estas composiciones presentan en común,
además de propiedades deseables, una o más desventajas, como por
ejemplo una escasa estabilidad de viscosidad de la pasta de
pegamento, resistencia insuficiente de engomado cuando se aplica en
cantidades pequeñas, necesidad de altas temperaturas para obtener
un buen engomado inicial, un alto contenido de agua que lleva a
mayores requerimientos de energía (alta temperatura y/o largos
períodos de calentamiento) para evaporar el agua durante la etapa
de laminado y engomado, una considerable deformación de los
revestimientos, y/o una escasa velocidad de fabricación en la etapa
de laminado/engomado.
En consecuencia, la industria está continuamente
buscando nuevas composiciones de pegamento para la fabricación de
cartón corrugado laminado, las cuales presentan propiedades
mejoradas y/o menos desventajas en comparación con composiciones de
pegamento conocidas.
En la búsqueda de composiciones alternativas y/o
mejoradas de pegamento, los inventores han descubierto nuevas
composiciones de pasta de pegamento a base de almidón para la
fabricación de cartón corrugado laminado que presentan
inesperadamente propiedades mejoradas y/o menos desventajas en
comparación con las composiciones de pegamento conocidas en la
técnica. Estas nuevas composiciones forman la base de la presente
invención.
En un aspecto la presente invención se refiere a
una composición de pasta de pegamento a base de almidón que consiste
en una mezcla de una pasta portadora (también llamada pasta
primaria) y una pasta principal (también llamada pasta secundaria),
en donde:
- -
- la pasta portadora es una pasta a base de almidón compuesta de almidón de cereal, almidón de tubérculo, almidón de guisante o cualquier mezcla de los mismos, típicamente de un almidón seleccionado del grupo que consiste en almidón de cereal (maíz), almidón de trigo, almidón de centeno, almidón de avena, almidón de cebada, almidón de patata, almidón de tapioca y almidón de guisante, siendo cada uno almidón natural o almidón químicamente modificado, o cualquier mezcla de los mismos, agua y una base alcalina, preferiblemente hidróxido de sodio, en donde el almidón está presente en una concentración en el intervalo de 5 a 16% en peso, preferiblemente de 6 a 10% en peso, con base en la cantidad total de agua en la pasta portadora, y la base alcalina está presente en una cantidad en un intervalo de 10 a 25% en peso, preferiblemente de 15 a 25% en peso, calculada como hidróxido de sodio (NaOH) y con base en la cantidad (sustancia seca) del almidón en la pasta portadora,
- -
- la pasta principal es una pasta a base de almidón compuesta de una mezcla de (i) almidón de arroz natural, o una versión acetilada del mismo que contiene de 0,25% en peso a 2,5% en peso de grupos acetilo sobre contenido de almidón seco (en lo sucesivo referido como almidón de arroz acetilado), y (ii) un almidón de cereal, almidón de tubérculo, almidón de guisante o cualquier mezcla de los mismos, típicamente un almidón seleccionado del grupo que consiste en almidón de cereal (maíz), almidón de trigo, almidón de centeno, almidón de avena, almidón de cebada, almidón de patata, almidón de tapioca y almidón de guisante, siendo cada uno almidón natural o almidón químicamente modificado, o cualquier mezcla de los mismos, agua y borato de sodio, típicamente bórax, en donde el almidón de arroz natural o versión acetilada del mismo está presente en una cantidad en el intervalo de 10 a 30% en peso, preferiblemente de 15 a 25% en peso, típicamente de 15 a 19% en peso, sobre un contenido total de almidón (sustancia seca) de la pasta principal, la cantidad total de almidones en la pasta principal está en el intervalo de 25 a 50% en peso, preferiblemente de 35 a 45% en peso con base en la cantidad total de la pasta principal, y borato de sodio (calculado como bórax anhidro) está presente en una cantidad en el intervalo de 0,3 a 3% en peso, preferiblemente de 0,5 a 2% en peso, con base en la cantidad del almidón (sustancia seca) en la pasta principal, y
- -
- la relación en peso de pasta principal:pasta portadora está en el intervalo de 1:1 a 3:1, preferiblemente de 1,4:1 a 2:1.
El término base alcalina en el presente documento
se refiere a una base compuesta de un catión de un metal alcalino y
un anión que es un anión hidroxilo o un anión derivado de un ácido
orgánico débil o ácido inorgánico débil. La base alcalina usada en
la preparación de la pasta portadora preferiblemente es una base de
sodio, típicamente es hidróxido de sodio, que se utiliza comúnmente
en la forma de una disolución acuosa concentrada, por ejemplo una
disolución de sosa cáustica de 25 a 50% en peso. La base alcalina
utilizada en la preparación de la pasta principal es borato de
sodio y se puede utilizar en forma de bórax anhidro, pentahidrato de
bórax, decahidrato de bórax y como una disolución acuosa de bórax.
Estas formas están todas disponibles comercialmente en diversos
grados. También se puede generar in situ borato de sodio
mediante la reacción de ácido bórico con hidróxido de sodio en un
medio acuoso en la mezcla que forma la pasta principal.
Se conocen bien en la técnica y están
comercialmente disponibles almidones de cereal que incluyen, por
ejemplo, almidón de maíz, almidón de trigo, almidón de centeno,
almidón de avena y almidón de cebada, almidones de tubérculos que
incluyen, por ejemplo, almidón de patata y almidón de tapioca, y
almidón de guisante, que están comercialmente disponibles en
diversos tipos y grados. Las clases típicas de almidones incluyen
almidones naturales y químicamente modificados, como almidones
acetilados (almidones que contienen de 0,25% en peso a 2,5% en peso
de grupos acetilo sobre un contenido de almidón seco), almidones
reticulacos con un bajo grado de reticulación, por ejemplo que se
obtienen mediante la reacción del almidón con 100 ppm a 700 ppm de
oxitricloruro de fósforo (OPCl_{3}), y almidones que presentan
una combinación de ambas modificaciones químicas. Todos estos
almidones y cualquier mezcla de los mismos son adecuados para la
preparación de la composición de pasta de pegamento a base de
almidón de acuerdo con la presente invención.
El almidón de arroz que es adecuado para la
preparación de la pasta principal de acuerdo con la presente
invención tiene que ser almidón de arroz natural que contenga de
12% en peso a 20% en peso de amilosa, alrededor de 1% en peso de
otros compuestos, como por ejemplo proteínas, y 87% en peso a 79% en
peso complementario de amilopectina. La versión acetilada del
almidón de arroz que es adecuado para la presente invención debe
tener una composición que corresponda al de dicho almidón de arroz
natural adecuado. Un almidón de arroz natural preferido contiene de
16% en peso a 18% en peso de amilosa y 83% en peso a 81% en peso
complementario de amilopectina. El almidón de arroz natural más
preferido y versión acetilada del mismo contiene alrededor de 18% en
peso de amilosa. Dichos almidones de arroz natural y almidones de
arroz acetilado están comercialmente disponibles, por ejemplo,
como, respectivamente, Remy CB y Remygel 6-211
distribuido por REMY INDUSTRIES n.v.,
Bélgica.
Bélgica.
En una realización preferida, el almidón que
forma la pasta portadora y el almidón que forma el componente de
almidón principal de la pasta principal son de la misma fuente y
tipo de vegetal. Típicamente se prefiere almidones naturales y
químicamente modificados de almidón de maíz, almidón de trigo,
almidón de centeno, almidón de patata y almidón de tapioca. Más
preferiblemente el almidón de la pasta portadora y el componente de
almidón principal de la pasta principal es almidón de maíz natural,
almidón de maíz reticulado, almidón de trigo natural o almidón de
trigo reticulado, más preferiblemente almidón de trigo natural o
reticulado.
La composición de pasta de pegamento a base de
almidón de la invención puede contener opcionalmente adyuvantes en
una concentración muy baja, por ejemplo biocidas y/o agentes
repelentes de agua, que no afectan las propiedades de engomado sino
que se utilizan comúnmente en composiciones de pegamento para la
fabricación de cartón y artículos de cartón corrugado laminado,
como artículos que se utilizan para el almacenamiento refrigerado de
vegetales y frutas.
En un segundo aspecto, la presente invención se
refiere a un método para la fabricación de las composiciones de
pasta de pegamento a base de almidón definidas anteriormente en el
presente documento, que se basan en el método
Stein-Hall.
De acuerdo con una primera variante (denominada
en este documento Variante A), se preparan por separado una pasta
portadora a base de almidón y una pasta principal a base de almidón
y posteriormente se mezclan para producir la composición de
pegamento a base de almidón de acuerdo con la presente invención. La
pasta portadora y la pasta principal, así como la mezcla de las
mismas se pueden preparar convencionalmente, como se describe por
ejemplo a continuación.
La pasta portadora se prepara mezclando el
almidón definido anteriormente, preferiblemente en forma de polvo
en agua de alrededor de 30ºC a 50ºC con la adición posterior bajo
agitación de la base alcalina, por lo general como una disolución
acuosa concentrada de hidróxido de sodio. Se aplica agitación con
cizallamiento elevado a alrededor de 30ºC a 50ºC, preferiblemente
de 40ºC a 45ºC, frecuentemente durante alrededor de 15 a 40 minutos,
hasta que el almidón está completamente gelificado y se obtiene una
mezcla con una viscosidad estable. El tiempo en el que la mezcla se
agita para obtener la gelificación completa depende en gran medida
de la fuente vegetal y el tipo del almidón. Por ejemplo, el almidón
de maíz natural requiere alrededor de 15 minutos y el almidón de
arroz natural alrededor de 30 minutos de agitación a alrededor de
40ºC.
La pasta principal se prepara agitando la mezcla
del almidón de arroz o almidón de arroz acetilado y un almidón
definido anteriormente, preferiblemente en forma de polvo, en agua a
o por debajo de la temperatura ambiente y añadiendo bajo agitación
la cantidad requerida de borato de sodio, típicamente bórax, o una
cantidad apropiada de ácido bórico e hidróxido de sodio, a la
mezcla. Posteriormente, se agita la mezcla hasta producir una pasta
homogénea, que típicamente toma alrededor de 5 a 15 minutos. Son
posibles variantes para la adición de los almidones: el almidón de
arroz y el otro almidón o almidones pueden añadirse en forma de una
premezcla, así como separadamente en cualquier orden. El orden en
los que se añaden los almidones para formar la mezcla de la pasta
principal esencialmente no tiene efecto alguno sobre la calidad y
propiedades de la pasta obtenida.
La composición de pasta de pegamento a base de
almidón de acuerdo con la invención se obtiene entonces mezclando
las cantidades apropiadas de pasta portadora y pasta principal.
Típicamente la pasta principal se añade bajo agitación a la pasta
portadora y se continúa la agitación hasta que se obtiene una pasta
homogénea, lo cual típicamente requiere alrededor de 10 a 30
minutos.
Los almidones y las relaciones en peso de los
almidones, agua, base alcalina y borato de sodio y la relación de
pasta principal:pasta portadora en el método anterior de fabricación
corresponden a los definidos anteriormente para la composición de
pasta de pegamento a base de almidón de acuerdo con la
invención.
Ya que la pasta principal es mucho más
concentrada en almidón, contiene mucho menos base alcalina calculada
sobre el contenido de almidón en comparación con la pasta portadora
(primaria), y se prepara a o por debajo de la temperatura ambiente,
los almidones en la pasta principal (secundaria) no sufren
gelificación o se someten a gelificación únicamente hasta un grado
no importante, siendo típicamente menor que 1%.
Adicionalmente, en la mezcla de la pasta
portadora y pasta principal que forma la composición de pasta de
pegamento, el almidón de la pasta principal permanece no gelificado
o esencialmente no gelificado (es decir, la gelificación
típicamente es menor que 1% en peso), ya que toda o aproximadamente
toda la base alcalina utilizada en la preparación de la pasta
portadora ha reaccionado en esa etapa del procesamiento, y como
resultado del mezclado de la pasta portadora con la pasta
principal, disminuye la temperatura de la pasta principal y se
reduce la alcalinidad de la mezcla mediante el efecto de dilución a
un valor de pH demasiado bajo para ocasionar la gelificación.
En consecuencia, en contraposición con el almidón
de arroz en las composiciones de pegamento descritas en el
documento JP 2001-164213, el almidón de arroz en la
composición de pasta de pegamento de la presente invención no está
gelificado o cuando mucho está gelificado a un grado no
significativo, típicamente menor que 1% en peso.
La selección del almidón o mezcla de almidones
(que incluye la fuente vegetal, el tipo [almidón natural o
químicamente modificado], y grado del almidón), la concentración de
almidón en la pasta portadora y en la pasta principal, la relación
en peso de los almidones en las mezclas, y la relación en peso de
los almidones con la base alcalina y con el borato de sodio se
pueden realizar con base en el conocimiento común, tomando en
cuenta por ejemplo las propiedades del almidón seleccionado o mezcla
de almidones, la viscosidad deseada de la composición de pasta, la
estabilidad de la viscosidad de la composición de pasta de pegamento
y la disponibilidad y costes de los almidones.
La selección de la relación en peso de almidón de
arroz: otro almidón (o mezcla de otros almidones) se puede realizar
fácilmente por la persona experta en la técnica mediante unos pocos
experimentos de rutina, en base a las propiedades presentadas por
la composición de pasta de pegamento, por ejemplo considerando la
viscosidad y la estabilidad de viscosidad de la composición de
pasta de pegamento, la rapidez y calidad del engomado inicial del
cartón corrugado al revestimiento, los requerimientos de
calentamiento para obtener un engomado conjunto completo y la
calidad (resistencia) de la unión final obtenida.
De acuerdo con una segunda variante preferida
(denominada en este documento variante B), la composición de pasta
de pegamento a base de almidón de la presente invención se fabrica
mediante un procedimiento de preparación de un crisol. Con este
fin, en una primera etapa, la pasta portadora se prepara según se
indica anteriormente. Esto incluye añadir bajo agitación el almidón
o mezcla de almidones en forma de polvo al agua a una temperatura
de alrededor de 30º a 50ºC y añadir la base alcalina, típicamente
sosa cáustica, seguido por agitación de la mezcla bajo elevado
cizallamiento, frecuentemente durante alrededor de 10 a 40 minutos,
hasta que se obtiene una mezcla de almidón completamente gelificada
y con una viscosidad estable. Posteriormente, en una segunda etapa,
se añade agua a o por debajo de la temperatura ambiente bajo
agitación a la mezcla obtenida en la primera etapa, seguida por la
adición bajo agitación del almidón de arroz y uno o más de los otros
almidones seleccionados. Los almidones que forman la pasta
secundaria se pueden añadir ya sea por separado o en forma de una
premezcla que puede tener la forma de una mezcla seca o en forma de
una pasta acuosa. Entonces se añade borato de sodio, típicamente
bórax, bajo agitación. El borato de sodio puede añadirse además
antes o durante la adición del almidón de arroz y/o el otro almidón
o almidones. La mezcla obtenida se homogeniza mediante agitación,
que típicamente toma alrededor de 10 a 30 minutos, produciendo la
composición de pegamento final.
Las relaciones en peso de los componentes
utilizados en la primera etapa (que forman la pasta primaria) y la
segunda etapa (que forma la pasta secundaria) y la relación en peso
de pasta secundaria:pasta primaria, corresponden a las indicadas
anteriormente para la pasta de pegamento de acuerdo con la presente
invención.
La composición de pasta de pegamento obtenida
mediante el procedimiento de fabricación de un crisol anteriormente
mencionada se caracteriza también por la presencia de almidones de
dos tipos diferentes, a saber almidón completamente gelificado que
resulta de la primera etapa y que forma la pasta primaria, y el
almidón no gelificado que resulta de la segunda etapa del
procedimiento y que forma la pasta secundaria.
Ambos métodos, el método que implica la
preparación separada de la pasta portadora y la pasta principal,
seguido por la mezcla de las mismas para formar la composición de
pasta de pegamento, así como el método de fabricación de un crisol,
se pueden llevar a cabo de acuerdo con las técnicas convencionales.
El método de fabricación de un crisol se utiliza comúnmente a
escala industrial. También se puede utilizar un procedimiento de
mezcla en línea para la fabricación de la pasta de pegamento de la
invención a escala semiindustrial o industrial.
La premezcla, en particular la premezcla seca,
compuesta de una mezcla en la relación de peso apropiada definida
anteriormente entre dicho almidón de arroz natural o almidón de
arroz acetilado, y consistiendo uno o más de dichos otros almidones
seleccionados del grupo anteriormente definido en almidón de maíz,
almidón de trigo, almidón de centeno, almidón de avena, almidón de
cebada, almidón de patata, almidón de tapioca y almidón de
guisante, siendo cada almidón natural o almidón químicamente
modificado, o cualquier mezcla de los mismos, que constituye un
producto intermedio compuesto especialmente para la preparación de
la pasta secundaria (de acuerdo con la variante A, así como la
variante B) para la fabricación de la composición de pasta de
pegamento de acuerdo con la presente invención.
En dicha premezcla, el contenido del almidón de
arroz natural o almidón de arroz acetilado puede estar en el
intervalo de 10 a 30% en peso, preferiblemente de 15 a 25% en peso,
más preferiblemente de 15 a 19% en peso. Se puede preparar la
premezcla mediante métodos convencionales como mezclando simplemente
los componentes secos en la relación de peso deseada.
En un tercer aspecto, la presente invención se
refiere a un método para la fabricación de cartón corrugado
laminado que contiene las etapas de (i) aplicar una película de
composición de pasta de pegamento a base de almidón de acuerdo con
la presente invención a las partes superiores de los corrugados en
uno o ambos lados de un cartón corrugado, (ii) poner en contacto un
revestimiento con las partes superiores del cartón corrugado que
soporta dicha pasta de pegamento a base de almidón al aplicar
presión y calor para iniciar la gelificación y para asegurar una
unión inicial de las superficies en contacto con la composición del
pegamento, y (iii) completar el engomado del cartón corrugado al
revestimiento aplicando calor a las superficies unidas inicialmente,
produciendo así el cartón corrugado laminado deseado.
La fabricación de cartón corrugado laminado se
puede llevar a cabo mediante técnicas convencionales y de cuerdo
con condiciones convencionales respecto a presión, calor y
velocidad, las cuales son todas bien conocidas en la técnica.
La aplicación de presión y calor en la etapa de
la unión inicial del núcleo y revestimiento puede, por ejemplo,
llevarse a cabo al mismo tiempo cuando se ponen en contacto las
partes superiores del núcleo corrugado cubierto con pegamento a
base de almidón en contacto con el revestimiento, o de manera
consecutiva (presión seguida de calor). También es posible
precalentar el núcleo corrugado y/o el material de revestimiento
antes de poner en contacto la pasta de pegamento con las partes
superiores de los corrugados y poner en contacto el núcleo y el
revestimiento con cada uno de los otros bajo presión.
En un cuarto aspecto la presente invención se
refiere a un cartón corrugado laminado en el cual el revestimiento
se ha unido al cartón corrugado mediante una composición de pasta de
pegamento a base de almidón de la presente invención como se define
anteriormente.
Esta incluye todo tipo de cartón corrugado
laminado que se puede fabricar mediante técnicas convencionales,
incluyendo el método descrito anteriormente. Dichos tipos de cartón
corrugado laminado comprenden (i) cartón que consiste en un núcleo
de cartón corrugado que se lamina sobre uno o ambos lados con un
revestimiento, (ii) cartón que consiste en un revestimiento unido
sobre cada lado a un cartón corrugado que a su vez está revestido o
no en los lados externos, y (iii) un cartón de capas múltiples
compuesto de dos o más núcleos de cartón corrugado laminado, que se
unen mediante una composición de pasta de pegamento de la presente
invención.
Se entiende que la composición de pegamento de la
presente invención se puede también utilizar para unir conjuntamente
otras superficies diferentes al cartón corrugado y cartón plano o
superficies de papel. El experto en la técnica puede determinar
fácilmente mediante unas cuantas pruebas de rutina si la composición
de pegamento de la presente invención es adecuada o no para unir
apropiadamente otras superficies seleccionadas.
Se debe observar que, a diferencia del documento
JP 2001-164213, la composición de pegamento de la
presente invención contiene únicamente almidón de arroz en el
componente de pasta principal de la composición de pegamento y que,
en consecuencia, dicho almidón de arroz no está gelificado o
esencialmente no gelificado.
Esta característica genera varias ventajas en
comparación con las composiciones del documento JP
2001-164213, como un procedimiento de fabricación
más económico y simple. Se sabe que el almidón de arroz natural
requiere un mayor tiempo para gelificarse completamente al del
almidón de maíz, trigo, patata o tapioca. Ciertamente, toma
alrededor de 30 minutos sometido a agitación bajo las condiciones de
preparación de una pasta portadora para transformar el almidón de
arroz natural a su forma gelificada. Adicionalmente, el almidón de
arroz natural es más costoso que el almidón de maíz, trigo, patata
o tapioca. En consecuencia, ya que no se utiliza almidón de arroz
en la preparación de la pasta portadora para la pasta de pegamento
de acuerdo con la presente invención, esto da por resultado, cuando
se compara con la fabricación de las composiciones de pegamento de
acuerdo con el documento JP 2001-164213, en ahorros
de tiempo considerables para la fabricación a escala industrial de
la pasta portadora, así como ahorros en coste, incluyendo ahorros en
costes de materias primas así como en costes de fabricación.
La presente invención se ilustra mediante los
ejemplos descritos a continuación. Las composiciones en el presente
documento se indican en % en peso, a menos que se establezca de otro
modo.
De acuerdo con el método
Stein-Hall (variante B descrita anteriormente) se
preparó una composición de pasta de pegamento de la presente
invención a escala de laboratorio con las siguientes
características:
se preparó una pasta portadora a base de almidón
de maíz natural y se limitó la temperatura de la mezcla en la fase
primaria (primera etapa del procedimiento de fabricación de un
crisol) a 40ºC para evitar en la segunda etapa la gelificación de
los almidones que se añaden para formar la pasta secundaria (y el
concurrente incremento en viscosidad no deseable de la pasta de
pegamento).
1ª
etapa
- agua: 344 g (calentada hasta 40ºC)
- almidón de maíz natural: 32 g
- sosa cáustica*: 6,01 g (sustancia seca de NaOH al 100%)
- (*se añade una vez bajo agitación como 12.02 g de disolución acuosa a 50% en peso) agitación con elevado cizallamiento durante 10 minutos.
2ª
etapa
A la mezcla obtenida en la primera etapa se
añaden:
- agua: 663 g (a temperatura ambiente)
- premezcla en seco de almidones: 308 g
- (*premezcla: compuesta de 80% en peso de almidón de maíz natural y 20% en peso de almidón de arroz natural que contiene 16-18% en peso de amilosa y 83-81% en peso de amilopectina (Remy CB) (marca comercial de Remy Industries n.v., Bélgica), que corresponde a un contenido de almidón de arroz de 17,2% en peso en el pegamento final (sustancia seca).
- decahidrato de bórax: 4,29 g
- agitación durante 10 minutos.
- La relación en peso de pasta principal:pasta portadora es 2,5:1.
La composición de pasta de pegamento obtenida
presenta una muy buena estructura y muy buenas propiedades de
formación de película. La estructura es más corta que la de una de
una pasta de pegamento comparable preparada a partir de almidón de
maíz natural únicamente. Dicha estructura corta es ventajosa porque
evita el salpicado de la pasta de pegamento cuando se aplica,
particularmente a velocidad elevada, sobre las partes superiores de
los corrugados del cartón corrugado. La pasta de pegamento forma una
película uniforme que asegura una buena captación de la pasta de
pegamento por las superficies que van a ser unidas. La pasta muestra
también una buena retención de agua que es deseable para evitar el
engomado superficial de las superficies que van a ser unidas.
Además, la pasta de pegamento presenta buenas propiedades de
engomado (elevada resistencia de engomado) en combinación con una
alta velocidad de engomado.
Las velocidades de engomado se determinaron a
escala de laboratorio mediante un procedimiento estandarizado como
sigue:
- -
- se prepararon tiras (40 x 150 mm) de papel de copia normal (80 g/m^{2}) y, utilizando separadores, se aplicó una película de pegamento con un grueso de aproximadamente 200 micrómetros en una tira de papel;
- -
- se colocó la tira (la cara con pegamento hacia abajo) sobre una página completa de la misma calidad de papel que reposaba sobre una superficie plana y térmicamente aislada, y que estaba cubierta por otro papel de dicho tipo (para prevenir el engomado al dispositivo de calentamiento);
- -
- se presionó manualmente un dispositivo de calentamiento (con una superficie metálica plana calentada eléctricamente y controlada termostáticamente) a 80ºC sobre la parte superior del papel durante un periodo de tiempo preestablecido;
- -
- inmediatamente después de retirar el dispositivo de calentamiento, se realiza una prueba de ruptura (estándar). Cuando el pegamento no está uniendo todavía, la prueba se repite con un tiempo de calentamiento más largo (tiempo de calentamiento incrementado en uno o dos segundos). Cuando el pegamento está uniendo, la prueba se repite con un tiempo de calentamiento más corto (tiempo de calentamiento reducido en uno o dos segundos). De esta manera, moviendo los tiempos de calentamiento más largos/más cortos, se determina el tiempo de calentamiento crítico, requiriéndose el tiempo de calentamiento mínimo para obtener el engomado completo (y el cual, en consecuencia, también se llama tiempo de unión crítico). El tiempo de calentamiento crítico normalmente es de unos cuantos segundos, lo que corresponde al tiempo de calentamiento aplicado en una instalación industrial.
La precisión típica de este procedimiento
estandarizado es 1 a 2 segundos, dependiendo del tiempo total (1
segundo para tiempos de unión inferiores a 3 segundos, y 2 segundos
para tiempos de unión superiores a 3 segundos).
Siguiendo el mismo procedimiento según se
describió anteriormente en el ejemplo 1, se prepararon varias
composiciones de pasta de pegamento que consisten en diversas
combinaciones de pastas de almidón primarias y secundarias y se
determinaron sus tiempos de calentamiento críticos. Los resultados
se indican a continuación en la tabla 1.
| Pasta de almidón | Pasta de almidón secundaria # | Tiempo de calentamien- |
| primaria | to crítico (segundos) | |
| Maíz natural | Maíz natural* | 6 |
| Maíz natural | 82% de maíz natural + 18% de arroz natural (18% de amilosa) | 1 |
| Trigo natural | 82% de trigo natural + 18% de arroz natural (18% de amilosa) | 1 |
| Trigo reticulado | 82% de trigo reticulado + 18% de arroz natural (18% de amilosa) | 1 |
| Trigo reticulado | Trigo reticulado* | 5 |
| Maíz natural | 82% de maíz natural + 18% de trigo natural* | 4 |
| Maíz natural | 82% de maíz natural + 18% de arroz natural (22% de amilosa)* | 6 |
| Maíz natural | 82% de maíz natural + 18% de arroz natural (2% de amilosa)* | 4 |
| Maíz natural | 82% maíz natural + 18% de arroz reticulado (22% de amilosa)* | 4 |
| Maíz natural | 82% de maíz natural + 18% de arroz reticulado (18% de amilosa)* | 6 |
| Maíz natural | 82% de maíz natural + 18% de arroz reticulado (2% de amilosa)* | 6 |
| #: relación en peso de pasta principal : pasta portadora 2,5:1 *: comparativo |
Estos resultados de las pruebas de engomado
muestran claramente que las composiciones de pasta de pegamento de
acuerdo con la invención presentan una fuerza de engomado sólida en
combinación con una alta velocidad de engomado, una combinación de
propiedades que tiene un alto interés técnico y económico.
Siguiendo el mismo procedimiento que se describió
anteriormente en el ejemplo 1, se prepararon a escala de laboratorio
varias composiciones de pasta de pegamento que consisten en diversas
combinaciones de pastas de almidón primarias y secundarias con el
fin de determinar su velocidad de engrosamiento.
Cuando se calientan composiciones de pegamento a
base de almidón, su viscosidad incrementa como resultado del
hinchamiento de las partículas de almidón no gelificadas de la pasta
secundaria y al inicio del procedimiento de engomado, el incremento
en viscosidad de la composición de pasta de pegamento se eleva
aceleradamente. Por consiguiente, el grado de incremento de
viscosidad de la composición de pegamento, expresado como velocidad
de engrosamiento, es una buena indicación para el inicio del
procedimiento de engomado (unión). Mientras más alto sea el valor de
velocidad de engrosamiento, mejor será el proceso de engomado.
La medición de la velocidad de engrosamiento se
realiza en composiciones de pasta de pegamento recientemente
preparadas de la siguiente manera:
- -
- las pruebas de hinchamiento se realizan para determinar la temperatura de viscosidad mínima de la composición de pegamento (esto es la temperatura justo cuando todavía no está ocurriendo el hinchamiento). Cuando esta temperatura es inferior a 50ºC, la dosificación de sosa cáustica se reduce ligeramente, y se vuelve a realizar la prueba hasta que se alcanza la temperatura de 50ºC para la viscosidad mínima. Asimismo, cuando la temperatura en viscosidad mínima es superior a 50ºC, la dosificación de sosa cáustica se incrementa ligeramente y se vuelve a realizar la prueba hasta que se alcanza la temperatura de 50ºC para la viscosidad mínima. El propósito del procedimiento es estandarizar todas la composiciones de prueba a la misma temperatura de hinchamiento.
- -
- la prueba de hinchamiento se realiza en un reómetro (Physica DSR 4000, Anton Paar), con una geometría de placa-placa, de 50 mm de diámetro y 1 mm de separación. Por medio de un elemento de calentamiento (elemento de calentamiento Peltier), la velocidad de calentamiento se ajustó en una proporción de 1ºC por 8 segundos (también se intentaron velocidades de calentamiento más altas, hasta 1ºC por 2 segundos, con resultados sustancialmente equivalentes pero menos precisos). La viscosidad se monitorizó durante el procedimiento de calentamiento (de 35ºC a 65ºC) mediante reología de rotación (se utilizó un elevado cizallamiento de 100/S para asegurar una transferencia rápida de calor).
- -
- a partir de las mediciones de viscosidad y temperatura, se calculó una velocidad de engrosamiento como un incremento de viscosidad porcentual por incremento de temperatura en ºC, lo cual se considera un buen índice de velocidad de engrosamiento. La evolución de estos parámetros para una composición de pasta de pegamento específica se puede representar gráficamente en un reograma de engrosamiento, como se ejemplifica en la figura 1. A partir de estos datos, se puede derivar la máxima velocidad de engrosamiento que es un buen índice de la velocidad en la cual ocurre el proceso de engomado. Mientras más alto sea el valor de velocidad de engrosamiento máxima, más rápido ocurrirá el engomado, y mientras más rápido ocurra el engomado, será mejor la fabricación de cartón corrugado laminado a escala industrial.
La máxima velocidad de engrosamiento obtenida
para diversas composiciones de pasta de pegamento se indica a
continuación en la tabla 2.
La figura 1 presenta un reograma de engrosamiento
de una composición de pasta de pegamento típica de acuerdo con la
presente invención, preparada de acuerdo con el procedimiento del
ejemplo 1, que consiste en una pasta primaria compuesta de almidón
de trigo natural y una pasta secundaria compuesta de 82% de almidón
de trigo natural y 18% de almidón de arroz natural (18% de amilosa),
con una relación en peso de pasta secundaria:pasta primaria
de 2,5:1.
de 2,5:1.
\vskip1.000000\baselineskip
| Pasta de almidón | Pasta de almidón secundaria # | Máxima velocidad de |
| primaria | engrosamiento (%/ºC) | |
| Maíz natural | 82% de maíz natural + 18% de arroz natural (18% de amilosa) | 91 |
| Trigo natural | 82% de trigo natural + 18% de arroz natural (18% de amilosa) | 172 |
| Maíz natural | 82% de maíz natural + 18% de trigo natural* | 25 |
| Maíz natural | 82% de maíz natural + 18% de arroz natural (22% de amilosa)* | 10 |
| Maíz natural | 82% de maíz natural + 18% de arroz natural (2% de amilosa)* | 31 |
| Maíz natural | 82% de maíz natural + 18% de arroz entrelazado (22% de amilosa)* | 18 |
| Maíz natural | 82% de maíz natural + 18% de arroz entrelazado (18% de amilosa)* | 15 |
| Maíz natural | 82% de maíz natural + 18% de arroz entrelazado (2% de amilosa)* | 15 |
| #: Relación en peso de pasta principal: pasta portadora 2.5:1. *:comparativo |
Los resultados presentados en la tabla 2 muestran
claramente la velocidad máxima de engrosamiento inesperadamente alta
de las composiciones de pasta de pegamento de la presente invención
en comparación con composiciones de pasta de pegamento preparadas a
partir de una pasta de almidón secundaria sin el almidón de arroz
natural particular que es característico para las composiciones de
pegamento de acuerdo con la presente invención.
Se preparó una composición de pasta de pegamento
según la presente invención a escala industrial de acuerdo con el
método Stein-Hall (variante B anterior) con las
siguientes características:
Etapa
1
- Agua: 850 kg (calentada a 30ºC)
- Almidón: 60 kg de almidón de trigo reticulado* (Mylbond 210; marca registrada de Amylum, Bélgica)* calidad estándar de almidón de trigo reticulado comúnmente utilizado en pastas de pegamento para cartón corrugado laminado.
- Base alcalina: 33 kg de sosa cáustica a 29% en peso; (añadida rápidamente bajo agitación), agitación con cizallamiento elevado durante 15 minutos.
Etapa
2
A la mezcla obtenida en la primera etapa se
agregan bajo agitación:
- Agua: 950 kg a aproximadamente 20ºC
- Mezcla seca de almidones compuesta de 490 kg de almidón de trigo (Mylbond 210; marca registrada de Amylum, Bélgica) y 100 kg de almidón de arroz natural que contiene 16-18% en peso de amilosa y 83-81% en peso de amilopectina (REMY CB) (marca registrada de Remy Industries, Bélgica); que corresponde a un contenido de almidón de arroz de 15,38% en peso en el pegamento final (sustancia seca).
- Decahidrato de bórax: 4,2 kg
- Agitación durante 15 minutos.
Características de la pasta de pegamento:
- Relación en peso de la pasta principal: pasta portadora: 1,64:1
- Almidón: 26,1% en peso en pasta total
- Viscosidad: 46 segundos Bauer a 32ºC.
La pasta de pegamento obtenida presenta:
- -
- una estructura de pegamento muy corta la cual reduce significativamente las salpicaduras de pegamento durante la aplicación del pegamento para la fabricación de cartón corrugado laminado a alta velocidad. En comparación con una pasta de pegamento preparada solamente a partir de almidón de trigo reticulado, por ejemplo Mylbond 210 (nombre comercial), que presenta ya una estructura de pegamento más corta que el pegamento preparado a partir de almidón de trigo natural, la pasta de pegamento de la invención presenta una estructura de pegamento incluso más corta. Esto da como resultado mejoras importantes, que incluyen la posibilidad de aplicar una película de pegamento más homogénea de menos grosor y a una velocidad más alta que con pastas de pegamento convencionales;
- -
- excelente estabilidad de viscosidad, lo que permite el fácil procesamiento de la pasta y evita las variaciones considerables en la cantidad de pastas de pegamento aplicada, permitiendo así la aplicación a alta velocidad de una película delgada y homogénea de pasta de pegamento en las partes superiores de los corrugados;
- -
- excelente retención de agua, que se requiere para obtener una buena hidratación del almidón lo cual da por resultado a su vez un buen engomado inicial (denominada unión reciente) de las superficies en cuestión;
- -
- excelentes propiedades formadoras de película que permiten la formación de una película de pegamento muy uniforme sobre los rodillos aplicadores de pegamento.
Utilizando la pasta de pegamento obtenida en el
ejemplo 3, se elaboró cartón corrugado laminado en una prueba
realizada en la parte de doble refuerzo de una instalación de cartón
corrugado utilizando papel ligero para los revestimientos (pesos
del papel de revestimiento: respectivamente 140-120
g/m^{2} y 110 g/m^{2}). Durante la realización de la prueba, el
grosor de la película de pegamento se redujo progresivamente de 0,22
mm por encima de 0,16 mm a 0,12 mm. Posteriormente, en un grosor de
película de 0,12 mm, la velocidad de fabricación se incrementó
progresivamente de 250 m/min a 280 m/min (siendo la máxima velocidad
permitida por el aparato) y el calentamiento se redujo desde una
presión de vapor de 800 Pa a 650 Pa. Los parámetros han sido
optimizados con base en las indicaciones obtenidas por la prueba de
ruptura sobre el engomado inicial y completo del núcleo corrugado y
el revestimiento.
Los resultados obtenidos muestran:
- -
- una excelente unión de la superficies incluso cuando se aplican cantidades mínimas de película de pasta de pegamento, que indica una resistencia de engomado inicial más fuerte (unión reciente) en comparación con una pasta de pegamento preparada únicamente a partir de almidón de trigo;
- -
- un excelente endurecimiento del pegamento durante la etapa de calentamiento que permite producir cartón corrugado laminado a velocidad más alta que con composiciones de pasta de pegamento convencionales y esto a velocidades de calentamiento inferiores (presión de vapor inferior aplicada a la sección de calentamiento);
- -
- una excelente formación de película de la pasta de pegamento que permite la aplicación de una película de pegamento homogénea y de una cantidad mínima de pasta de pegamento; esto a su vez, da como resultado una fuerte reducción de deformaciones del revestimiento en comparación con composiciones de pegamento conocidas, lo cual en consecuencia, proporciona capacidad de impresión mejorada y calidad de impresión de los revestimientos;
- -
- una excelente calidad de cartón corrugado laminado (de doble refuerzo) preparado en las condiciones más demandantes (película de pegamento más delgada; velocidad de fabricación más alta del cartón corrugado laminado, y calentamiento más bajo para iniciar y completar el engomado), según se muestra a través de una prueba de ruptura.
Con una composición de pasta de pegamento
preparada de acuerdo con el ejemplo 3, se realizó una prueba a
escala industrial para la fabricación de cartón corrugado laminado
con revestimientos de papel pesado. Se utilizaron revestimientos de
185 g/m^{2} a 400 g/m^{2}. La viscosidad inicial de la pasta de
pegamento fue de 53 segundos Bauer a 31ºC. Durante la realización de
la prueba, el grosor de la película de pegamento (relacionada
directamente con la cantidad de pasta de pegamento aplicada) se
redujo progresivamente. Posteriormente, se incrementó
progresivamente la velocidad de fabricación de 185 m/min. a 200
m/min. y el calentamiento se redujo desde la presión de vapor de 800
Pa a 650 Pa. Se obtuvo un engomado completo bajo todas estas
condiciones.
Los resultados obtenidos mostraron que se puede
preparar cartón corrugado laminando de excelente calidad con la
pasta de pegamento de la presente invención y esto, con al menos la
misma velocidad de producción que el cartón corrugado laminado hecho
con composiciones convencionales de pegamento a base de almidón.
Los resultados mostraron adicionalmente que la
pasta de pegamento de la presente invención aseguró un engomado
inicial excelente del núcleo y revestimiento. Además, ha sido
posible una reducción inesperadamente elevada en grosor de la
película de pegamento requerida para asegurar la buena unión del
cartón corrugado y los revestimientos con la pasta de pegamento de
la invención en comparación con composiciones de pegamento a base de
almidón convencionales. De hecho, las prueba realizadas indicaron
que con revestimientos kraft de 400 g/m^{2}, una película de 0.12
mm de grosor de pegamento de la presente invención proporcionó al
menos tan buenos resultados de engomado como una película de 0,20 mm
de una composición de pegamento a base de almidón convencional, lo
cual representa una reducción de aproximadamente 40%.
Con una composición de pasta de pegamento
preparada de acuerdo con el ejemplo 3, se realizó una prueba para la
fabricación de un cartón microcorrugado laminado de doble
refuerzo.
La viscosidad de la pasta de pegamento inicial
fue de 45 segundos Bauer a 36ºC. Las propiedades de formación de
película de la pasta de pegamento sobre el rodillo aplicador del
pegamento fueron muy buenas. Esto permitió la formación de una
película homogénea sin grumos de pequeñas partículas gelificadas las
cuales alterarían la aplicación de una película homogénea sobre la
superficie que va a ser pegada. Aunque la pasta de pegamento de la
invención contiene en total menos almidón que las pastas de
pegamento convencionales, sus propiedades de engomado fueron
excelentes, incluso con un grosor de película de pegamento de 0,08
mm, mientras que con composiciones de pegamento a base de almidón
conocidas normalmente se requiere un grosor de película de
aproximadamente 0,16 mm. Adicionalmente, dichos buenos resultados se
obtuvieron con una temperatura inferior (presión de vapor inferior)
en la sección de calentamiento (etapa de calentamiento final) en
comparación con pegamentos convencionales, lo cual da como
resultado menos deformación de los revestimientos y por lo tanto,
una calidad mejorada del cartón corrugado laminado. La composición
de pegamento de la invención proporciona engomado completo del
cartón corrugado y los revestimientos con tiempos de unión, tras
calentamiento, de 1 a 2 segundos, en comparación con aproximadamente
6 segundos para una composición de pegamento solamente a base de
almidón de maíz.
Como resultado de los ejemplos y pruebas
realizados, las composiciones de pasta de pegamento de la invención
presentan excelentes propiedades de formación de película. Tienen
una estructura muy corta lo cual evita la salpicadura y permite la
aplicación a alta velocidad de una película homogénea y delgada de
la pasta de pegamento sobre las superficies que se van a unir, lo
cual a su vez, asegura una excelente calidad del producto final. Las
composiciones de pegamento también presentan una buena estabilidad a
la viscosidad. Esta estabilidad evita las fluctuaciones indeseables
en aplicación de pegamento, lo cual también es favorable para la
aplicación a alta velocidad de una película homogénea y delgada de
la pasta de pegamento. Adicionalmente, las composiciones de
pegamento presentan una muy buena retención de agua, lo cual evita
que mucha agua de la pasta entre al papel o cartón, manteniendo así
el agua disponible para el hinchamiento de almidón en las etapas de
engomado, lo cual finalmente mejora la calidad del producto final
engomado.
Adicionalmente, las composiciones de pasta de
pegamento de la invención presentan excelentes propiedades de
engomado, que permiten unir las superficies de papel y cartón
rápidamente y con alta resistencia al engomado, permitiendo así la
fabricación de cartón corrugado laminado de alta calidad de una
manera industrialmente interesante. En comparación con las
composiciones de pegamento a base de almidón convencionales, las
composiciones de pegamento de la invención presentan incremento de
velocidad de unión, incluso a aproximadamente 2% de contenido de
sustancia seca más baja, y al mismo tiempo asegura un excelente
engomado del papel y cartón corrugado, permitiendo así un mayor
índice de producción de cartón corrugado laminado.
La combinación de las buenas propiedades de
formación de película y las buenas propiedades de engomado de las
composiciones de pasta de pegamento de la invención, asegura un
rápido y buen engomado de las superficies en cuestión, incluso a un
grosor significativamente reducido de la película de pegamento en
comparación con pastas de pegamento a base de almidón
convencionales. Las composiciones de pegamento de la invención
aseguran excelente engomado de diversas calidades de papel y cartón
corrugado a una reducción de 30 a 50% de grosor de película en
comparación con pastas de pegamento a base de almidón conocidas.
Esta combinación de propiedades deseables da como
resultado una reducción inesperadamente importante de la cantidad
de pasta de pegamento que se necesita para obtener al menos la misma
resistencia de engomado que aquélla obtenida con cantidades
convencionales de composiciones de pasta de pegamento a base de
almidón conocidas, es decir, típicamente 4 a 7 g/m^{2} de
composición de pasta de pegamento de la invención comparada con
comúnmente 8 a 10 g/m^{2} de pasta de pegamento a base de almidón
convencional. La reducción en la cantidad de composición de pasta
de pegamento de la invención que se necesita para obtener excelente
unión de cartón corrugado y revestimiento(s), varía de 30% a
50% e incluso más, típicamente de 40 a 50%, en comparación con la
cantidad de pasta de pegamento necesaria de las composiciones de
pegamento a base de almidón convencionales. Además, dicha reducción
se puede realizar sin afectar de manera negativa la calidad y
velocidad de fabricación del cartón corrugado laminado.
Mientras que la composición de pasta de pegamento
compuesta de almidón de maíz y almidón de arroz de acuerdo con el
documento JP 2001-164213 permite una reducción de la
cantidad requerida de pasta de pegamento de 20% en comparación con
composiciones de pegamento convencionales hechas solamente a partir
de almidón de maíz, la composición de pasta de pegamento de la
presente invención permite una reducción de 30% a 50% en comparación
con pegamentos a base de almidón convencionales, lo cual es una
reducción más alta de 50% a 150% que aquélla permitida por la
composición del documento JP 2001-164213.
Adicionalmente, la reducción importante en la
cantidad de la pasta de pegamento de la presente invención necesaria
para obtener buena resistencia de pegamento y el hecho de que el
contenido de almidón total en las composiciones de pasta de
pegamento de la presente invención es comúnmente inferior a aquél de
composiciones de pasta de pegamento a base de almidón
convencionales, da como resultado diversas ventajas sobre las
composiciones de pasta de pegamento a base de almidón conocidas.
Una ventaja particular que resulta de dicha cantidad reducida de
pasta de pegamento necesaria para obtener excelente engomado de
cartón corrugado y revestimientos consiste también en que se aplica
menos agua a las superficies que van a ser pegadas. Por
consiguiente, se requiere menos calor para realizar el engomado, lo
cual da como resultado ahorros de energía considerables. Una ventaja
adicional de dicha reducción en la cantidad de agua aplicada a las
superficies que van a ser pegadas es una reducción importante en
deformación del núcleo y particularmente del papel o material de
cartón de los revestimientos que resulta de la absorción de agua,
incluyendo deformaciones tales como alabeo y deformación del cartón.
Esto mejora la calidad del producto final engomado, lo cual a su
vez da como resultado una capacidad mejorada de impresión de los
objetos engomados y una calidad mejorada de la impresión.
Otra ventaja adicional que resulta de esto, al
tiempo que incluso se asegura una alta calidad de cartón corrugado
laminado, se puede incrementar de manera importante la velocidad de
fabricación de cartón corrugado laminado, en comparación con la
fabricación de cartón corrugado laminado por medio de composiciones
de pegamento a base de almidón convencionales.
Adicionalmente, dichas ventajas reducen
significativamente los costes para pasta de pegamento y para su
fabricación, los costes de calentamiento requeridos para pegar el
material de núcleo y revestimiento(s), y por lo tanto, los
costes globales para la fabricación del cartón corrugado
laminado.
Aún otras ventajas de las composiciones de pasta
de pegamento de la presente invención incluyen la ausencia de
componentes tóxicos y escasamente biodegradables, así como la amplia
disponibilidad a costes interesantes de los almidones.
Aún ventajas adicionales incluyen que se produce
menos desperdicio de cartón corrugado durante cambios en producto y
cambios en calidad de producto en la máquina para fabricar cartón
corrugado. Esto resulta de los excelentes rendimientos de formación
de película y engomado de las composiciones de pasta de pegamento
que contienen almidón de arroz de la invención, lo cual hace que
estos rendimientos dependan menos del enfriamiento de la secadora
durante los cambios, en comparación con composiciones de pasta de
pegamento conocidas. Los ahorros de desperdicio de cartón corrugado
son de aproximadamente 1% a 2%, lo cual representa una cantidad
importante.
Claims (13)
1. Composición de pasta de pegamento a base de
almidón que consiste en una mezcla de una pasta portadora y una
pasta principal, en la que:
- -
- la pasta portadora es una pasta a base de almidón compuesta de un almidón seleccionado del grupo que consiste en almidón de maíz, almidón de trigo, almidón de centeno, almidón de avena, almidón de cebada, almidón de patata, almidón de tapioca y almidón de guisante, siendo cada uno almidón natural o almidón químicamente modificado, o cualquier mezcla de los mismos, agua y una base alcalina, en la que el almidón está presente en una concentración en el intervalo de 5 a 16% en peso basada en la cantidad total de agua en la pasta portadora, y la base alcalina está presente en una cantidad en el intervalo de 10 a 25% en peso, calculado como hidróxido de sodio y basada en la cantidad (sustancia seca) del almidón en la pasta portadora,
- -
- la pasta principal es una pasta a base de almidón compuesta de una mezcla de (i) almidón de arroz natural que contiene de 12 a 20% en peso de amilosa, aproximadamente 1% en peso de otros compuestos, y un 87% en peso a 79% en peso complementario de amilopectina, o una versión acetilada del almidón de arroz natural que contiene de 0,25 a 2,5% en peso de grupos acetilo sobre el contenido de almidón seco, y (ii) un almidón seleccionado del grupo que consiste en almidón de maíz, almidón de trigo, almidón de centeno, almidón de avena, almidón de cebada, almidón de patata, almidón de tapioca y almidón de guisante, siendo cada uno almidón natural o almidón químicamente modificado, o cualquier mezcla de los mismos, agua y borato de sodio, en donde el almidón de arroz natural o versión acetilada del mismo está presente en el intervalo de 10 a 30% en peso sobre el contenido de almidón total (sustancia seca) de la pasta principal, la cantidad total de almidones en la pasta principal está en el intervalo de 25 a 50% en peso basada en la cantidad total de la pasta principal, y borato de sodio (calculado como bórax anhidro) está presente en una cantidad en el intervalo de 0,3 a 3% en peso basada en la cantidad del almidón (sustancia seca) en la pasta principal, y
- -
- la relación en peso de pasta principal: pasta portadora está en el intervalo de 1:1 a 3:1.
2. Composición de pasta de pegamento según la
reivindicación 1, en la que el almidón en la pasta portadora y en la
pasta principal, además del almidón de arroz, es almidón de trigo
reticulado natural.
3. Composición de pasta de pegamento según la
reivindicación 1, en la que el almidón en la pasta portadora y en la
pasta principal, además del almidón de arroz, es almidón de maíz
reticulado o natural.
4. Composición de pasta de pegamento según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el almidón de
arroz es almidón de arroz natural o una versión acetilada del mismo,
que contiene de 16 a 18% en peso de amilosa, aproximadamente 1% en
peso de otros compuestos y un 83 a 81% en peso complementario de
amilopectina.
5. La composición de pasta de pegamento según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el almidón de
arroz o almidón de arroz acetilado está presente en la pasta
principal en una cantidad de 15 a 25% en peso.
6. Composición de pasta de pegamento según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que la base alcalina
en la pasta portadora es hidróxido de sodio y el borato de sodio en
la pasta principal es bórax.
7. Composición de pasta de pegamento según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que la relación en
peso de pasta principal:pasta portadora está en el intervalo de
1,4:1 a 2:1.
8. Método para la fabricación de una composición
de pasta de pegamento definida en cualquiera de las reivindicaciones
1 a 7, que comprende las etapas de:
- -
- preparar una pasta portadora a base de almidón mezclando bajo agitación en agua de 30ºC a 50ºC, un almidón seleccionado del grupo que consiste en almidón de maíz, almidón de trigo, almidón de centeno, almidón de avena, almidón de cebada, almidón de patata, almidón de tapioca y almidón de guisante, siendo cada uno almidón natural o almidón químicamente modificado, o cualquier mezcla de los mismos, agua y una base alcalina, en el intervalo de 5 a 16% en peso basada en la cantidad total de agua en la pasta portadora, y la base alcalina en una cantidad en el intervalo de 10 a 25% en peso, calculada como hidróxido de sodio y basada en la cantidad (sustancia seca) del almidón en la pasta portadora, seguido de agitación con cizallamiento de la mezcla de 30ºC a 50ºC hasta que el almidón esté completamente gelificado y se obtenga una viscosidad estable de la mezcla,
- -
- preparar una pasta principal a base de almidón mezclando bajo agitación, en agua a o por debajo de temperatura ambiente, almidón de arroz natural que contiene de 12 a 20% en peso de amilosa, aproximadamente 1% en peso de otros compuestos, y un 87% en peso a 79% en peso complementario de amilopectina, o una versión acetilada del almidón de arroz natural que contiene de 0,25 a 2,5% en peso de grupos acetilo sobre contenido de almidón seco, y un almidón seleccionado del grupo que consiste en almidón de maíz, almidón de trigo, almidón de centeno, almidón de avena, almidón de cebada, almidón de patata, almidón de tapioca y almidón de guisante, siendo cada uno almidón natural o almidón químicamente modificado, o cualquier mezcla de los mismos, agua y borato de sodio, estando el almidón de arroz o almidón de arroz acetilado presente de 10 a 30% en peso sobre el contenido de almidón total (sustancia seca) de la pasta principal, y estando la cantidad total de almidón en la pasta principal presente de 25 a 50% en peso basada en la cantidad total de la pasta principal, y estando el borato de sodio (calculado como bórax anhidro) en el intervalo de 0,3 a 3% en peso basada en la cantidad del almidón (sustancia seca) en la pasta principal, seguido de agitación durante 5 a 10 minutos para producir una pasta homogénea,
- -
- y mezclar la pasta portadora y la pasta principal en una relación en peso de pasta principal:pasta portadora en el intervalo de 1:1 a 3:1.
9. Método según la reivindicación 8, en la que la
pasta portadora y la pasta principal se preparan por separado y se
mezclan posteriormente.
10. Método según la reivindicación 8, en la que
la composición de pasta de pegamento se prepara mediante un
procedimiento de un crisol en donde primero se prepara la pasta
portadora según se define en la reivindicación 8, y posteriormente
se agrega a dicha pasta portadora agua, el almidón de arroz natural
o la versión acetilada del mismo, y un almidón seleccionado del
grupo que consiste en almidón de maíz, almidón de trigo, almidón de
centeno, almidón de avena, almidón de cebada, almidón de patata,
almidón de tapioca y almidón de guisante, siendo cada uno almidón
natural o almidón químicamente modificado, o cualquier mezcla de los
mismos, y borato de sodio, bajo agitación a o por debajo de
temperatura ambiente en una cantidad que corresponde a aquélla para
la preparación de la pasta principal según se define en la
reivindicación 8 y en una relación en peso de pasta principal:pasta
portadora en el intervalo de 1:1 a 3:1, produciendo así la
composición de pasta de pegamento homogénea a base de almidón
definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
11. Método para la fabricación de cartón
corrugado laminado que comprende las etapas de (i) aplicar una
película de composición de pasta de pegamento a base de almidón
definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en las partes
superiores de los corrugados en uno o ambos lados de un núcleo de
cartón corrugado, (ii) colocar un revestimiento en contacto con las
partes superiores del núcleo de cartón corrugado que portan dicha
pasta de pegamento a base de almidón con aplicación de presión y
calor, iniciar la gelificación y una unión inicial de las
superficies en contacto con la composición de pegamento, y (iii)
completar el engomado del núcleo de cartón corrugado con los
revestimiento(s) mediante la aplicación de calor.
12. Método según la reivindicación 11, en el que
una película de composición de pasta de pegamento a base de almidón
que se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 es
aplicada a las superficies superiores de los corrugados del núcleo
de cartón corrugado en una cantidad en el intervalo de 4 a 7
g/m^{2}.
13. Cartón corrugado laminado, en el que se ha
unido un revestimiento a las partes superiores de los corrugados del
cartón corrugado por medio de una composición de pasta de pegamento
a base de almidón definida en cualquiera de las reivindicaciones 1 a
7.
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