ES2285618T3 - Nuevos adhesivos basados en agua para aplicaciones industriales. - Google Patents
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Abstract
Adhesivo basado en agua para aplicaciones industriales, caracterizado porque el adhesivo basado en agua es una mezcla acuosa sobre la base de un polvo polimérico redispersable en agua y un polvo polimérico soluble en agua y componentes opcionales adicionales, en el que la relación ponderal del polvo polimérico redispersable en agua al polvo polimérico soluble en agua está entre 0, 001:1 y 100:1 aproximadamente y el adhesivo basado en agua tiene una velocidad de fijación inferior a 300 segundos, cuando se mide con una capa de 36 µm de grosor a 23°C y una humedad relativa del 50% y tableros de cartón de 385 µm de grosor con un peso de 275 ñ 3 g/m2 y valores de Cobb en una cara de 43 g/min/m2 y 27 g/min/m2 en la otra cara, el adhesivo tiene un contenido en sólidos del 7, 5 al 70% en peso aproximadamente y una viscosidad de Brookfield a 23°C y 20 rpm, medida según la norma ASTM D1084 de 500 a 5000 mPas aproximadamente.
Description
Nuevos adhesivos basados en agua para
aplicaciones industriales
La invención se refiere a adhesivos basados en
agua para aplicaciones industriales obtenidos mezclando un polvo
polimérico redispersable en agua y un polvo polimérico soluble en
agua con agua.
Los adhesivos basados en agua se usan
ampliamente para muchas áreas de aplicación diferentes. Para
sustratos menos críticos, tales como materiales porosos basados en
celulosa, a menudo se usan adhesivos que están basados en
polisacáridos modificados o no modificados, tales como éteres de
celulosa, éteres de almidón o almidones no modificados. Tales
adhesivos imparten una gran ventaja, puesto que estos polisacáridos
normalmente están disponibles en forma de polvo. Así, proporcionan
todos los beneficios asociados a los polvos, tales como por
ejemplo, ser estables a la
congelación-descongelación, teniendo normalmente una
estabilidad de almacenamiento más prolongada debido a ataques
microbiológicos significativamente inferiores o nulos y beneficios
en el transporte, puesto que no se necesita transportar agua. En
los últimos años, se ha encontrado que la modificación de adhesivos
basados en polisacáridos con polvos poliméricos sintéticos puede
proporcionar una ventaja para sistemas mezclados manualmente y
aplicados a mano. Este tipo de aplicación tal como colas para papel
pintado o adhesivos para carteles es mucho menos exigente que las
aplicaciones industriales, usando normalmente máquinas a velocidad
elevada. Por ejemplo, el contenido en sólidos es muy bajo,
normalmente del 5% en peso o inferior, siendo la reología
tixotrópica con viscosidades muy elevadas, por ejemplo, hasta 20.000
mPas o superior. El adhesivo se aplica a mano usando, por ejemplo,
una brocha, lo cual da lugar a un grosor del adhesivo aplicado de
varios milímetros o más. Puesto que los sustratos como muros en los
que se aplican esos papeles pintados son bastante gruesos y
porosos, pueden absorber una gran cantidad de agua para dar lugar a
tiempos de secado razonables. En particular debido al procedimiento
de aplicación y el grosor del adhesivo aplicado, no desempeña un
papel si las partículas de polvo no se redispersan completamente, o
si se forman algunos coagulados entre las partículas poliméricas
sintéticas y los polisacáridos, mientras sean más pequeñas que la
capa adhesiva aplicada. El nivel de pegajosidad de esos adhesivos
aplicados a mano es bastante bajo, el ajuste debe ser lento para
evitar arrugas en el papel, y las propiedades de deslizamiento
tienen que ser buenas para reposicionar el sustrato. Además, la
desviación típica aceptada de los diversos parámetros es, comparada
con los adhesivos industriales, bastante grande.
No obstante, no se pueden usar para aplicaciones
exigentes tales como aplicaciones industriales, y/o para pegar
sustratos difíciles, teniendo normalmente una baja tensión
superficial, tal como el pegado de láminas de polietileno a
papel.
El documento EP 311.873 A2 describe un
procedimiento para fabricar un producto seco adecuado como base de
cola, que se puede obtener secando en una capa fina sobre una
superficie calentada de 80 a 200ºC una mezcla conteniendo
aproximadamente del 30 al 80% en peso de agua, del 30 al 95% en peso
de almidón carboximetilado y/o alcoxilado, del 3 al 40% en peso de
un éter de celulosa, y del 2 al 40% en peso de un polímero
dispersable en agua o un polímero soluble en agua y opcionalmente
aditivos adicionales. Los productos secos son particularmente
útiles como colas para papel pintado. Se preparan manualmente con un
bajo contenido en sólidos, por ejemplo, del 2% en peso. Las colas
preparadas normalmente se aplican a mano y por tanto confieren
requerimientos menos críticos. Además, el procedimiento para
preparar la mezcla pulverizada supone muchas adiciones y etapas y
es bastante complejo y difícil de controlar, puesto que ambos, el
polisacárido y los polímeros sintéticos se deben reunir para
secarse como una mezcla. Además, las condiciones de secado se deben
controlar rigurosamente para evitar cualquier formación de una
película del polímero dispersable durante la etapa de secado.
El documento WO 9113121 se refiere a mezclas
secas adecuadas para la producción de adhesivos acuosos que consiste
en metilcelulosa (I), carboximetil almidón (II) y, si se desea,
polvos de redispersión de una resina sintética y otros agentes
auxiliares. Para separar fácilmente los sustratos de un adhesivo
conjunto seco preparado con el adhesivo acuoso, las nuevas mezclas
secas se caracterizan por una relación mutua de (I) a (II) en el
intervalo de 3:97 a 30:70. Se usan para encolar papel y otros
materiales de celulosa adsorbentes, en particular papeles pintados.
Los polvos de redispersión de la resina sintética son sólo aditivos
opcionales y no son adecuados para pegar sustratos difíciles, por
ejemplo, con una baja tensión superficial. Adicionalmente, la
aplicación fijada normalmente se aplica a mano, requiriendo
características menos rigurosas.
El documento DE 197 25 448 A1 se refiere al uso
de adhesivos para carteles en lugares exteriores influidos por la
climatología de una mezcla que contiene (A) un polímero soluble en
agua, que es preferentemente un derivado de un polisacárido y (B)
un polímero no soluble en agua pero dispersable en agua, que es
preferentemente un poli(acetato de vinilo). La composición
preferida comprende el 1-99,5% en peso de
carboximetilcelulosa, el 8-12% en peso de polvo de
redispersión y el 0,1-1% en peso de un agente
conservante. Los adhesivos en polvo para carteles se mezclan con
agua a un bajo contenido en sólidos y se aplican a mano y por tanto
son menos críticos de preparar debido a menores requerimientos de
exigencia, en particular con respecto al grano, especificaciones de
calidad con respecto a la viscosidad, sólidos, velocidades fijadas
así como la reología.
No obstante, los adhesivos para aplicaciones
industriales son mucho más exigentes. El grosor de ambos, el
adhesivo y los dos sustratos es de la forma más habitual muy bajo,
por ejemplo, sólo de 20 a 50 micrómetros. Estos adhesivos deben ser
adecuados para pasar por máquinas a velocidades elevadas, por
ejemplo, hasta 1500 m por minuto o superior. Así, el contenido en
sólidos normalmente es superior, por ejemplo, hasta el 50% o
superior para evitar que grandes cantidades de agua se evaporen, a
viscosidades mucho menores, tales como de 1000 a 5000 mPas
aproximadamente. Para posibilitar esas velocidades elevadas de la
máquina, el adhesivo debe permitir el trabajo sin defectos, por
tanto debe estar exento de grano y tener la reología necesaria para
evitar salpicaduras u otros defectos dentro de desviaciones típicas
estrechas. La velocidad de fijación tiene que ser bastante rápida,
comparada con sistemas aplicados a mano. Aparte de los
requerimientos exigentes para la maquinaria, tales adhesivos a
menudo se deben pegar a los también denominados sustratos
"difíciles", por ejemplo, sustratos con una baja tensión
superficial y que son no absorbentes, como ventanas de poliestireno
en sobres o láminas de polietileno en bolsas. Aunque los adhesivos
comerciales para aplicaciones industriales están optimizados para
las diversas aplicaciones, son adhesivos líquidos basados en agua,
teniendo así las desventajas mencionadas de no ser en forma de
polvo.
El objeto de la presente invención era proponer
un nuevo adhesivo basado en agua para aplicaciones industriales
impartiendo todas las ventajas de los adhesivos en polvo, pero que
se pueden usar en muchas aplicaciones diferentes, incluyendo
aplicaciones muy exigentes, como adhesivos líquidos, así como su uso
en máquinas totalmente diferentes. Además, también deben tener
ventajas técnicas adicionales. En particular, el adhesivo de la
invención debe tener, por ejemplo, antes de la mezcla con el agua,
una estabilidad de almacenamiento muy prolongada, normalmente más
prolongada que los adhesivos líquidos, pero no debe contener o
contener sólo pequeñas cantidades de biocidas o agentes
conservantes. El adhesivo se debe preparar fácilmente, así la mezcla
de los polvos con el agua no debe representar ningún problema, en
particular se acepta la formación de sólo pequeños granos o nada de
grano. Debe ser posible que con una pequeña cantidad de materiales
en bruto se pueda obtener fácilmente un número mucho mayor de
adhesivos diferentes. El adhesivo basado en agua obtenido debe tener
una velocidad de fijación rápida, un tiempo de apertura corto para
permitir el trabajo con velocidades elevadas en las máquinas. Usando
este nuevo adhesivo de la invención, también debe ser posible que
la velocidad de la máquina se pueda incrementar en comparación con
los adhesivos del estado de la técnica, sin comprometer ningún otro
factor.
Así, son claves desviaciones típicas bajas de
las propiedades adhesivas obtenidas con el adhesivo de la invención,
así como es esencial un trabajo exento de defectos y se prefiere
una limpieza de la máquina más sencilla. Por tanto, el adhesivo
también debe tener la reología necesaria para evitar cualquier
salpicadura. Para ser de aplicación versátil, debe ser posible
pegar sustratos difíciles de pegar, en particular sustratos con
bajas tensiones superficiales, a sustratos celulósicos así como
tener sólo un mínimo impacto o ningún impacto en los costes, pero
idealmente incluso reducir los costes del adhesivo aplicado.
Adicionalmente, el adhesivo debe ser ecológico, teniendo así bajos
niveles de compuestos orgánicos volátiles.
Ahora sorprendentemente se ha encontrado que
todos estos objetivos se pueden conseguir mediante un adhesivo
basado en agua que es una mezcla acuosa sobre la base de un polvo
polimérico redispersable en agua y un polvo polimérico soluble en
agua y componentes opcionales adicionales. La relación ponderal del
polvo polimérico redispersable en agua al polvo polimérico soluble
en agua está entre 0,001:1 y 100:1 y el adhesivo basado en agua
obtenido tiene una velocidad de fijación inferior a 300 segundos,
cuando se mide con una capa de 36 \mum de grosor a 23ºC y una
humedad relativa del 50% y tableros de cartón de 385 \mum de
grosor con un peso de 275 \pm 3 g/m^{2} y valores de Cobb en
una cara de 43 g/min/m^{2} y 27 g/min/m^{2} en la otra cara, el
adhesivo tiene un contenido en sólidos del 7,5 al 70% en peso
aproximadamente y una viscosidad de Brookfield a 23ºC y 20 rpm
(norma ASTM D1084) de 500 a 5000 mPas aproximadamente.
El polvo polimérico redispersable en agua es un
polímero que forma películas insoluble en agua preparado mediante
polimerización por suspensión, emulsión y/o microemulsión o
polímeros en bruto emulsionados y pueden ser homo- y/o copolímeros.
El término insoluble en agua significa que al menos el 80% en peso,
preferentemente al menos el 90% en peso, más preferentemente al
menos el 95% en peso y en particular al menos el 98% en peso es
insoluble en agua a 23ºC. Puede ser un único tipo de producto o una
mezcla de varios productos, incluyendo uno o varios polímeros en
emulsión combinados con uno o varios polímeros en disolución
sintéticos y/o polímeros naturales. Los polímeros están basados
normal, pero no exclusivamente, en al menos un monómero seleccionado
del grupo constituido por ésteres de vinilo de ácidos carboxílicos
C_{1} a C_{20} tales como acetato de vinilo, propionato de
vinilo, butirato de vinilo, pivalato de vinilo,
2-etilhexanoato de vinilo, laurato de vinilo y
versatatos de vinilo con hasta 12 átomos de carbono, tales como
VeoVa 9, VeoVa 10 y VeoVa 11, etileno, cloruro de vinilo, ésteres
C_{1} a C_{20} del ácido acrílico o metacrílico, tales como
(met)acrilato de metilo, (met)acrilato de etilo,
(met)acrilato de butilo, (met)acrilato de
2-etilhexilo, (met)acrilato de hidroxietilo,
derivados de ácidos dicarboxílicos insaturados, tales como ésteres
C_{1} a C_{20} del ácido itacónico, fumarato de diisopropilo,
ésteres de dimetilo, metil-t-butilo,
di-n-butilo, di-t-butilo y
dietilo del ácido maleico y el ácido fumárico, anhídrido maleico,
estireno y derivados de estireno así como butadieno. Los monómeros
preferidos son acetato de vinilo, etileno, cloruro de vinilo,
versatatos de vinilo, acrilato de butilo, metacrilato de metilo y
sus combinaciones.
El polvo polimérico redispersable en agua se
basa en homopolímeros y copolímeros típicos, incluyendo, pero no
restringido a, copolímeros de poli(acetato de vinilo),
etileno-acetato de vinilo,
etileno-acetato de vinilo-versatato
de vinilo, etileno-acetato de
vinilo-(met)acrilato, etileno-acetato de
vinilo-cloruro de vinilo, acetato de
vinilo-versatato de vinilo, acetato de
vinilo-versatato de vinilo-(met)acrilato,
versatato de vinilo-(met)acrilato,
todos-(met)acrílicos, estireno-acrilato y/o
estireno-butadieno.
Estos polímeros también pueden contener
monómeros funcionales entre el 0,01 y el 20% aproximadamente,
preferentemente entre el 0,05 y el 10% en peso aproximadamente, en
relación al peso total de la mezcla comonomérica. Los monómeros
funcionales son muy conocidos por los expertos e incluyen, como
ejemplos no limitantes, monómeros de tipo vinilo y alilo que
contienen grupos carboxílicos, aminas, amidas, nitrilos, monómeros
ciano y/o N-metilol funcionalizados tales como
cianoetil(met)acrilato y
N-metilol(met)acrilamida, ésteres,
éteres, tioles, sulfatos, sulfonatos, fosfatos, monómeros
N-vinil funcionalizados tales como
N-vinilacetamida, carbamatos, silanos y siloxanos,
epóxidos, grupos glicidilo y epihalohidrina, grupos catiónicos tales
como aminas cuaternarias, grupos aniónicos tales como carboxilatos,
monómeros anfóteros así como monómeros conteniendo dos o más grupos
copolimerizables tales como adipato de divinilo, maleato de dialilo,
cianurato de trialilo o divinilbenceno. Los monómeros funcionales
preferidos son metacrilato de diglicidilo,
N-metilol-acrilamida,
N-metilol-metacrilamida, sulfonato
de vinilo y viniltrietoxisilano.
Los polímeros preferidos son homopolímeros de
acetato de vinilo, copolímeros de etileno y acetato de vinilo
preferentemente con un contenido en etileno del 1 al 60%
aproximadamente, más preferentemente entre el 5 y el 25%
aproximadamente, y/o acrilatos. Las partículas se pueden estabilizar
mediante uno o más estabilizantes tales como alcoholes
polivinílicos modificados y/o no modificados, completa y/o
parcialmente hidrolizados preferentemente con un grado de
hidrólisis del 70 al 100% aproximadamente, más preferentemente entre
el 80 y el 98% aproximadamente y sus derivados,
polivinilpirrolidona preferentemente con pesos moleculares de 2000
a 400.000 aproximadamente, sistemas de estabilización catiónicos o
aniónicos obtenidos mediante monómeros tales como polímeros
solubles en agua obtenidos a partir de ácido
poli(met)acrílico, ácido polivinilsulfónico así como
sistemas estabilizantes como se describe, por ejemplo, en los
documentos EP-A 1098916 A, EP-A
1109838, melaminformaldehidosulfonatos,
naftalinformaldehidosulfonatos, copolímeros de estireno-ácido
maleico y vinil éter-ácido maleico, polisacáridos solubles en agua
fría tales como celulosa, almidón (amilosa y amilopectina), guar,
dextrinas, que se pueden modificar mediante, por ejemplo,
carboximetilo, carboxietilo, hidroxietilo, hidroxipropilo, metilo,
etilo, propilo y/o grupos alquilo de cadena más larga, alginatos,
péptidos y/o proteínas tales como gelatina, caseína y/o proteínas
de soja. Se prefieren como estabilizantes de partículas los
alcoholes polivinílicos parcial o completamente hidrolizados, las
dextrinas y/o la hidroxialquilcelulosa.
El polvo polimérico redispersable en agua es muy
insoluble en agua, así se redispersa en agua. Tras la evaporación
del agua, normalmente forma una película, que puede ser flexible y
transparente o ligeramente nebulosa. Para obtener todo el beneficio
en ciertas aplicaciones puede ser ventajoso que la temperatura
mínima de formación de la película esté alrededor de la temperatura
ambiente o por encima para conseguir una adhesión fuerte y
resistente. Algunas otras aplicaciones requieren una película más
flexible, normalmente obtenida con temperaturas mínimas de
formación de la película por debajo de la temperatura ambiente,
normalmente entre 0 y 10ºC aproximadamente, preferentemente entre 0
y 5ºC aproximadamente. La redispersión se puede producir con poca o
ninguna mezcla con el agua. No obstante, para la producción a gran
escala a menudo es útil aplicar fuerzas de cizalladura tras la
mezcla para ayudar a una redispersión rápida. Los polvos
redispersables en agua con propiedades espesantes intensas,
impartiendo normalmente a un polímero o copolímero con una
temperatura de transición vítrea Tg elevada de, por ejemplo, 50ºC o
superior, son menos preferidos como único polvo polimérico
redispersable en agua, pero se pueden usar como espesantes junto
con los otros dos polvos poliméricos.
Los polvos poliméricos sintéticos solubles en
agua son polvos poliméricos con un peso molecular de 1000 o
superior, en particular 2000 y superior, siempre que se disuelvan en
agua en una disolución transparente o ligeramente nebulosa,
mientras que la nebulosidad generalmente surge de algunas impurezas
en el polímero soluble en agua. En particular para la disolución de
polímeros sintéticos en agua, la aplicación de calor y fuerzas de
cizalladura al agua conteniendo el polvo polimérico puede acelerar
el procedimiento de disolución. El uso de polvos poliméricos
sintéticos con tamaños de las partículas de polvo más pequeños
normalmente ayuda a la facilidad de la disolución, requiriendo
menos o nada de calor. Ejemplos no limitantes de polvos poliméricos
sintéticos solubles en agua son polivinilpirrolidona,
preferentemente con un peso molecular de 2000 a 400.000
aproximadamente, más preferentemente entre 5000 y 200.000
aproximadamente y en particular entre 10.000 y 100.000
aproximadamente, y/o alcoholes polivinílicos modificados o no
modificados, parcial o completamente hidrolizados, con un grado de
hidrólisis del 70 al 100% molar aproximadamente, preferentemente
entre el 75 y el 98% molar aproximadamente, en particular entre el
82 y el 92% molar aproximadamente, y una viscosidad de Höppler de
una disolución con un contenido en sólidos del 4% en peso de 1 a 50
mPas aproximadamente, preferentemente de 2 a 45 mPas
aproximadamente, en particular entre 3 y 40 mPas aproximadamente
(medido a 20ºC según el DIN 53015), o poliacrilatos solubles en
agua.
Los polvos poliméricos naturales solubles en
agua son polvos poliméricos naturales física y/o químicamente
modificados o no modificados, siempre que se disuelvan en agua hasta
una disolución transparente o ligeramente nebulosa. A veces es
preferible la aplicación de calor tras la disolución, tal como para
los éteres de celulosa. Para almidones, por ejemplo, a menudo es
necesario cocerlas para tener un producto soluble en agua fría.
Normalmente esta etapa se hace por separado, antes de secar el
producto hasta un polvo. No obstante, tal etapa de cocción también
puede ser parte del procedimiento de disolución, aunque es menos
preferido. Ejemplos no limitantes seleccionados de polvos
poliméricos naturales solubles en agua son polisacáridos modificados
o no modificados tales como celulosa, almidón (amilosa y/o
amilopectina), dextrinas, guar, xantano y goma welan, alginatos,
péptidos y/o proteínas tales como gelatina, caseína y/o proteínas de
soja. Pueden estar modificados. No obstante, a menudo se prefiere
que los polisacáridos estén modificados mediante, por ejemplo,
grupos carboxialquilo, hidroxialquilo y/o alquilo, en el que el
alquilo es una cadena alquílica C_{1} a C_{20} lineal o
ramificada, preferentemente una cadena alquílica C_{1} a C_{4},
o
alquil-C_{1}-C_{20}-succinimidas.
Los polvos poliméricos naturales solubles en agua preferidos son
éteres de almidón solubles en agua fría, que pueden estar, por
ejemplo, hidroxialquilados y/o modificados con anhídrido hidroxil-
y/o alquil-succínico, hidroxietil y/o
metilhidroxietilcelulosa, dextrinas, gelatina y/o caseína, mientras
que en particular son menos preferidos polvos poliméricos solubles
en agua de medio a muy carboxilados, tales como con un grado de
sustitución de 0,05 y superior aproximadamente, en particular de
0,1 y superior aproximadamente.
Los polvos poliméricos redispersables en agua
normalmente se obtienen mediante secado por pulverización,
enfriamiento por pulverización y secado por congelación, secado en
lecho fluidizado, secado ultrarrápido, granulación por
pulverización, aglomeración por pulverización. Los procedimientos
típicos para obtener polvos poliméricos solubles en agua incluyen
secado en tambor, floculación del producto seguido por filtración y
el posterior secado, así como la evaporación del disolvente,
seguido de molienda. No obstante, también se pueden aplicar otros
medios, mientras se mantengan las propiedades del producto.
El contenido en sólidos de los adhesivos basados
en agua se expresa mejor mediante la cantidad de no volátiles o
sólidos en relación a la cantidad total de las porciones volátiles o
líquidas y no volátiles o sólidas, independientes de la cantidad de
aire incorporada al sistema. Preferentemente varía entre el 10 y el
65% en sólidos, más preferentemente entre el 20 y el 55%
aproximadamente, principalmente depende de las características de
disolución en agua de los polímeros particulares. Por ejemplo, los
éteres de celulosa no iónicos de elevado peso molecular incrementan
la viscosidad ya a bajas cantidades así como, pero no tan
drásticamente, los éteres de almidón o los alcoholes polivinílicos
de elevado peso molecular. Así, a cantidades superiores de tales
tipos de polvos poliméricos solubles en agua se usan menores
contenidos en sólidos, mientras que a cantidades elevadas de polvos
poliméricos redispersables en agua y/o polvos poliméricos solubles
en agua se pueden conseguir contenidos en sólidos superiores a
viscosidades similares.
Para aplicaciones industriales, los adhesivos
basados en agua normalmente tienen viscosidades de 1000 a 5000 mPas
aproximadamente a diversos contenidos en sólidos. Depende
principalmente de la relación y los tipos de polvo polimérico
redispersables en agua y el polvo polimérico soluble en agua, el
contenido en sólidos, el tamaño de partícula obtenido después de la
redispersión del polvo polimérico redispersable, aditivos
adicionales, así como de la cantidad de gas incorporado en un
adhesivo posiblemente esponjado. Además, la temperatura del
adhesivo también influye sobre la viscosidad.
Optimizando individualmente los diversos
parámetros para cada aplicación única, se pueden obtener las
viscosidades del producto requeridas, que son esenciales para la
aplicación del adhesivo basado en agua. Así, se puede obtener una
viscosidad de 500 a 10.000 mPas aproximadamente, preferentemente de
1000 a 7500 mPas aproximadamente, en particular de 1500 a 5000 mPas
aproximadamente, expresada como viscosidad de Brookfield medida a
23ºC y a 20 rpm, según la norma ASTM D1084, con contenidos en
sólidos del 7,5 al 70% aproximadamente, preferentemente del 10 al
65% aproximadamente y en particular del 20 al 55% aproximadamente.
La reología del adhesivo basado en agua para aplicaciones
industriales es de fluidización por cizalladura. Puede abarcar de
ser casi newtoniana a gran fluidización por cizalladura. Esta
característica se puede optimizar para la aplicación individual
usando polvos poliméricos redispersables en agua y/o polvos
poliméricos solubles en agua particulares, así como añadiendo
modificadores de la reología para ajustar a las propiedades
requeridas.
Sorprendentemente se encontró que ya pequeñas
cantidades de polvo polimérico redispersable en agua añadidas al
polvo polimérico soluble en agua pueden tener un impacto
significativo. Además, una pequeña cantidad de polvo polimérico
soluble en agua añadida al polvo polimérico redispersable en agua
puede proporcionar un claro beneficio adicional en el
comportamiento del adhesivo basado en agua obtenido para
aplicaciones industriales. Así, la relación ponderal de polvo
polimérico redispersable en agua a polvo polimérico soluble en agua
puede abarcar entre 0,001:1 y 100:1 aproximadamente, en particular
entre 0,01 y 50:1 aproximadamente, y preferentemente entre 0,1 y
25:1 aproximadamente.
El adhesivo basado en agua de la invención para
aplicaciones industriales tiene una velocidad de fijación a 23ºC y
a una humedad relativa del 50% inferior a 300 segundos
aproximadamente, preferentemente inferior a 200 segundos
aproximadamente, más preferentemente inferior a 100 segundos
aproximadamente, y en particular inferior a 60 segundos, cuando se
mide con una capa de 36 \mum de grosor a 23ºC y a una humedad
relativa del 50% y tableros de cartón de 385 \mum de grosor con
un peso de 275 \pm 3 g/m^{2} y valores de Cobb en una cara de
43 \pm 3 g/min/m^{2} y 27 \pm 3 g/min/m^{2} en la otra cara,
mientras que los valores de Cobb se determinan usando la norma
TAPPI T441M45.
Es de relevancia particular para adhesivos
basados en agua usados en aplicaciones industriales que el nivel de
granos sea muy bajo, puesto que el adhesivo se aplica en capas muy
finas, que están normalmente entre 20 y 50 \mum aproximadamente.
Este grosor se reduce adicionalmente, por ejemplo, en un factor de
dos aproximadamente para adhesivos con un contenido en sólidos del
50% aproximadamente. Por tanto, aglomerados ya finos pueden
generar, por ejemplo, tiras cuando se aplican con una máquina - o
incluso bloquear la salida del inyector, dando lugar a ciclos de
limpieza prolongados. Tras el secado, un adhesivo aplicado con gran
cantidad de granos puede dar una superficie irregular, incluso a
través de un sustrato delgado como, por ejemplo, un papel de
cigarrillo. Aunque el adhesivo de la invención está basado en
polvos, que son redispersables en agua y solubles en agua,
sorprendentemente se encontró que de hecho no se forman granos o
sólo una pequeña cantidad de granos, comparado con los adhesivos
líquidos actuales basados en agua. Esto se atribuye tanto a una
redispersión excelente del polvo polimérico como a una buena
compatibilidad de los polvos poliméricos redispersables en agua y
solubles en agua que no forman aglomerados o incluso coágulos
durante y después de la redispersión y/o disolución de los polvos.
El tamaño de los granos se puede determinar fácilmente por
microscopia o filtración. La filtración a través de una red con un
tamaño de trama dado da lugar a la cantidad de granos, que es mayor
que el tamaño de la trama. Un procedimiento adicional para
determinar la cantidad de granos es buscar tiras causadas por los
granos tras la aplicación, en particular tras aplicaciones con
rodillo. El grosor aplicado corresponde al tamaño del grano y la
frecuencia de las tiras observadas, en relación a la cantidad de
adhesivo usado, da lugar a un nivel estimado de granos. El adhesivo
basado en agua de la invención para aplicaciones industriales tiene
una cantidad de granos que es inferior a 10 ppm, preferentemente
inferior a 1 ppm, más preferentemente inferior a 0,1 ppm y en
particular inferior a 0,01 ppm, en relación al peso del adhesivo
basado en agua y el tamaño de los granos se considera que es mayor
a 50 \mum aproximadamente, preferentemente mayor a 35 \mum y en
particular mayor a 25 \mum.
La facilidad para pegar dos sustratos juntos
depende enormemente de la porosidad y la tensión superficial de los
sustratos. Los sustratos porosos normalmente son mucho más fáciles
de pegar puesto que el adhesivo puede penetrar en el sustrato,
permitiendo un anclaje mecánico entre el sustrato y el adhesivo
seco. Las formulaciones adhesivas basadas en agua de la invención
se pueden usar para pegar un sustrato a un segundo sustrato similar
o diferente. Los sustratos porosos incluyen papel y madera. Como se
usa en el presente documento "papel" significa tanto papel
como productos de cartón, tanto láminas mono- como
multi-capa (por ejemplo, laminados de papel,
cartones ondulados, fibras sólidas) hechas de, sin limitación, papel
de Kraft, papel hecho de fibras recicladas y similares. El término
"madera" significa que incluye compuestos de madera y tableros
de partículas y engloba madera aglomerada, madera particulada,
fibra vulcanizada de densidad media, fibra vulcanizada de densidad
elevada, tableros de hilos orientados, aglomerados, madera noble,
madera contrachapada, madera contrachapada de núcleo enchapado,
cartón paja impregnado con isocianato o compuestos fenólicos, y
compuestos de madera fabricados de fibra de madera y polímeros,
tales como polietileno reciclado.
La adhesión a sustratos no porosos depende de
fuerzas adhesivas basadas exclusivamente en las interacciones de
átomos y moléculas. Si la tensión superficial de un sustrato es
elevada, también denominado sustrato hidrófilo, normalmente se
puede usar un adhesivo normal para la unión. No obstante, para
sustratos de menor tensión superficial, denominados sustratos
hidrófobos, el adhesivo se debe formular específicamente para
conseguir la adhesión adecuada. Los ejemplos de sustratos con esa
menor tensión superficial son películas de polipropileno orientadas
(OPP) y películas de poliestireno con una tensión superficial de 42
dinas/cm (4,2 Pa) aproximadamente, una película de polietileno de
alta densidad (película HDPE) y papel cubierto de polietileno de
alta densidad (papel cubierto HDPE) ambos con una tensión
superficial de 36 dinas/cm (3,6 Pa) aproximadamente.
Sorprendentemente, se encontró que con el adhesivo de la invención
esos sustratos con una baja tensión superficial se pueden pegar sin
trabajo de formulación adicional para formar una buena unión.
Incluso un adhesivo basado en agua con una relación ponderal de
polvo polimérico redispersable en agua a polvo polimérico soluble en
agua de 0,5:1 a 100:1 aproximadamente, preferentemente de 1,0:1 a
100:1 aproximadamente, más preferentemente de 2,0:1 a 100:1
aproximadamente, y en particular de 3,0:1 a 100:1 aproximadamente,
con un contenido en sólidos típico del 40% en peso aproximadamente,
tiene la capacidad de pegar un sustrato con una baja tensión
superficial a un sustrato celulósico, que en particular es papel.
El sustrato con la baja tensión superficial tiene una tensión
superficial de 42 dinas/cm (4,2 Pa) o inferior, en particular de 38
dinas/cm (3,8 Pa) y preferentemente de 36 dinas/cm (3,6 Pa) o
inferior, mientras que la tensión superficial se determina según la
norma ASTM D2578.
Una forma de realización preferida es aquella en
la que el adhesivo basado en agua para aplicaciones industriales
tiene bajos niveles de compuestos orgánicos volátiles (COV), siendo
así ecológico. Los COV tienen un punto de ebullición a presión
ambiente de 250ºC, así la mayoría de agentes plastificantes,
desespumantes, monómeros residuales del polvo polimérico
redispersable en agua y el polvo sintéticos soluble en agua así como
los disolventes usados en el procedimiento de fabricación de polvos
poliméricos solubles en agua se consideran como tales. Los niveles
de COV preferidos están por debajo de 1000 ppm, preferentemente por
debajo de 500 ppm, lo más preferentemente por debajo de 200 ppm y
en particular por debajo de 50 ppm.
Otra forma de realización preferida es aquella
en la que el adhesivo basado en agua para aplicaciones industriales
tiene bajos niveles de agentes plastificantes y/o bajos niveles de
biocidas y/o conservantes. Cuando se selecciona un polvo polimérico
redispersable en agua con propiedades de formación de películas
mejoradas, los plastificantes se pueden reducir hasta el 1% en peso
o inferior aproximadamente en relación al nivel de sólidos,
preferentemente al 0,5% en peso o inferior y en particular se
pueden omitir completamente. Puesto que los polvos son mucho menos
susceptibles al ataque microbiológico comparados con los adhesivos
líquidos, los adhesivos basados en agua de la invención deben tener
una estabilidad de almacenamiento de normalmente sólo unos días
vista o incluso inferior, además el nivel de biocida se puede
reducir hasta el 0,1% en peso o inferior, preferentemente al 0,01%
en peso o inferior y en particular los adhesivos basados en agua de
la invención incluso están exentos de biocidas y/o
conservantes.
Para ciertas aplicaciones es muy beneficioso
aplicar el adhesivo basado en agua en estado de espuma. Se pueden
espumar introduciendo activamente un gas o una mezcla de gases en el
adhesivo por medios conocidos en la técnica tales como, pero no
limitados a, medios químicos y/o mecánicos, tales como movimiento o
agitación mecánica incorporando un gas o una mezcla de gases
durante la etapa de redispersión en el adhesivo. El gas preferido
es nitrógeno y la mezcla de gases preferida es aire. El adhesivo
basado en agua puede contener o no un agente para la introducción
de aire y/o un agente de estabilización del aire para estabilizar el
gas introducido. La densidad, medida a 23ºC de tales adhesivos
espumados preferentemente abarca entre 1,200 y 0,010 g/cm^{3}
aproximadamente, más preferentemente entre 1,10 y 0,10 g/cm^{3}
aproximadamente, lo más preferentemente entre 1,0 y 0,40 g/cm^{3}
aproximadamente, y en particular entre 0,95 y 0,50 g/cm^{3}
aproximadamente.
Es muy posible que se añadan componentes
adicionales al adhesivo basado en agua para aplicaciones
industriales, en forma de aditivo solo o como combinación de
diversos componentes. Pueden estar en estado líquido o sólido y
pueden ser solubles en agua o insolubles en agua. Ejemplos no
limitantes incluyen tensioactivos no iónicos, aniónicos, catiónicos
o anfóteros o sus mezclas a niveles de hasta el 10% en peso
aproximadamente o superior, en particular hasta el 5% en peso
aproximadamente, en relación al adhesivo basado en agua. Otros
componentes adicionales pueden ser agentes de humidificación,
promotores de la adhesión, generadores de espuma, desespumantes,
modificadores de la reología, plastificantes, agentes de
coalescencia, biocidas, conservantes, colorantes, pigmentos,
fragancias, agentes de pegajosidad, ceras, indicadores UV,
humectantes, agentes para el ajuste del pH y/o tampones,
endurecedores tales como sales metálicas ácidas tales como
AlCl_{3}, FeCl_{3}, Cr(NO3)_{3},
entrecruzadores tales como poliisocianatos, ácido bórico y/o sus
sales o resinas de formaldehído-urea y resinas de
formaldehído-fenol, adhesivos líquidos, en
particular adhesivos que llevan agua basados en adhesivos solubles
en agua así como adhesivos dispersables en agua, que normalmente
están basados en látex, agentes de relleno y agentes
anti-aglomerantes tales como carbonatos, arcillas,
silicatos, sílice hidrófoba e hidrófila, ácido silícico pirogénico
o precipitado, microsílice, caolín, talco, hidrosilicato de
magnesio, espato ligero, polisacáridos tales como almidones, mica,
harinas de cáscara de nuez, y harina de madera. Los agentes de
relleno preferidos son carbonatos de calcio, arcillas y sílice.
También se pueden añadir otros componentes usados habitualmente en
la materia. Se pueden añadir a uno solo de los polvos o a ambos
tipos de polvos y/o en su fabricación. Adicional, o
alternativamente, se pueden añadir antes, durante o después de la
etapa de redispersión y/o disolución de los polvos. Las cantidades
totales de tales aditivos abarcan preferentemente entre el 0,1 y el
500% en peso aproximadamente y superior, más en particular entre el
0,2 y el 250% en peso aproximadamente, y preferentemente entre el
0,5 y 100% en peso aproximadamente, en relación a la cantidad de la
suma del polvo polimérico redispersable en agua y el polvo
polimérico soluble en agua.
El procedimiento para preparar el adhesivo
basado en agua de la invención para aplicaciones industriales es
muy versátil. Una forma de realización es aquella en la que los
polvos poliméricos redispersables en agua y solubles en agua se
mezclan en forma de polvo antes de la mezcla con el agua. Esto tiene
la ventaja de que sólo se debe manejar un único material en bruto.
Esta mezcla de polvos combinados a continuación se puede mezclar
con agua para obtener el adhesivo de la invención. Otra forma de
realización es aquella en la que uno de los polvos se mezcla
primero con agua y el otro polvo se puede añadir posteriormente.
Esto se puede producir inmediatamente, por ejemplo, en la misma
planta en etapas consecutivas, o también se puede realizar, por
ejemplo, en un lugar diferente. Así, esta mezcla de polvo y agua se
puede realizar en una compañía y se puede vender como una
disolución o redispersión líquida, mientras que el otro polvo se
añade posteriormente en el lugar del consumidor. Una forma de
realización adicional es aquella en la que ambos polvos se mezclan
por separado con agua, y las mezclas acuosas se combinan al adhesivo
de la invención. Esto es menos preferido cuando la cantidad de agua
debe ser tan baja como sea posible, pero por otra parte puede ser
beneficioso con respecto al aspecto logístico. Incluso una forma de
realización adicional es aquella en la que ambos polvos se añaden
al mismo tiempo, mientras que el agua se puede añadir al mismo
tiempo o a continuación. Aunque la manipulación de dos polvos
separados añade complejidad a la cadena de suministro, puede ser una
gran ventaja, puesto que se puede preparar un gran número de
adhesivos basados en agua diferentes sólo variando la relación de
los dos polvos. Eligiendo diferentes contenidos en sólidos, y
opcionalmente más o menos espuma que se puede incorporar
fácilmente, con sólo dos polvos y agua se puede preparar un número
incluso superior de clases de adhesivos con propiedades muy
diferentes.
La mezcla de uno o ambos polvos se puede llevar
a cabo usando procedimientos de mezcla en discontinuo,
micro-discontinuo, semi-discontinuo
y/o continuo. Si se mezcla un polvo, el otro polvo ya puede ser
parte de la fase acuosa. Para mezclas de tipo discontinuo, en la
que todos los materiales en bruto se añaden dentro de un corto
período de tiempo, normalmente se usan contenedores más grandes
como recipientes de mezcla, por ejemplo, de 10 litros hasta 30
m^{3} o superior, pero normalmente se prefieren por ejemplo de 100
litros a 10 m^{3}. La mezcla en micro-discontinuo
es un tipo de mezcla continua con pequeños ciclos en discontinuo o
carga de la cámara con el material en bruto, mezclando con agua,
que puede ser en paralelo a la mezcla en
micro-discontinuo, seguido de la descarga de la
cámara. Los volúmenes de tales cámaras normalmente son pequeños, por
ejemplo, sólo algunos cm^{3}, hasta cientos de litros. No
obstante, para aplicaciones industriales típicas, se prefieren
volúmenes de 100 cm^{3} aproximadamente a 100 litros
aproximadamente. Este procedimiento es particularmente preferido
cuando se deben producir continuamente cantidades relativamente
pequeñas de adhesivos para evitar por ejemplo una gran pérdida del
producto tras una parada de la planta. En un procedimiento
semi-discontinuo a menudo un polvo se disuelve
primero, y el segundo polvo se añade posteriormente dentro de un
periodo de tiempo específico. Los recipientes de mezcla
generalmente son de tamaño comparable a aquellos usados para la
mezcla de tipo discontinuo. Este procedimiento es particularmente
preferido cuando tales mezcladores ya están instalados y/o cuando
un polvo, normalmente el polvo soluble en agua, necesita
temperaturas elevadas para disolver.
Para disolver y/o redispersar los polvos
poliméricos puede ser útil si se aplica una cierta energía de
mezcla, que puede ser bastante elevada. Esto depende enormemente
del tipo de polvos así como de su tamaño de grano. Si se usan
polvos con partículas más pequeñas, normalmente es necesaria menos
energía. No obstante, también depende del tipo y cantidad de
enlaces intermoleculares que tienen ciertos productos. Como regla
general, pero no como requerimiento, la mezcla debe ser tan potente
que se pueda observar un remolino y la velocidad típica de mezcla,
que de nuevo depende enormemente del tamaño del recipiente y del
tipo de elemento de mezcla, es de 100 a 5000 rpm aproximadamente,
más habitualmente entre 500 y 2000 rpm. Con respecto a los elementos
de mezcla, de nuevo no hay requerimientos, siempre que se obtenga
una disolución y redispersión apropiada. No obstante, en muchos
casos se prefieren agitadores de hélice, por ejemplo, hélices con
camisa y/o discos disolventes.
Normalmente, los sustratos están unidos juntos
mediante un procedimiento en el que el adhesivo basado en agua de
la invención se aplica a al menos un primer sustrato, un segundo
sustrato se pone en contacto con la composición adhesiva aplicada
al primer sustrato, y el adhesivo aplicado se somete opcionalmente a
condiciones que permitirán a la composición adhesiva formar una
unión fija, tales condiciones incluyendo aire, calor y/o
presión.
Los adhesivos basados en agua de la invención
para aplicaciones industriales se pueden usar en todo tipo de
aplicaciones adhesivas industriales. Ejemplos no limitantes incluyen
aplicaciones de conversión del papel, en particular devanado de
tubos y núcleos, recubrimiento de cantos y perfilado de cantos,
fabricación de manguitos, laminación de placas sólidas de
litografía y fibras sólidas, panales, en particular construcción de
redes y laminación de láminas de cubierta, asas de bolsas, bolsas y
sacos, en particular sacos industriales de paredes múltiples,
sobres y bolsillos, en particular solapas frontales rehumedecibles,
costuras traseras y parches de ventana, fabricación de carpetas y
encuadernación de libros, en particular tapas y lomos, sellos,
recubrimientos rehumedecibles, pañuelos de papel y toallas, en
particular aplicaciones de fijación, lacres de cola y unión de
capas, aplicaciones madereras y de madera, paneles estructuralmente
aislados, etiquetado de botellas, pliegues encolados, cartón
plegable, cajas de compuestos, ondulación, pañuelos de papel y
toallas, aplicaciones de empaquetamiento, en particular como
protección de tamizado, latas de compuesto y etiquetado,
aplicaciones para tabaco, en particular en forma de filtro, costura
lateral, preparación y empaquetamiento de filtros, laminación
flexible y aplicación de empaquetamiento, y en aplicaciones médicas
y electrónicas.
Debido al gran número de aplicaciones
diferentes, también hay una gran variedad de máquinas diferentes. No
obstante, se encontró que el adhesivo de la invención se puede usar
con todos los diferentes tipos de máquinas sin ninguna restricción.
Así, se puede usar en máquinas con inyectores a chorro, máquinas de
tipo rodillo o cascada, mientras los rodillos pueden estar hechos
de latón, acero inoxidable, aluminio, caucho y/o materiales
cerámicos, y/o rodillos de acero grabado, rodillos de acero plano,
y/o rodillos cilíndricos multi-cizalladura, o
máquinas usando una plantilla para aplicar el adhesivo, mientras que
la plantilla puede estar hecha de latón, caucho, plástico,
polímeros, o plástico espumado.
Tampoco hay restricciones con respecto a la
velocidad de la máquina en la cual se usa el adhesivo. Aunque
generalmente no es problemática una máquina a bajas velocidades, una
máquina a velocidades elevadas a menudo da lugar a problemas con
adhesivos líquidos, así, limitando la velocidad de la máquina por
debajo de su capacidad técnica. Ahora se encontró que el adhesivo
de la invención proporciona claramente menos o ninguna restricción,
así las máquinas a menudo pueden funcionar más rápido que con los
adhesivos del estado de la técnica, que hacen el uso de las
máquinas mucho más rentable. Así, el adhesivo normalmente se puede
aplicar en laminación litográfica a, por ejemplo, 180 min/min o
superior, y en aplicaciones de tabaco de, por ejemplo, 1000 a 1500
m/min o superior.
La invención se ilustra mediante los siguientes
ejemplos no limitantes. A continuación se dan procedimientos
generales.
Se usó madera aglomerada revestida de blanco,
suministrada por Hedsor, con un grosor de 385 \mum y un peso de
275 \pm 3 g/m^{2} y valores de Cobb de 43 g/min/m^{2} (cara
gris) y 27 g/min/m^{2} (cara no porosa blanca). Dos tiras de los
tableros se pegaron juntas (cara porosa gris a cara no porosa
blanca) a una temperatura controlada de 23ºC, usando una cantidad
controlada de adhesivo, aplicado con una barra K 4 medida, dando un
grosor del adhesivo húmedo de 36 \mum, seguido de la aplicación de
una presión constante con el peso de una barra K 2. Se inició
inmediatamente el cronómetro y las dos tiras del tablero se
separaron lentamente. Se registró el tiempo de rotura masiva de las
fibras como velocidad de fijación. La velocidad de fijación varía
con diferentes pesos del recubrimiento del adhesivo (mayores
grosores dan lugar a una velocidad de fijación más grande),
diferentes permeabilidades al agua (una mayor permeabilidad da una
velocidad de fijación más rápida) así como a diferentes
temperaturas y humedades relativas (una mayor temperatura y una
menor humedad relativa dan lugar a una velocidad de fijación más
rápida).
Todos los adhesivos se aplicaron sobre el
sustrato de elevada tensión superficial pertinente con un grosor de
36 \mum de la capa adhesiva húmeda usando un aplicador adecuado.
Inmediatamente a continuación, el segundo sustrato, si es aplicable
con la menor tensión superficial, se extendió sobre el adhesivo
aplicado, seguido de la aplicación de presión usando un rodillo de
2 kg una vez en cada dirección. Todas las muestras se cortaron en
sustratos de 25 mm de ancho y se dejaron secar durante toda la noche
a temperatura ambiente y a una humedad relativa del 50% antes de
determinar la fuerza de adhesión usando una máquina de prueba
Instron a una velocidad de 300 mm/min.
Ejemplo
1
Para la preparación del adhesivo de referencia
Ref 1, se midió un total de 252 g de agua en un envase de plástico
de 400 ml y se agitó a 600-700 rpm usando un
mezclador de laboratorio convencional equipado con una hoja de
agitación de 55 mm de ancho. Se añadió lentamente 48 g de polvo de
almidón (Solvicol GP 45 Plus* de Avebe) a una velocidad constante
en el remolino de agua. Después de completar la adición del polvo,
la mezcla se agitó durante un total de una hora.
Para la preparación de los adhesivos Adh 1a y
1b, se repitió el procedimiento anterior, mientras que sólo se usó
244,5 g de agua. Cinco minutos después de completar la adición del
almidón, se añadió lentamente el polvo polimérico redispersable en
agua (7,5 g). No se observó formación de grumos ni granos.
a) El polvo polimérico soluble en
agua (WSPP) es un almidón de patata pregelatinizado e hidrolizado
soluble en agua fría (Solvicol GP 45 Plus* de
Avebe).
b) WRPP es por polvo polimérico redispersable en
agua.
c) El WRPP es un homopolímero de
poli(acetato de vinilo) con un bajo contenido en COV
(PVAc).
d) El WRPP es un copolímero de
etileno-acetato de vinilo con un bajo contenido en
COV (EVA-1).
e) El contenido en sólidos se determinó a 105ºC
usando un horno ventilado. Para la Ref 1 es inferior a la
calculada, que se atribuye al contenido en humedad del polvo de
almidón.
f) La viscosidad de Brookfield se determinó
según la norma ASTM D1084, medida a 20 rpm y 23ºC.
g) La viscosidad en copa Ford se midió según el
EN ISO 2431 con una copa Ford del Nº 6 a 23ºC.
h) Las velocidades fijadas se promediaron sobre
3 mediciones en papel Kraft a Kraft usando un cubo pulido de 100
micrómetros con una capa adhesiva de un grosor de 50 \mum. Para el
procedimiento detallado véase anteriormente.
i) La prueba de pegajosidad se llevó a cabo
recubriendo 2 adhesivos sobre un papel A4 usando una barra K normal
y a continuación usando un dedo para comparar la pegajosidad de
ambos adhesivos en diferentes momentos.
j) Se prepararon mayores cantidades de adhesivo
de manera acorde y se aplicaron sobre una máquina de tipo
rodillo.
Los resultados muestran claramente que sólo
añadiendo una pequeña cantidad de polvo polimérico redispersable en
agua a un adhesivo usando comercialmente, que se basa sólo en un
polvo polimérico soluble en agua, tiene muy poco impacto sobre las
propiedades del adhesivo tales como las viscosidades de Brookfield y
copa Ford, que es esencial cuando se cambia una clase de adhesivo
pero tiene un impacto muy significativo sobre la velocidad de
fijación, que se vuelve mucho más rápida, y la pegajosidad, que se
incrementa y por tanto mantiene mejor juntos los sustratos mientras
se seca, permitiendo así hacer funcionar las máquinas un 25% más
rápido. No se observaron efectos negativos, tales como salpicaduras
o granos. Esto reduce significativamente los costes relacionados
con la maquinaria por bolsa, que compensa los costes del adhesivo
ligeramente incrementados.
Ejemplo
2
La preparación del adhesivo de referencia Ref 2
se realizó análogamente a Adh 1a y 1b, pero usando las cantidades
mencionadas en la Tabla 2 y el adhesivo líquido (Forbo Ulitex 34785)
en lugar de un polvo polimérico redispersable en agua.
Los adhesivos Adh 2a, 2b y 2c se prepararon de
manera análoga a Adh 1a y 1b, pero usando las cantidades mencionadas
en la Tabla 2. No se observó formación de grumos ni granos.
a) El polvo polimérico soluble en
agua (WSPP) es un almidón de patata pregelatinizado e hidrolizado
soluble en agua fría (Solvicol GP 45 Plus* de
Avebe).
b) El adhesivo en emulsión líquida es una clase
de adhesivo comercial basado en una dispersión polimérica con un
contenido en sólidos del 44% en peso, conteniendo el 0,1% en peso de
disolventes orgánicos (Forbo Ulitex 34785)
c) WRPP es por polvo polimérico redispersable en
agua.
d) El polvo polimérico redispersable en agua
(WRPP) es un homopolímero de poli(acetato de vinilo) con un
bajo contenido en COV (PVAc).
e) El polvo polimérico redispersable en agua
(WRPP) es un copolímero de etileno-acetato de vinilo
con un bajo contenido en COV (EVA-1).
f) El polvo polimérico redispersable en agua
(WRPP) es un copolímero de etileno-acetato de vinilo
con un bajo contenido en COV (EVA-2).
g) Para el contenido en sólidos véase la nota al
pie e) de la Tabla 1.
h) Para la viscosidad de Brookfield véase la
nota al pie f) de la Tabla 1.
i) Para el procedimiento detallado para medir la
adhesión, véase anteriormente.
j) Valores de adhesión medios de los valores
citados en i).
k) Fallo de la adhesión (unión
insuficiente).
l) La muestra se deslamina por sí misma cuando
se seca.
m) Fijación de las fibras (adhesión
limitada).
n) Rotura de las fibras (preferida).
o) Baja adhesión debido a una mala unión
(anomalías en la preparación, por ejemplo, mal recubrimiento o
burbujas).
El adhesivo de referencia Ref. 2, que es una
mezcla adhesiva usada comercialmente, presenta enormes limitaciones
para pegar papel de Kraft [tensión superficial > 48 dinas/cm (4,8
Pa)] a papel recubierto de polietileno [tensión superficial de 36
dinas/cm (3,6 Pa)], no siendo así adecuado en absoluto. No obstante,
reemplazando el adhesivo en emulsión líquida por la misma cantidad
de sólidos de un polvo polimérico redispersable en agua, el
adhesivo obtenido de nuevo muestra aproximadamente las mismas
viscosidades de Brookfield que el adhesivo preparado original, que
es importante para su aplicabilidad, pero una adhesión mejorada
significativa de papel de Kraft a papel recubierto de polietileno,
que es claramente difícil de pegar al sustrato. Además, los polvos
poliméricos redispersables en agua no contienen disolventes
orgánicos. Así, estos compuestos orgánicos volátiles se pueden
eliminar completamente, haciendo el adhesivo resultante un producto
mucho más ecológico. Además, la preparación apropiada de Adh 2a a
2c no da lugar a la formación de granos o grumos, que a menudo se
observa cuando se mezcla un adhesivo en emulsión líquida en una
disolución de almidón acuosa.
Ejemplo
3
El adhesivo de referencia Ref 3a es un adhesivo
comercial y se aplica como tal. Los adhesivos Ref 3b y 3c son
polímeros en emulsión basados en agua ajustados a los contenidos en
sólidos y viscosidades mencionadas, véanse las notas a pie de
página b) y c) de la Tabla 3 para los detalles. Los adhesivos Adh 3a
y 3b se prepararon de manera análoga a Adh 1a y 1b, usando las
cantidades relativas dadas en la Tabla 3.
a) La Ref 3a es National
133-299a, que es una clase de adhesivo basado en una
dispersión acuosa de alto rendimiento para pegar sustratos HDPE a
sustratos celulósicos tales como
papel.
b) La Ref 3b se basa en Vinamul 3254 (dispersión
polimérica de EVA), que se ajustó con agua hasta un contenido en
sólidos del 47 al 50% en peso aproximadamente y con un agente
espesante (0,2% en peso de Viscalex AT 88 sobre el peso total)
hasta una viscosidad de 1700 a 2300 mPas aproximadamente.
c) La Ref 3c se basa en Vinamul 3171 (dispersión
polimérica de EVA), que se ajustó con agua hasta un contenido en
sólidos del 47 al 50% en peso aproximadamente y con un agente
espesante (0,32% en peso de Viscalex AT 88 sobre el peso total)
hasta una viscosidad de 1700 a 2300 mPas aproximadamente.
d) El polvo polimérico soluble en agua (WSPP) es
un almidón de patata pregelatinizado e hidrolizado soluble en agua
fría (Solvicol GP 45 Plus* de Avebe).
e) WRPP es por polvo polimérico redispersable en
agua.
f) El polvo polimérico redispersable en agua
(WRPP) es un homopolímero de poli(acetato de vinilo) con un
bajo contenido en COV (PVAc).
g) El polvo polimérico redispersable en agua
(WRPP) es un copolímero de etileno-acetato de vinilo
con un bajo contenido en COV (EVA-1).
h) Para el contenido en sólidos véase la nota al
pie e) de la Tabla 1.
i) Para la viscosidad de Brookfield véase la
nota al pie f) de la Tabla 1.
j) Para la viscosidad en copa Ford véase la nota
al pie g) de la Tabla 1.
k) Fuerza de adhesión medida sobre la parte
externa de papel de Kraft a lámina de HDPE de 12 \mum de
grosor.
l) Fuerza de adhesión medida sobre la parte
interna de papel de Kraft a lámina de HDPE de 12 \mum de
grosor.
La Ref 3a de calidad y alto rendimiento presenta
una adhesión superior de ambos, el papel de Kraft interno y externo
sobre lámina de HDPE, que es un sustrato muy difícil de pegar, con
una baja tensión superficial de 36 dinas/cm (3,6 Pa). Esto además
demuestra, que las dispersiones poliméricas, siendo principalmente
adecuadas para la formulación de adhesivos para tales sustratos, no
puede competir en absoluto con la Ref 3a. Por tanto,
sorprendentemente se encontró que la combinación de un polvo
polimérico soluble en agua con un polvo polimérico redispersable en
agua proporciona unos valores de adhesión casi tan buenos como el
adhesivo líquido de calidad y alto rendimiento, que en la mayoría
de los casos es suficiente, aunque algunos polvos redispersables en
agua son menos adecuados debido a un aumento elevado de la
viscosidad. Además, se debe indicar, que usando el Adh 3a y 3b, se
usa menos del 30% aproximadamente de adhesivo debido al menor
contenido en sólidos, comparado con la Ref 3a. Adicionalmente, el
Adh 3a y 3b funcionaron muy fluidos en las máquinas. Esto es en
contraste con adhesivos basados en dispersión típicos, que
requieren más tiempo de parada. Estos factores, junto con los
diferentes materiales en bruto, dan lugar a beneficios de costes
significativos, así como ventajas logísticas tales como una
estabilidad de almacenamiento más prolongada, menores niveles de
biocida y ausencia de pérdidas del contenedor vacío del adhesivo
líquido, puesto que las bolsas que contienen los polímeros en polvo
se pueden eliminar
fácilmente.
fácilmente.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
4
Para la preparación del adhesivo de referencia
Ref 4, se midió un total de 270 g de agua en un contenedor de acero
inoxidable de 400 ml y se agitó a 600-700 rpm/min
usando un mezclador de laboratorio convencional equipado con una
hoja de agitación de 55 mm de ancho. Se añadió lentamente 30 g de
alcohol polivinílico en polvo (Kurraray PVA 17-99)
a velocidad constante en el remolino de agua y se mezcló durante 15
minutos. La muestra se calentó posteriormente a 90ºC durante una
hora, seguido de enfriamiento por debajo de 60ºC.
Los adhesivos Adh 4a a Adh 4d se prepararon de
manera análoga al adhesivo de referencia Ref 4, usando el tipo y
las cantidades de materiales en bruto dados en la Tabla 2. Cuando la
temperatura de la disolución de alcohol polivinílico estaba por
debajo de 60ºC, se añadió lentamente el polvo polimérico
redispersable en agua, seguido de un tiempo de mezcla adicional de
20 minutos.
a) El polvo polimérico soluble en
agua (WSPP) es alcohol polivinílico PVA 17-99 de
Kuraray, teniendo un grado de hidrólisis del 99% molar y una
viscosidad de Höppler en forma de disolución acuosa al 4% en peso de
17
mPas.
b) El polvo polimérico redispersable en agua
(WRPP) primero se redispersó en agua (50% en peso) y se añadió como
tal.
c) El WRPP usado es un homopolímero de
poli(acetato de vinilo) con un bajo contenido en COV
(PVAc).
d) El WRPP es un copolímero de
etileno-acetato de vinilo con un bajo contenido en
COV (EVA-1).
e) Para la viscosidad de Brookfield véase la
nota al pie f) de la Tabla 1.
f) Para la viscosidad en copa Ford véase la nota
al pie g) de la Tabla 1.
g) Para el contenido en sólidos véase la nota al
pie e) de la Tabla 1.
h) Velocidad de fijación medida sobre madera
aglomerada revestida de blanco suministrada por Hedsor como se ha
definido en el procedimiento que define la velocidad de
fijación.
k) Se prepararon mayores cantidades de adhesivo
de manera acorde y se aplicaron en una máquina de tipo cascada. N/A
es para no medido.
El adhesivo basado en agua Ref 4 usado
comercialmente está basado en alcohol polivinílico, disponible en
forma de polvo polimérico sintético. La velocidad de fijación
relativamente grande, el bajo contenido en sólidos, que se requiere
para conseguir la viscosidad necesaria, pero también la naturaleza
del polímero usado, dan lugar a una velocidad de la máquina
bastante lenta. Añadiendo a la disolución del alcohol polivinílico
algo de polvo polimérico redispersable en agua, el contenido en
sólidos aumenta, mientras la velocidad de fijación disminuye, que
también depende del tipo de polímero del último. No obstante, las
viscosidades permanecen aproximadamente a un valor constante, que
es esencial para hacer funcionar adecuadamente la máquina. Por
tanto, estos pequeños cambios permitieron incrementar
significativamente la velocidad de la máquina en más del 100%, que
aún es un nivel sin optimizar. No se observaron salpicaduras ni
signos de formación de granos.
Claims (13)
1. Adhesivo basado en agua para aplicaciones
industriales, caracterizado porque el adhesivo basado en agua
es una mezcla acuosa sobre la base de un polvo polimérico
redispersable en agua y un polvo polimérico soluble en agua y
componentes opcionales adicionales, en el que la relación ponderal
del polvo polimérico redispersable en agua al polvo polimérico
soluble en agua está entre 0,001:1 y 100:1 aproximadamente y el
adhesivo basado en agua tiene una velocidad de fijación inferior a
300 segundos, cuando se mide con una capa de 36 \mum de grosor a
23ºC y una humedad relativa del 50% y tableros de cartón de 385
\mum de grosor con un peso de 275 \pm 3 g/m^{2} y valores de
Cobb en una cara de 43 g/min/m^{2} y 27 g/min/m^{2} en la otra
cara, el adhesivo tiene un contenido en sólidos del 7,5 al 70% en
peso aproximadamente y una viscosidad de Brookfield a 23ºC y 20
rpm, medida según la norma ASTM D1084 de 500 a 5000 mPas
aproximadamente.
2. Adhesivo basado en agua según la
reivindicación 1, caracterizado porque el polvo polimérico
redispersable en agua es un polímero que forma películas insoluble
en agua y en particular está basado en al menos un monómero
seleccionado del grupo constituido por ésteres de vinilo de ácidos
carboxílicos C_{1} a C_{20}, etileno, cloruro de vinilo,
ésteres de alquilo C_{1} a C_{20} del ácido acrílico y ácido
metacrílico, acrilonitrilo, (met)acrilamida, estireno y
derivados de estireno y/o butadieno.
3. Adhesivo basado en agua según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el polvo
polimérico soluble en agua es un polvo polimérico sintético, en
particular polivinilpirrolidona y/o un alcohol polivinílico parcial
o completamente hidrolizado modificado o no modificado, o un polvo
polimérico natural modificado o no modificado, en particular un
polisacárido y/o una proteína.
4. Adhesivo basado en agua según al menos una de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el contenido
en sólidos es del 10 al 65% en peso aproximadamente, en particular
del 20 al 55% en peso aproximadamente, la viscosidad de Brookfield
a 23ºC y 20 rpm, medida según la norma ASTM D1084, es de 1000 a 7500
mPas aproximadamente, en particular de 1500 a 5000 mPas
aproximadamente y/o la relación ponderal del polvo polimérico
redispersable en agua al polvo polimérico soluble en agua es de
0,01 a 50:1 aproximadamente, en particular de 0,1 a 25:1
aproximadamente.
5. Adhesivo basado en agua según al menos una de
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el adhesivo
basado en agua tiene una velocidad de fijación y un tiempo de
apertura 23ºC y una humedad relativa del 50% inferior a 200
segundos, preferentemente inferior a 100 segundos.
6. Adhesivo basado en agua según al menos una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
nivel de granos con un tamaño de partícula medio superior a 50
\mum es inferior a 10 ppm, en particular inferior a 1 ppm.
7. Adhesivo basado en agua según al menos una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
adhesivo basado en agua tiene la capacidad de pegar un sustrato de
baja tensión superficial a un sustrato celulósico, en particular
con una relación ponderal de polvo polimérico redispersable en agua
a polvo polimérico soluble en agua de 0,5:1 a 100:1
aproximadamente.
8. Adhesivo basado en agua según la
reivindicación 7, caracterizado porque el sustrato con la
baja tensión superficial tiene una tensión superficial de 42
dinas/cm (4,2 Pa) o inferior, en particular de 38 dinas/cm (3,8 Pa)
o inferior.
9. Adhesivo basado en agua según al menos una de
las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque tiene
un bajo contenido en COV, en particular por debajo de 1000 ppm
aproximadamente, está exento de plastificantes y/o tiene un bajo
nivel de biocidas, en particular está exento de biocidas.
10. Adhesivo basado en agua según al menos una
de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque
contiene un gas o una mezcla de gases para dar una densidad (23ºC)
de 0,010 a 1,20 g/cm^{3} aproximadamente, en particular de 0,10 a
1,10 g/cm^{3} aproximadamente.
11. Adhesivo basado en agua según al menos una
de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
componentes adicionales son plastificantes, desespumantes, agentes
de humidificación, promotores de la adhesión, generadores de
espuma, endurecedores, ceras, tensioactivos, modificadores de la
reología, fragancias, colorantes, pigmentos, conservantes,
indicadores UV, agentes de coalescencia, humectantes, agentes de
pegajosidad, ácido bórico o sus sales, agentes para el ajuste del
pH y/o tampones, adhesivos líquidos, en particular adhesivos que
llevan agua, agentes de relleno orgánicos e inorgánicos, en
particular en cantidades que abarcan entre el 0,1 y el 500% en peso
aproximadamente o superior, en relación a la cantidad de la suma del
polvo polimérico redispersable en agua y el polvo polimérico
soluble en agua.
12. Procedimiento para producir adhesivos
basados en agua según al menos una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque 1) el polvo polimérico
redispersable en agua y el polvo polimérico soluble en agua se
mezclan con agua al mismo tiempo o 2) un polvo polimérico se mezcla
primero con agua y el otro polvo polimérico se añade tras la mezcla
al polvo polimérico ya mezclado o 3) ambos polvos poliméricos se
mezclan con agua por separado y las mezclas acuosas obtenidas se
mezclan juntas, en el que la relación ponderal del polvo polimérico
redispersable en agua al polvo polimérico soluble en agua se ajusta
a un valor de 0,001:1 a 100:1 aproximadamente y el adhesivo basado
en agua obtenido tiene una velocidad de fijación inferior a 300
segundos, cuando se mide con una capa de 36 \mum de grosor a 23ºC
y una humedad relativa del 50% y tableros de cartón de 385 \mum
de grosor con un peso de 275 \pm 3 g/m^{2} y valores de Cobb en
una cara de 43 g/min/m^{2} y 27 g/min/m^{2} en la otra cara, y
un contenido en sólidos del 7,5 al 70% en peso aproximadamente y una
viscosidad de Brookfield a 23ºC y 20 rpm, medida según la norma
ASTM D1084, de 500 a 5000 mPas aproximadamente.
13. Uso de un adhesivo basado en agua según al
menos una de las reivindicaciones 1 a 11 en aplicaciones de
conversión de papel, en particular devanado de tubos y núcleos,
recubrimiento de cantos y perfilado de cantos, fabricación de
manguitos, laminación de placas sólidas de litografía y fibras
sólidas, panales, en particular construcción de redes y laminación
de láminas de cubierta, asas de bolsas, bolsas y sacos, en
particular sacos industriales de paredes múltiples, sobres y
bolsillos, en particular solapas frontales rehumedecibles, costuras
traseras y parches de ventana, fabricación de carpetas y
encuadernación de libros, en particular tapas y lomos, sellos,
recubrimientos rehumedecibles, pañuelos de papel y toallas, en
particular aplicaciones de fijación, lacres de cola y unión de
capas, aplicaciones madereras y de madera, paneles estructuralmente
aislados, etiquetado de botellas, pliegues encolados, cartón
plegable, cajas de compuestos, ondulación, aplicaciones para tabaco,
en particular en forma de filtro, costura lateral, preparación y
empaquetamiento de filtros, laminación flexible y aplicación de
empaquetamiento, y en aplicaciones médicas y electrónicas.
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