ES2286533T3 - Procedimiento para producir adhesivos a base de agua y su uso. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para producir un adhesivo a base de agua mezclando un adhesivo en polvo redispersable y agua, opcionalmente junto con otros componentes, caracterizado por mezclar un adhesivo en polvo redispersable, agua y opcionalmente otros componentes de modo que el adhesivo a base de agua final contiene un adhesivo en polvo redispersado en una cantidad del 0, 5% al 80% en peso y tiene una viscosidad Brookfield (23ºC/20 RPM) de desde 10 hasta 250.000 mPas, en el que - se lleva a cabo el mezclado como un procedimiento micro-discontinuo o continuo con un volumen de la cámara de mezclado de 0, 001 a 200 litros y con un tiempo de mezclado de 0, 01 a 500 segundos, y - la razón del diámetro de al menos una paleta de mezcladora con respecto al diámetro de la cámara de mezclado es de 0, 50 a 0, 99.
Description
Procedimiento para producir adhesivos a base de
agua y su uso.
La invención se refiere a un procedimiento de
reconstitución de polvos para producir adhesivos a base de agua y
sus usos.
Los adhesivos a base de disolventes líquidos,
adhesivos líquidos acuosos y adhesivos de aplicación en estado
fundido se usan convencionalmente para unir un sustrato a un segundo
sustrato. Sin embargo, cada uno de estos adhesivos tiene varias
desventajas asociadas con su uso. Los adhesivos a base de
disolventes representan riesgos para la salud y medioambientales y
son difíciles de manipular, igual que los adhesivos de aplicación en
estado fundido. Los adhesivos líquidos acuosos proporcionan
adhesivos respetuosos con el medio ambiente con respecto a los
adhesivos a base de disolventes alternativos, y una seguridad y
manipulación mejores frente a adhesivos de aplicación en estado
fundido. Sin embargo, existen varias desventajas de los adhesivos a
base de agua, tales como un secado relativamente largo, tiempos de
curado o endurecimiento y el agua contenida dentro de ellos tiende
sin limitación a hinchar la superficie y/o material de sustrato.
Además, tienen un tiempo de almacenamiento limitado y/o un nivel
significativo de biocida para evitar el crecimiento de bacterias,
limitaciones de transporte debido al agua que tiene que enviarse
también, y requieren transporte y almacenamiento en condiciones
controladas de temperatura debido a la estabilidad de
congelación-descongelación limitada.
Para evitar algunas de las cuestiones
anteriores, se han propuesto varios enfoques diferentes. El
documento US-A 2003/0026976 describe adhesivos a
base de resinas sintéticas, que se espuman para introducir menos
agua dentro de la formación, para reducir los requisitos de
temperatura así como aumentar las velocidades de línea. Además,
puede lograrse un ahorro de costes sustancial. El documento
US-B 6.280.514 describe un procedimiento para
fabricar un adhesivo de base acuosa de polisacáridos espumados
usando un generador de espuma y el documento US-B
6.280.515 describe un procedimiento para producir un adhesivo
espumado a base de polisacáridos acuosos constante y estable,
usando un polisacárido modificado con un anhídrido alquilsuccínico.
Sin embargo, no se solucionan las cuestiones en cuanto a tiempo de
almacenamiento limitado y/o niveles de biocida así como las
desventajas descritas en cuanto a transporte.
Se describe un aparato para introducir espuma en
un adhesivo a base de agua en el documento DE-C 199
05 229, usando aire comprimido. Está diseñado para tener una
presión de trabajo en el segundo recipiente de almacenamiento para
el adhesivo espumado de 2,8 a 3,2 bar, manteniendo así presiones de,
por ejemplo, hasta 6 bar. Todo el diseño es bastante complejo y
debido a la distribución resistente a la presión también
costoso.
Existe otra tecnología que trata las desventajas
de adhesivos acuosos de almacenamiento y transporte limitados
usando adhesivos en polvo. Se conocen bien las ventajas generales de
los polvos, de modo que no se requieren biocidas para vidas útiles
de almacenamiento de 6 meses o superiores, no necesita enviarse agua
y los productos tienen una estabilidad de
congelación-descongelación excelente. Sin embargo,
se usan principalmente como aditivos en sistemas de mortero seco,
que contienen cemento, que se mezclan con agua en el sitio de
construcción. Existe muy poca mención del uso de adhesivos en polvo
redispersables en agua en aplicaciones que no son de
construcción.
El documento EP-A 794 986
describe un adhesivo pulverulento a base de polisacáridos solubles
en agua fría. Para evitar la formación de grumos durante el
procedimiento de mezclado, se añade al menos una sustancia de
partículas gruesas con un tamaño de partícula medio de 0,5 a 5 mm,
que se disuelve en agua fría sin ningún aumento en la viscosidad.
Esta sustancia de partículas gruesas se disuelve de forma neutra en
agua fría en de 5 a 15 minutos a 20ºC y consiste en particular en
sales de metales alcalinos y alcalinotérreos y preferiblemente en
azúcares y urea. Los polisacáridos son almidón, derivados de almidón
y derivados de celulosa tal como se usan normalmente en la
producción de pastas y colas. Se define el procedimiento para
producir los adhesivos mezclando los componentes mecánicamente
hasta que son homogéneos. Es un procedimiento discontinuo y por
tanto no es adecuado para una aplicación industrial eficaz. Además,
las partículas gruesas añadidas para evitar la formación de grumos
tendrán un impacto sobre las propiedades de aplicación.
El documento EP-A 796 301
describe un polvo de cola de carpintería, que se dispersa fácilmente
en agua y que tiene una resistencia de unión mejorada, estabilidad
térmica y propiedades de endurecimiento rápidas. Se prepara
añadiendo a la dispersión antes de la etapa de secado, uno o más
copolímeros de alcohol vinílico u homopolímeros de alcohol vinílico
totalmente hidrolizados que tienen un grado de hidrólisis de desde
el 96 hasta el 100% en moles y una viscosidad Höppler de desde 2
hasta 15 mPa\cdots. Este polvo sólo es para aplicaciones de
carpintería y por tanto es muy limitado en su uso. Los polvos
redispersables, tales como este polvo de cola de carpintería, son
también caros debido a la etapa de secado adicional que se requiere
para retirar el agua. Además, las viscosidades descritas de 10.000
a 50.000 mPa\cdots no son adecuadas para muchos tipos de
aplicaciones. Aunque se menciona que el polvo de cola de
carpintería formulado anteriormente sólo necesita agitarse junto
con agua antes de su aplicación, no se proporcionan detalles,
incluso está claro que no es fácil mezclar tales materiales de
elevada viscosidad de forma homogénea mezclando polvos con agua de
forma eficaz, en particular para uso industrial.
El documento GB 146.992 describe un
procedimiento para gelatinizar un único componente de almidón, a
base de las cuatro variables de reacción diferentes, cantidad de
almidón, cantidad de agua, la temperatura y el tiempo de reacción.
Los dos procedimientos posibles son un procedimiento discontinuo,
que requiere agitación enérgica y tiempos de calentamiento de 15 a
30 minutos, y un procedimiento de mezclado continuo usando un tubo
de mezclado estacionario, que puede equiparse con una funda para el
calentamiento por vapor directo. El tiempo de retención promedio de
la suspensión es 265 segundos. Sin embargo, solamente pueden
fabricarse materiales de muy baja viscosidad inferior a 1000 cP. No
se proporciona información para preparar materiales a base de agua
de manera eficaz tales como polímeros sintéticos que son mucho más
difíciles de redispersar, debido a las elevadas viscosidades, la
formación de grumos potencial tal como formación de películas tras
la agregación, o requerir un consumo de energía alto.
El resumen PAJ del documento
JP-A-4.202.580 describe un
procedimiento de dos etapas usando en primer lugar un dispositivo
de mezclado muy específico con una pluralidad de vástagos para
mezclar polvos de adhesivos solubles en agua con un componente
líquido. Con el fin de obtener el adhesivo a base de agua, se
transfirió la mezcla resultante en una segunda etapa dentro de un
tanque de disolución, se mezcló con agua y se disolvió para dar el
objetivo. Tal procedimiento de dos etapas es complicado y se prevé
que cuando se usan polímeros insolubles en agua, los vástagos
pueden provocar agregados insolubles en agua grandes, que hacen que
el procedimiento no sea muy adecuado para materiales de este
tipo.
Es ahora el objeto de la presente invención
proporcionar un procedimiento para producir adhesivos a base de
agua, que:
- se basan en materias primas que tienen tiempos
de almacenamiento largos, por ejemplo superiores a 6 meses, son
estables a la congelación y descongelación, respetuosos con el medio
ambiente, por ejemplo que tienen niveles de COV bajos y que están
preferiblemente libres de plastificantes y tienen un nivel de
biocidas bajo o incluso cero para englobar los reglamentos futuros,
y
- puede dar de manera permanente productos a
viscosidades de bajas a elevadas a una calidad constante y con
tiempos de mezclado cortos con un equipamiento fácil de usar con un
impacto en el coste positivo o neutro, y
- puede producir con una materia prima un
múltiplo de diferentes calidades de adhesivos para reducir
significativamente la complejidad de logística.
Se descubrió sorprendentemente que este objeto
puede solucionarse mezclando un adhesivo en polvo redispersable y
agua, opcionalmente junto con otros componentes, de modo que el
adhesivo a base de agua final contiene un adhesivo en polvo
redispersado en una cantidad de aproximadamente el 0,5% al 80% en
peso y tiene una viscosidad Brookfield (23ºC/20 RPM) de desde
aproximadamente 10 hasta 250.000 mPas, en el que
- se lleva a cabo el mezclado como un
procedimiento micro-discontinuo o continuo con un
volumen de la cámara de mezclado de aproximadamente 0,001 a 200
litros y con un tiempo de mezclado de aproximadamente 0,01 a 500
segundos, y
- la razón del diámetro de al menos una paleta
de mezcladora con respecto al diámetro de la cámara de mezclado es
aproximadamente de 0,50 a 0,99.
El procedimiento según la invención redispersa
los adhesivos en polvo en una unidad de redispersión de alta
cizalladura en el plazo de segundos o unos cuantos minutos. El
procedimiento de redispersión es un procedimiento
micro-discontinuo o continuo. Se unen dos o más
entradas a la unidad de redispersión, en las que puede controlarse
la alimentación tanto de adhesivo en polvo como de agua o bien
gravimétricamente o bien volumétricamente, y una salida, que lo más
normalmente está en la parte inferior del recipiente de mezclado. El
adhesivo en polvo, suministrado normalmente en bolsas (normalmente
de 10 a 30 kg), bolsas grandes (normalmente de 400 a 1200 kg) o
repartido a silos por camiones, puede alimentarse en primer lugar a
un depósito de polvos o directamente a la cámara de mezclado. La
corriente de alimentación de polvo puede llevarse dentro del
depósito y/o la cámara de mezclado ya sea mediante gravedad,
presión gaseosa, succión a vacío, bomba de husillo y/o cualquier
otro medio adecuado.
La velocidad de alimentación del adhesivo en
polvo depende de la cantidad de adhesivo consumido, los sólidos que
van a obtenerse para el adhesivo final, así como del tamaño de la
cámara de mezclado. La cámara de mezclado funciona de la mejor
manera a volúmenes de llenado preferiblemente entre aproximadamente
el 10 y el 90%, más preferiblemente entre aproximadamente el 25 y
el 75% y en particular entre aproximadamente el 40 y el 60%. La
razón de las velocidades de alimentación del adhesivo en polvo y el
agua depende mucho del tipo de materia prima, la cantidad de gas
ocluido y las viscosidades alcanzadas, y oscila preferiblemente
desde aproximadamente 0,005 hasta 4, más preferiblemente desde
aproximadamente 0,01 hasta 2,5 y en particular desde aproximadamente
0,02 hasta 2. A un contenido de sólidos del 50%, la velocidad de
alimentación de polvo en promedio depende del volumen de la cámara
de redispersión y velocidad de llenado, pero varía preferiblemente
desde aproximadamente 0,01 kg/min hasta 500 kg/min, más
preferiblemente desde aproximadamente 0,1 hasta 50 kg/min y en
particular desde aproximadamente 0,5 hasta 25 kg/min.
La unidad de mezclado
micro-discontinua es una mezcladora con algún grado
de automatización, que redispersa menos material en ciclos más
cortos en comparación con el procedimiento discontinuo. Funciona en
al menos 3 etapas, que pueden ser consecutivas y/o en paralelo: en
primer lugar carga las materias primas tales como el adhesivo en
polvo, el agua y opcionalmente otros componentes en el plazo de
preferiblemente aproximadamente 0,1 a 60 segundos, en particular
entre aproximadamente 1 y 40 segundos. Las materias primas pueden
añadirse o bien juntas y/o en secuencia. En segundo lugar, mezcla
las adiciones fuertemente, permitiendo que el adhesivo en polvo se
redisperse hasta el grado requerido, que puede ser volver al tamaño
de partícula principal, o a agregados más pequeños. El tiempo para
redispersar el adhesivo en polvo (tiempo de mezclado) es
preferiblemente de desde aproximadamente 0,01 hasta 500 segundos,
más preferiblemente de desde aproximadamente 0,1 hasta 250 segundos
y en particular de desde aproximadamente 1 hasta 150 segundos. Puede
ser uno o más agitadores de uno o varios tipos. Una lista no
exclusiva incluye paletas, discos disolventes, sistemas de
rotor-estator tales como discos disolventes
giratorios con varillas de acero, o cualquier versión modificada. La
velocidad de mezclado oscila preferiblemente desde aproximadamente
10 rpm hasta 20.000 rpm, más preferiblemente desde aproximadamente
100 hasta 10.000 rpm y depende mucho del sistema agitador con el que
está equipada la unidad. Opcionalmente, tras lograr la
redispersión, puede mezclarse además para ocluir más aire. Este
espacio de tiempo es variable y puede aumentar hasta 15 minutos o
más y depende mucho de las necesidades del usuario. En tercer
lugar, el adhesivo a base de agua obtenido se descarga y transporta
directamente a la máquina de aplicación. Sin embargo, en muchos
casos se lleva preferiblemente dentro de un tanque de
almacenamiento, desde el cual la máquina de aplicación puede
alimentarse directamente. El tanque de almacenamiento puede estar a
presión ambiente o elevada de hasta aproximadamente 10 bar,
preferiblemente hasta aproximadamente 3 bar, para permitir un buen
control de la salida de adhesivo a la unidad de aplicación.
Una realización preferida es una unidad de
mezclado con un disco disolvente giratorio con varillas de acero,
que funciona a una velocidad de aproximadamente 100 a 2000 rpm, que
requiere tiempos de redispersión típicos de aproximadamente 2 a 200
s. Otra realización preferida es una unidad de mezclado equipada con
un disco disolvente y dos paletas, que funciona a una velocidad de
aproximadamente 200 a 5000 rpm, que requiere tiempos de redispersión
típicos de aproximadamente 5 a 400 segundos. En ambos casos puede
extenderse el mezclado además, por ejemplo, con fines de ocluir
aire, hasta un total de 1000 segundos o más. El tiempo de ciclo de
este procedimiento micro-discontinuo es de manera
preferible aproximadamente de 2 a 500 segundos.
Como alternativa, el adhesivo en polvo puede
redispersarse continuamente. Esto puede lograrse con la misma
unidad de mezclado igual que para el procedimiento
micro-discontinuo, pero con alimentación continua de
materias primas y descarga permanente del adhesivo a base de agua
obtenido. En este caso, ajustando las entradas y salidas con
respecto al volumen de la cámara de mezclado puede variar el tiempo
de mezclado. Por tanto, con un volumen dado de la cámara de
mezclado, se aumenta el tiempo de mezclado disminuyendo las
velocidades de flujo de entrada y salida. Otra posibilidad para
redispersar el adhesivo en polvo continuamente es usar una cámara
de mezclado de tipo tubular tal como amasadoras de husillo y sus
variantes, que es adecuada para viscosidades superiores, tales como
desde aproximadamente 1000 hasta 250.000 mPas, preferiblemente desde
aproximadamente 5000 hasta 100.000 mPas, y/o mezcladoras tubulares
estáticas que son más adecuadas para aproximadamente de 20 a 3000
mPas.
El volumen de la cámara de mezclado,
independientemente de si se ha diseñado para un procedimiento
micro-discontinuo o continuo, puede ser de hasta
200 litros o superior y depende principalmente de la cantidad de
adhesivo usado por unidad de tiempo. Sin embargo, el tamaño
preferido es de desde aproximadamente 0,001 hasta 200 litros, y
preferiblemente de desde aproximadamente 0,01 hasta 100 litros, lo
más preferiblemente de desde aproximadamente 0,05 hasta 50 litros,
y en particular de desde aproximadamente 0,1 hasta 25 litros. En
particular se prefieren volúmenes inferiores para aplicaciones de
alto valor y bajo volumen tales como aplicaciones médicas y/o
electrónicas. La cámara de mezclado puede abrirse o preferiblemente
cerrarse para evitar la contaminación así como la formación de
polvo. Si los reglamentos requieren agua limpia para fabricar
adhesivos, puede filtrarse el agua antes de su uso con el fin de
conseguir los productos que cumplen con reglamentos tales como FDA,
BFR y/o DTV.
La temperatura de funcionamiento varia
preferiblemente desde aproximadamente 0ºC hasta 150ºC o superior,
pero más preferiblemente es temperatura ambiente, aproximadamente
de 15 a 50ºC, dependiendo de la temperatura del agua corriente. Sin
embargo, en algunos casos resulta muy beneficioso usar temperaturas
elevadas. Si la viscosidad del adhesivo redispersado a temperaturas
ambiente es muy elevada, aproximadamente 100.000 mPas o superior,
es normalmente mucho más baja a temperaturas elevadas tales como por
encima de aproximadamente 60ºC, más habitualmente a aproximadamente
de 80 a 100ºC. De forma opcional, puede estar presurizado y/o
controlarse la temperatura. A tales temperaturas, la redispersión
así como el transporte de adhesivos muy viscosos es más fácil. Tras
la aplicación sobre un sustrato, se enfriará, proporcionando así la
viscosidad requerida. Otra razón para trabajar a temperaturas
elevadas es cocer almidón nativo y/o modificado al mismo tiempo que
se redipersa. Como alternativa, el almidón puede cocerse antes que
el equipo del almidón/agua, tal como un reactor de cocción, puede
unirse. Cuando se usan temperaturas tan altas, puede usarse vapor en
vez de agua. Sin embargo, cuando la temperatura de trabajo es la
ambiente, se usa preferiblemente agua corriente. Puesto que el
adhesivo preparado puede calentarse considerablemente con la
redispersión debido a las elevadas fuerzas de cizalladura que se
aplican, el recipiente de mezclado puede enfriarse para evitar
calentamiento excesivo del adhesivo recién preparado.
Es importante que se aplique suficiente energía
para garantizar un mezclado y redispersión rápidos y eficaces. Si
la energía es demasiado baja, se produce una redispersión
insuficiente, se forman grumos y son difíciles de romper o
simplemente requiere demasiado tiempo, haciendo el proceso ineficaz.
Se puede calcular una medida de cuanta energía se aplica cuando se
usa una mezcladora giratoria como la razón de la energía de mezclado
con respecto al volumen de la cámara de mezclado a 600 rpm, volumen
de llenado del 50% y una viscosidad Brookfield (23ºC/20 RPM) tras
el mezclado de 2500 mPas. Preferiblemente oscila desde
aproximadamente 0,05 hasta 20 amperio/litro, más preferiblemente
desde aproximadamente 0,10 hasta 10 amperio/litro y en particular
desde aproximadamente 0,15 hasta 5 amperio/litro.
Con el fin de conseguir el fuerte mezclado
requerido en las cámaras de mezclado con mezcladoras giratorias, la
razón del diámetro de al menos una paleta de mezcladora con respecto
al diámetro de la cámara de mezclado es preferiblemente de desde
aproximadamente 0,50 hasta 0,99, más preferiblemente de desde
aproximadamente 0,60 hasta 0,98, lo más preferiblemente de desde
aproximadamente 0,70 hasta 0,97 y en particular de desde
aproximadamente 0,80 hasta 0,95.
El recipiente de mezclado puede vaciarse desde
la redispersión mediante bombeo, gravedad o gas comprimido, si la
viscosidad es lo suficientemente baja. A viscosidades más elevadas,
superiores a aproximadamente 5000 mPas, se prefiere extraer por
bombeo el adhesivo redispersado mediante una bomba que puede
manipular materiales de viscosidad más elevada, tales como
mono-bombas, bombas de pistón o bombas de engranaje.
Puede ser o bien continuo o bien al final de un ciclo de
redispersado.
Además de las entradas para el adhesivo en polvo
y el agua, también pueden realizarse otras adiciones. Pueden
alimentarse en la unidad de redispersión junto con el adhesivo en
polvo y/o antes o después, tal como antes de que empiece el
mezclado, durante o tras el procedimiento de mezclado. Como
alternativa, también pueden añadirse a la línea de salida, el
tanque de almacenamiento o a la línea que va a la unidad de
aplicación. Se prefiere la adición dentro de la unidad de
redispersión para garantizar un mezclado y una distribución
apropiados. Estos aditivos adicionales pueden ser sólidos, líquidos
y/o gaseosos y pueden realizarse adiciones múltiples en paralelo
y/o en secuencia. Pueden añadirse a través de una línea de
alimentación convencional, que es normalmente para sólidos y
líquidos, pulverizarse sobre la mezcla que va a redispersarse, tales
como desespumantes, o puede añadirse también a la mezcla a través
de una entrada de alimentación inferior o lateral para, por
ejemplo, gases tales como aire para airear la redispersión.
Las líneas para alimentar los materiales están
equipadas con caudalímetros para dosificar el agua, polvo y otros
aditivos adicionales opcionales de forma precisa. Como alternativa,
la cámara de mezclado puede estar sobre células de carga para medir
las materias primas gravimétricamente. De forma opcional, también
pueden combinarse los métodos volumétricos y gravimétricos.
Idealmente, la unidad de redispersión está
equipada con una unidad de control computarizada, con la que uno
puede ajustar fácilmente los parámetros de entrada tales como
cantidades de polvo y agua añadidas, velocidad y tiempo de mezclado
y, presión y temperatura si se necesita. De forma opcional,
instrumentos en línea o fuera de línea tales como NIR,
clasificadores por tamaño de partícula, cualquier dispositivo de
medición de viscosidad u otros instrumentos de control pueden
unirse a la unidad de control para ajustar los parámetros de la
redispersión, tales como viscosidad, distribución del tamaño de
partícula, sólidos y/o densidad.
Los adhesivos en polvo naturales y sintéticos
forman con la redispersión en agua una dispersión molecular
(disolución verdadera), dispersión coloidal (diámetros de partícula
de aproximadamente 1 a 100 nm) o una dispersión con tamaños de
partícula de aproximadamente 100 nm a 10 \mum o superiores. Sin
embargo, la redispersión formada es estable durante al menos 2
horas y no se asienta durante intervalo de tiempo. El tamaño de
partícula de la redispersión puede ser tan bajo como el de la
materia prima antes del secado, pero también puede comprender
partículas más grandes, por ejemplo aglomerados. Variando las
condiciones de redispersión, por ejemplo el tipo de agitador usado
y la fuerza de cizalladura aplicada durante un tiempo dado, puede
optimizarse el tamaño de partícula de la redispersión según las
necesidades de la aplicación.
Tales adhesivos en polvo redispersables en agua
pueden ser productos naturales o sintéticos. Los adhesivos en polvo
sintéticos pueden ser polímeros en disolución secos tales como
poli(alcohol vinílico), poli(alcohol vinílico)
funcionalizado, polivinilpirrolidona y/o poliacrilatos. También
pueden ser polímeros secos preparados por polimerización en
suspensión, emulsión y/o microemulsión o polímeros en masa
emulsionados. Pueden ser un único tipo de producto o una mezcla de
varios productos, que incluyen uno o varios polímeros en emulsión
combinados con uno o varios polímeros en disolución sintéticos y/o
polímeros naturales. Los homo y/o copolímeros pueden prepararse,
pero no exclusivamente, a partir de, por ejemplo ésteres vinílicos
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 de ácido acrílico o metacrílico de C_{1} a C_{20},
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
del ácido itacónico de C_{1} a C_{20}, fumarato de diisopropilo,
ésteres dimetílicos,
metil-t-butílicos,
di-n-butílicos,
di-t-butílicos y dietílicos de ácido
maleico y ácido fumárico, anhídrido maleico, estireno y derivados
de estireno así como butadieno. Los monómeros preferidos son acetato
de vinilo, etileno, versatatos de vinilo, acrilato de butilo,
metacrilato de metilo y combinaciones de los mismos.
El polímero también puede contener monómeros
funcionales desde aproximadamente el 0,01 hasta el 20%,
preferiblemente desde aproximadamente 0,05 hasta el 10% en peso,
basándose en el peso total de la mezcla de comonómeros. Ejemplos no
limitativos incluyen ácido acrílico y ácido metacrílico, ácidos
dicarboxílicos insaturados, tales como ácido itacónico, ácido
maleico, ácido fumárico, así como sus derivados mono sustituidos,
sulfonato de vinilo, ácido
2-acrilamido-2-metil-
propanosulfónico y sus sales,
N-[3-(dimetilamino)-propil]-metacrilamida
(DMAPMA),
N-[3-(dimetilamino)-etil]-metacrilamida,
cloruro de
N-[3-(dimetilamonio)-propil]-metacrilamida,
cloruro de
N,N-[3-(cloro-2-hidroxipropil)-3-dimetilamoniopropil]-metacriloamida,
aminopropil vinil éter, dimetilaminopropil vinil éter,
N-vinil-formamida,
N-vinil-pirrolidona,
N-vinil-caprolactama,
N-alquil-(met)acrilamidas tales como
t-octil-acrilamida, acrilatos de
cianoetilo, diacetonacrilamida, metacrilato de
N-vinil-acetamida glicidilo, alil
glicidil éter, acrilamida, metacrilamida, acrilonitrilo,
N-metilol-acrilamida,
N-metilol-metacrilamida,
N-metilolcarbamato de alilo, así como alquil éteres
tales como isobutoxi éter, y ésteres de
N-metilol-acrilamida,
N-metilol-metacrilamida,
N-metilolcarbamato de alilo, monómeros que contienen
Si tales como vinil-trialcoxi silano,
\gamma-metacriloxipropiltrialcoxi silano, mientras
que el grupo alcoxilo puede ser por ejemplo metoxilo, etoxilo,
isopropoxilo, etoxietileno, metoxipropilenglicol éter o
etoxipropilenglicol éter, comonómeros polietilenicamente
insaturados tales como adipato de divinilo, maleato de dialilo,
metacrilato de alilo, cianurato de trialilo, ftalato de dialilo,
divinilbenceno. Los monómeros funcionales preferidos son
metacriloato de glicidilo, N-metilolacrilamida,
N-metilolmetacrilamida y viniltrietoxi silano.
Los polímeros preferidos preparados son
homopolímeros de acetato de vinilo, copolímeros de acetato de
etileno y vinilo con contenidos de etileno de preferiblemente
aproximadamente el 1 al 60%, más preferiblemente entre
aproximadamente el 5 y el 25%, y/o acrilatos. Pueden estabilizarse
las partículas mediante poli(alcohol vinílico) total o
parcialmente hidrolizado con un grado de hidrólisis de
preferiblemente aproximadamente 70 a 100, más preferiblemente entre
aproximadamente 80 y 98 y sus derivados, polivinilpirrolidona con
pesos moleculares de preferiblemente aproximadamente 2000 y
400.000, sistemas de estabilización catiónicos o aniónicos obtenidos
a partir de monómeros tales como polímeros solubles en agua
obtenidos de poli(ácido (met)acrílico), poli(ácido
vinilsulfónico) así como sistemas estabilizantes tales como los
descritos, por ejemplo en el documento EP-A
1098916, el documento EP-A 1109838, sulfonatos de
melaminformaldehido, sulfonatos de naftalinformaldehido,
copolímeros de ácido estirenmaleico y ácido viniletermaleico,
polisacáridos solubles en aguar fría tales como celulosa, almidón
(amilosa y amilopectina), guar, dextrinas, que pueden, pero no deben
modificarse mediante, por ejemplo, carboximetilo, carboxietilo,
hidroxietilo, hidroxipropilo, metilo, etilo, propilo y/o grupos
alquilo de cadena larga, alginatos, péptidos y/o proteínas tales
como gelatina, caseína y/o proteínas de soja. Se prefieren
poli(alcohol vinílico) total o parcialmente hidrolizado,
dextrinas y/o hidroxialquilcelulosa.
Los adhesivos en polvo naturales pueden ser
polisacáridos modificados o no modificados tales como celulosa,
almidón (amilosa y amilopectina), guar, dextrinas, que pueden, pero
no deben modificarse, mediante por ejemplo carboximetilo,
carboxietilo, hidroxietilo, hidroxipropilo, metilo, etilo, propilo,
o grupos alquilo C_{4} a C_{20}, alquil C_{1} a C_{20}
succinimidas, alginatos, péptidos y/o proteínas tales como gelatina,
caseína y/o proteínas de soja. Se prefieren éteres de almidón,
hidroxietil y/o carboximetilcelulosa, dextrinas, gelatina y/o
caseína.
Los productos naturales y sintéticos se secan
para obtener adhesivos en polvo redispersables en agua. Ejemplos no
limitativos del secado de productos son secado por pulverización,
enfriamiento por pulverización y liofilización, secado en tambor,
secado en lecho fluidizado, secado por flash, granulación por
pulverización, aglomeración por pulverización o a través de
floculación del producto seguida de filtración y secado
posterior.
Pueden añadirse otros componentes al adhesivo o
bien como un único aditivo o bien como una combinación de diversos
componentes. Pueden estar en estado o bien líquido o bien sólido y
pueden, pero no deben, ser solubles en agua. Ejemplos no
limitativos incluyen tensioactivos no iónicos, aniónicos, catiónicos
o anfóteros o mezclas de los mismos. Los tensioactivos aniónicos
adecuados incluyen, sulfonatos de alquilo, sulfonatos de
alquilarilo, sulfatos de alquilo, sulfatos de hidroxilalcanoles,
disulfonatos de alquilo y alquilarilo, ácidos grasos sulfonatados,
sulfatos y fosfatos de alcanoles y alquilfenoles polietoxilados, y
ésteres del ácido sulfosuccínico. Los tensioactivos catiónicos
adecuados incluyen, sales alquílicas de amonio cuaternario, y sales
alquílicas de fosfonio cuaternario. Los tensioactivos no iónicos
adecuados incluyen los productos de adición de 5 a 50 moles de óxido
de etileno como producto de adición de alcanoles de cadena lineal y
cadena ramificada que tienen de 6 a 22 átomos de carbono,
alquilfenoles, ácidos grasos superiores, aminas de ácidos grasos
superiores, aminas alquílicas superiores primarias o secundarias, y
copolímeros de bloque de óxido de propileno con óxido de etileno, y
mezclas de los mismos. Cuando se usa, el agente tensioactivo se
añadirá preferiblemente en cantidades de hasta aproximadamente el
20% en peso, más preferiblemente desde aproximadamente el 0,05 hasta
el 10% en peso, y en particular en desde aproximadamente el 0,2 al
5% en peso del adhesivo a base de agua. Además, otros componentes
pueden ser agentes humectantes, promotores de la adhesión,
generadores de espuma, desespumantes, modificadores de reología,
plastificantes, agentes de coalescencia, colorantes, pigmentos,
fragancias, agentes de adhesividad, ceras, indicadores de UV,
humectantes, ajustadores de pH y/o tampones, endurecedores tales
como sales de metales ácidas tales como AlCl_{3}, FeCl_{3},
Cr(NO_{3})_{3}, agentes reticulantes tales como
poliisocianatos, ácido bórico y/o sus sales y resinas de
urea-formaldehído y resinas fenólicas de
formaldehído, cargas y agentes antiaglomerantes tales como
carbonatos, arcillas, silicatos, sílice hidrófoba e hidrófila, ácido
silícico precipitado o pirogénico, microsílice, caolín, talco,
hidrosilicato de magnesio, esparto ligero, polisacáridos tales como
almidones, mica, harinas de cáscara de frutos secos, y harina de
madera. Las cargas preferidas son carbonatos de calcio, arcillas y
sílice. Mientras que el uso de biocidas y otros tipos de
conservantes pueden evitarse debido al estado pulverulento de la
formulación de adhesivo, tales aditivos pueden añadirse si se
desea, por ejemplo, para prolongar la vida útil de almacenamiento
tras la redispersión. Los conservantes para su uso en el presente
documento incluyen los usados de forma convencional en adhesivos
acuosos tales como benzoatos, amidas y fluoruros tales como
fluoruro de sodio. También se incluyen los ésteres del ácido
hidroxibenzoico tales como éster metílico del ácido
p-hidroxibenzoico o éster butílico del ácido
p-hidroxibenzoico. Si se incluye un conservante, se
añade preferiblemente en cantidades desde aproximadamente el 0,05%
hasta el 0,2% en peso. También pueden añadirse otros componentes
usados comúnmente en la técnica. Pueden añadirse al adhesivo en
polvo o bien antes, durante o bien tras la etapa de secado, o justo
antes, durante, o tras la redispersión del adhesivo en polvo. El
modo preferido es para aditivos líquidos o bien antes de la etapa
de transformación del adhesivo a polvo, o bien en la unidad de
mezclado durante la formación del adhesivo a base de agua. El modo
preferido para aditivos sólidos es o bien la adición al adhesivo en
polvo o bien durante el procedimiento de mezclado como una
alimentación adicional. Las cantidades totales de tales aditivos
oscilan preferiblemente desde aproximadamente 0 hasta 500 partes
por 100 partes de componente de adhesivo polimérico orgánico.
Cantidades más preferidas son desde aproximadamente 0 a 200 partes,
y en particular desde aproximadamente 1 a 100 partes por 100 partes
de componente de adhesivo polimérico orgánico.
Si se desea, el adhesivo a base de agua puede
aplicarse en estado espumado, independientemente de si está a base
de productos naturales, polímeros en disolución sintética, productos
de polimerización que forman partículas y/o mezclas de los mismos.
La composición de adhesivo de la invención puede espumarse mediante
o bien la introducción de forma activa de un gas o bien 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
agitación mecánica o agitación que incorpora 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
método preferido de adición es durante la fase de mezclado. El
adhesivo a base de agua puede o puede no contener un agente aireante
y/o de estabilización de aire para estabilizar el gas ocluido. Tal
agente aireante puede añadirse al adhesivo en polvo o bien antes,
durante, o bien tras la etapa de secado. Como alternativa, puede
añadirse al agua usada para la redispersión o bien directamente
durante o bien tras la etapa de redispersión. También es posible que
otro compuesto presente en el adhesivo, tal como un polímero en
disolución, facilite la incorporación de aire y la estabilización.
La densidad de tales adhesivos espumados oscila preferiblemente
desde aproximadamente 1,200 hasta 0,010 g/cm^{3}, más
preferiblemente desde aproximadamente 1,150 hasta 0,10 g/cm^{3},
lo más preferiblemente desde aproximadamente 1,10 hasta 0,40
g/cm^{3}, y en particular desde aproximadamente 1,05 hasta 0,50
g/cm^{3}.
El contenido de sólidos de adhesivos a base de
agua basados en el procedimiento de la invención se expresa mejor
mediante la cantidad de sustancias no volátiles o sólidos con
respecto a la cantidad total de partes volátiles o líquidas y no
volátiles o sólidas, independientemente de la cantidad de aire
incorporado en el sistema. Varía preferiblemente desde
aproximadamente el 0,5 hasta el 80% de sólidos basándose en la
cantidad total de adhesivo en polvo y agua, más preferiblemente
desde aproximadamente el 1 hasta el 70%, en particular desde
aproximadamente el 2 hasta el 60%. Depende principalmente de las
características de la disolución en agua de los polímeros
particulares. Habitualmente, se aplican éteres de celulosa no
iónicos de alto peso molecular más habitualmente a sólidos
inferiores de desde aproximadamente el 0,5% hasta el 10%, almidones
y caseína habitualmente desde aproximadamente el 30 hasta el 60%,
dextrinas habitualmente desde aproximadamente el 20 hasta el 80%,
más habitualmente desde aproximadamente el 25 hasta el 75%, y
polímeros en disolución sintéticos no iónicos tales como
poli(alcohol vinílico) desde aproximadamente el 5% hasta el
30%. Sin embargo, los polímeros sintéticos a base de polimerización
en emulsión pueden redispersarse desde aproximadamente el 30% hasta
el 75%, dependiendo de su composición específica.
La viscosidad de la dispersión a base de agua
depende del tipo de adhesivo en polvo, la cantidad de agua y espuma
incorporadas, pero también del tamaño de partícula del adhesivo en
polvo redispersado, que está influenciado por la cantidad de
esfuerzo de cizalla aplicado al sistema con el mezclado. Además, la
temperatura del adhesivo tiene también influencia sobre la
viscosidad. Optimizando los diversos parámetros de forma individual
para cada aplicación individual, pueden obtenerse las viscosidades
de producto requeridas, que son esenciales para aplicar el adhesivo
a base de agua. Las viscosidades pueden por ejemplo, expresarse como
viscosidad Brookfield medida a 23ºC y a 20 rpm y preferiblemente
oscila desde aproximadamente 10 hasta 250.000 mPas, más
preferiblemente desde aproximadamente 100 hasta 100.000 mPas, lo
más preferiblemente desde aproximadamente 250 hasta 50.000 mPas y
en particular desde aproximadamente 500 hasta 10.000 mPas.
Los adhesivos en polvo redispersados tienen
preferiblemente niveles bajos de compuestos orgánicos volátiles
(COV), siendo así respetuosos con el medio ambiente. Los COV tienen
un punto de ebullición a presión ambiente de 250ºC, por tanto la
mayoría de plastificantes, desespumantes, así como monómeros
residuales de los polímeros sintéticos contribuyen a ello. En una
realización preferida, los niveles de COV son inferiores a 1000 ppm,
preferiblemente inferiores a 500 ppm, lo más preferiblemente
inferiores a 250 ppm y en particular inferiores a 100 ppm.
Las formulaciones de adhesivo en polvo
redispersado de la invención pueden usarse para unir un sustrato a
un segundo sustrato similar o diferente. Se prefieren sustratos
porosos que incluyen papel y madera. Tal como se usa en el presente
documento "papel" quiere decir productos tanto de papel como de
cartón, láminas tanto de una como múltiples capas (por ejemplo,
laminados de papel, tableros corrugados, fibras sólidas) realizadas
sin limitación, de papel kraft, papel realizado de fibras recicladas
y similares. El término "madera" trata de incluir materiales
compuestos de madera y tableros de partículas y englobar cartón
gris, tablero de partículas, tablero de fibras de densidad media,
tablero de fibras de densidad alta, tablero con fibras trenzadas
orientadas, tablero de aglomerado, madera dura, madera laminada,
madera laminada con núcleo de chapa, tablero de paja impregnado con
isocianato o sustancias fenólicas, y materiales compuestos de madera
realizados de fibra de madera y polímeros, tales como polietileno
reciclado.
Los sustratos pueden unirse mediante un
procedimiento en el que se aplica la composición de adhesivo a al
menos un primer sustrato, se pone un segundo sustrato en contacto
con la composición de adhesivo aplicada al primer sustrato, y el
adhesivo aplicado se somete a condiciones que permiten que la
composición de adhesivo forme una unión endurecida, incluyendo
tales condiciones aire, calor y/o presión.
Los adhesivos a base de agua formados por el
procedimiento de la invención pueden aplicarse de una manera
convencional en un número mayor de aplicaciones, tales como las que
requieren una velocidad de unión aumentada, y usarse en
aplicaciones de transformación de papel, en particular en el
bobinado sobre mandriles y tubos, fabricación de camisas,
laminación de tableros sólidos y litográficos, materiales con
estructura de panal, asas de bolsas, bolsas y sacos, sobres,
recubrimiento de cantos, fabricación de archivos y encuadernación
de libros, tales como encolado en el lomo, capas de impregnación y
colocación de la cubierta, sellos y recubrimientos que pueden
impregnarse de nuevo, aplicaciones de envasado, en particular como
tratamiento de protección por tamizado, latas de materiales
compuestos y etiquetado, etiquetado de botellas, pañuelos y toallas,
pliegues encolados, cartón doblado, corrugar, aplicaciones para
tabaco, en particular emboquillado, unión del lateral, realización
del filtro y envasado y en aplicaciones médicas y electrónicas.
Procedimientos de mezclado: Mientras que en los
laboratorios de investigación y desarrollo se prefieren con
frecuencia los procedimientos discontinuos, en la industria se
prefieren los procedimientos micro-discontinuos o
continuos. Se descubrió que para fines de desarrollo, existe una
buena correlación entre procedimientos discontinuos de laboratorios
y el procedimiento microdiscontinuo, que se describen ambos a
continuación. El tiempo de redispersión de 10 minutos usado en el
laboratorio usando un disco disolvente con un diámetro de 90 mm y 4
orificios cortados en el disco principal se correlacionó bien con el
tiempo de redispersión de 2 minutos usado en la industria a la
misma velocidad de agitación, usando dos agitadores de paleta y un
disolvente con una razón del diámetro de las paletas de mezcladora
con respecto al diámetro de la cámara de mezclado de 0,70 y una
razón de la energía de mezclado con respecto al volumen de la cámara
de mezclado a 600 rpm, volumen de llenado de 50% y una viscosidad
Brookfield (23ºC/ 20 RPM) tras el mezclado de 2500 mPas de 0,19
amperio/litro.
Este procedimiento conduce a una manera sencilla
y eficaz económicamente para fabricar de forma permanente adhesivo
reciente, que puede, pero no debe, consumirse inmediatamente, sin la
necesidad de tener depósitos de almacenamiento grandes llenos con
adhesivos, que pueden deteriorarse con el tiempo. Variando la razón
de agua/ adhesivo, pueden obtenerse los adhesivos a base de agua
con sólidos y viscosidades diferentes y por tanto propiedades
diferentes a partir de la misma materia prima. Puesto que se
descubrió que un gas o una mezcla de gases, preferiblemente aire,
puede incorporarse fácilmente durante la fase de mezclado sin tener
la necesidad de líneas de gases caras, puede realizarse una variedad
incluso mayor de productos eligiendo las razones de los tres
componentes, adhesivo en polvo, agua y aire de una manera que el
producto obtenido cumpla con las necesidades requeridas por la
aplicación. Esto puede conducir a calidades de adhesivo más
eficaces, en las que menos adhesivo aplicado (calculado con
respecto a los sólidos) proporciona la misma resistencia de unión
que el control.
Las condiciones de mezclado, tales como energía
aplicada durante el mezclado, influencia adicionalmente las
propiedades finales del adhesivo a base de agua generado, y a pesar
de las fuerzas de cizalla elevadas aplicadas, las partículas de
polvo no se redispersan necesariamente de forma inmediata hasta el
tamaño de partícula del material antes del secado. Por tanto, uno
puede variar el tamaño de partícula según los requisitos de la
aplicación, lo que supone un beneficio en muchas aplicaciones tales
como transformación de papel, puesto que las partículas más gruesas
reducen la penetración del adhesivo, haciéndolo más eficaz. Por
tanto, uno puede realizar in situ a partir de sólo una
materia prima adquirida (adhesivo en polvo), muchas calidades de
adhesivo diferentes con diferentes sólidos, viscosidades,
densidades y tamaños de partícula para satisfacer la mayoría, si no
todas, las necesidades de los clientes para los adhesivos a base de
agua. Esto reduce la complejidad de la cadena de suministro
significativamente, puesto que tienen que pedirse y almacenarse
menos calidades de adhesivo. Además, el hecho de que los adhesivos
en polvo pueden redispersarse también hasta adhesivos a base de agua
que tienen más sólidos que sus homólogos líquidos tradicionales, lo
que proporciona la posibilidad de usar menos adhesivo sobre el
sustrato. Esto conduce a una velocidad de endurecimiento aumentada,
permitiendo que las máquinas avancen más rápido. Usando el
procedimiento de la invención, en muchas aplicaciones de papel y de
transformación de papel, el peso de recubrimiento del sustrato puede
reducirse además en un 15% o superior sin perder las prestaciones
en el producto producido. Por tanto, pueden usarse los sustratos más
ligeros sin comprometer las prestaciones del producto. Esto conduce
a un coste de sustratos inferior. Puesto que los polvos son
estables al congelado-descongelado y experimentan
menos ataque bacteriano, el adhesivo en polvo puede estar libre de
biocidas, y tener todavía una vida útil en almacenamiento larga, por
ejemplo, 6 meses o superior. Cuando tiene también niveles de COV
bajos, se obtienen productos respetuosos con el medio ambiente, que
están por delante del reglamento.
Esta invención puede ilustrarse mediante los
siguientes ejemplos no limitativos.
Ejemplo
1
Se redispersaron los adhesivos en polvo
redispersables en agua en el laboratorio usando un procedimiento
discontinuo. Se pesaron las cantidades correctas de agua y polvo en
diferentes recipientes. Se agitó el agua en la mezcladora usando el
disco disolvente de 90 mm a la velocidad requerida, pero tan baja
como para no permitir que el agua saliese del recipiente. Se vertió
el polvo dentro tan rápido como fue posible y entonces se aumentó la
velocidad de la unidad hasta el nivel deseado. Se dejó el material
mezclándose durante 10 minutos.
Se unieron dos trozos de cartón cada uno con un
peso de 275 +/- 3 g/m^{2} a temperatura controlada de 23ºC a
tiempo cero usando una cantidad controlada de adhesivo (aplicada
usando una barra K calibrada). Los sustratos se separan lentamente.
El tiempo entre el principio de la ruptura de las fibras y el fallo
completo del sustrato se da como la velocidad de endurecimiento.
Para aplicaciones industriales es beneficioso tener una velocidad
de endurecimiento rápida, lo que permite una velocidad de máquina
más rápida y una eficacia de máquina mejorada.
Ejemplo
2
Se usó el procedimiento discontinuo de
laboratorio descrito anteriormente, usando el procedimiento de
mezclado del ejemplo 1. Se midieron las viscosidades inmediatamente
después de la redispersión en un viscosímetro Brookfield. Se
proporcionan las condiciones de medición
(husillo/velocidad/temperatura) en la tabla a continuación. Se
midió la densidad en una cubeta de densidad convencional para 100
cm^{3} de material. La cubeta vacía y la tapa se pesan y se tara
la balanza. Se llena la cubeta y se coloca la tapa en la parte
superior. La tapa tiene un pequeño orificio en el centro (esto
permite retirar cualquier material en exceso y también usarse como
una indicación de lo llena que está la cubeta). Se limpió cualquier
material en exceso y volvieron a pesarse la cubeta, tapa y
contenidos. Se proporcionan los resultados en g/cm^{3}. Se mide la
velocidad de endurecimiento tal como se describió en el ejemplo
1.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados indican claramente que el
procesamiento de una única materia prima en diferentes condiciones
de redispersión conduce a diversas viscosidades, densidades (indica
la cantidad de aire introducido) y velocidades de endurecimiento.
Por tanto, pueden ajustarse fácilmente según los requisitos de la
aplicación.
Ejemplo
3
Ejemplo
3a
Se dispersó polvo A (para la descripción del
producto véase la tabla 1) al 57% de sólidos, con una unidad de
dispersión que funciona con un procedimiento microdiscontinuo,
usando un conjunto de un disco disolvente y dos paletas, con una
razón del diámetro de las paletas de mezcladora con respecto al
diámetro de la cámara de mezclado de 0,70 y una razón de la energía
de mezclado con respecto al volumen de la cámara de mezclado a 600
rpm, volumen de llenado de 50% y una viscosidad Brookfield (23ºC/20
RPM) tras el mezclado de 2500 mPas de 0,19 amperio/litro. La
velocidad de mezclado era de 600 rpm durante dos minutos conduciendo
a una densidad final de 0,81 g/cm^{3} y una viscosidad de 2800
mPas (medida a 20 rpm y 23ºC), el adhesivo redispersado que llena
un bobinador de mandril Perini hecho de un tanque de 40 litros, un
rodillo en el baño con un raspador en su parte trasera para regular
la película sobre el rodillo, y otro raspador a 20 cm del rodillo
que elimina el exceso de adhesivo del cartón para mandriles de 215
g/m^{2} recubierto. El cartón para mandriles de 215 g/m^{2} se
enrolló entonces sobre un segundo cartón para mandriles de 175
g/m^{2}, sobre un husillo metálico que forma un tubo de 50 mm de
diámetro, que se cortó con longitud de 3500 mm y se introdujo en una
máquina de bobinado Perini para enrollar 200 metros de pañuelos de
papel de cocina de dos capas sobre ella a velocidad de 41
rollos/min. La velocidad de producción global fue de hasta 25
rollos/min (90 metros/min), siendo la velocidad normal de 14 a 23
(de 50 a 80 metros/min respectivamente).
La velocidad de endurecimiento fue de 23 s
frente a 35 s de Super-lok 421 y la medición del
consumo de adhesivo demostró un recubrimiento promedio de 9,0
gramos/mandril (=19 g/m^{2}), cuando el líquido convencional usa
normalmente 17 gramos/mandril (=35 g/m^{2}). Se encontró que los
mandriles eran el 6% más resistentes en la resistencia al choque
horizontal que con Super-lok 421, un adhesivo
líquido de poli(acetato de vinilo) comercial.
La unidad de dispersión estuvo funcionando
durante un periodo de 11 semanas en un modo de parada y continuación
alternas durante 24 horas al día y 5 días a la semana. El tiempo
total de mezclado fue 660 minutos, que fue suficiente para producir
suficiente adhesivo con una calidad constante para satisfacer la
demanda.
Ejemplo
3b
Se reprodujo el mismo experimento de
redispersión con polvo A, tal como se describió en el ejemplo 3a, y
se aplicó el adhesivo a base de agua obtenido sobre pesos de cartón
para mandriles de 215 g/m^{2} + 135 g/m^{2}, 180 g/m^{2} +
180 g/m^{2}, y finalmente con 150 g/m^{2} + 150 g/m^{2} y se
aceleró hasta 48 rollos por minuto (130 m/min) sobre varias
máquinas Perini y PCMC de amplio tamaño desde 1860 mm hasta 2700 mm.
Las cargas de adhesivo en polvo redispersado húmedo oscilaban desde
2,5 hasta 2,8 gramos por metro lineal en comparación con desde 3,9
hasta 5,0 gramos de adhesivo líquido húmedo convencional. Incluso
los mandriles de gramaje inferior mostraron el mismo comportamiento
durante el procedimiento de bobinado de pañuelos y cortado de
rollos. Esto demuestra las prestaciones técnicas mejoradas del
adhesivo producido con el procedimiento de la invención, que puede
conducir a ahorros de costes significativos en la producción de
cartón para mandriles debido al consumo de adhesivo reducido así
como el peso de cartón más ligero requerido.
Ejemplo
3c
Se dispersó el polvo B (para la descripción del
producto véase la tabla 1) al 46% de sólidos, una viscosidad de
2500 mPas y una densidad de 0,78 g/cm^{3}, usando la misma unidad
de dispersión que en el ejemplo 3a a una velocidad de mezclado de
600 rpm durante dos minutos, el adhesivo redispersado que llena un
bobinador de mandril Perini hecho de un tanque de 40 litros, un
rodillo en el baño con un raspador en su parte trasera para regular
la película sobre el rodillo, y otro raspador a 20 cm del rodillo
que elimina el exceso de adhesivo del cartón para mandriles de 200
g/m^{2} recubierto. El cartón para mandriles de 200 g/m^{2} se
enrolló entonces sobre un segundo cartón para mandriles de 240
g/m^{2}, sobre un husillo metálico que forma un tubo de 50 mm de
diámetro, que se cortó con longitud de 3500 mm y se introdujo en una
máquina de bobinado Perini para enrollar 200 metros de troncos de
papel de cocina de dos capas sobre ella a velocidad de hasta 35
rollos/min. La velocidad de producción global fue de hasta 42
rollos/min (110 metros/min), siendo la velocidad normal de 20 a 35
(de 50 a 80 metros/min respectivamente).
El consumo de adhesivo húmedo promedio fue de
7,0 gramos por mandril, mientras que el adhesivo de
poli(acetato de vinilo) líquido de referencia al 37% de
sólidos y una viscosidad de aproximadamente 5000 mPas requiere 11
gramos por mandril. El adhesivo obtenido usando el procedimiento de
la invención tuvo un endurecimiento más rápido y los mandriles
fueron más resistentes en comparación con los materiales de
referencia.
Ejemplo
4
Se dispersó polvo A (para la descripción del
producto véase la tabla 1) al 56% de sólidos, usando la misma
unidad de dispersión que se describió en el ejemplo 3a, con una
velocidad de mezclado a 1200 rpm durante dos minutos, dando como
resultado un adhesivo con una viscosidad de 2000 mPas (a 20 rpm y
23ºC y una densidad de 0,83 g/cm^{3}), el adhesivo que llena una
máquina casera para la construcción de redes, que porta dos baños
de adhesivo redispersado. El sistema de recubrimiento fue discos
metálicos fijados sobre un rodillo de acero inoxidable aplicando 26
líneas de adhesivo redispersado sobre una línea de papel de 230
g/m^{2}. Se formaron bloques de red de 190 láminas de papel
unidas que representan 2,2 metros cúbicos. La velocidad de
producción global fue de 37 metros/min, y se descubrió que la
adhesión fue excelente (fallo de cohesión de papel en vez de fallo
de cohesión o adhesión del adhesivo). Esto fue una mejora ventajosa
del 25% frente al adhesivo de almidón de referencia, dispersado al
26% de sólidos, que se preparó usando un procedimiento discontinuo
convencional. Se observó que el material fabricado usando el
procedimiento de la invención mostró una humedad reducida en los
bloques del 10% tras 24 horas. Esto se atribuyó a las cantidades
inferiores de adhesivo usadas en combinación con el contenido en
agua inferior del adhesivo. Esta reducción de humedad significativa
permite un cortado y envío de producto mucho más rápido al
cliente.
Ejemplo
5
Se dispersó polvo A (para la descripción del
producto véase la tabla 1) al 55% de sólidos, usando la misma
unidad de dispersión que se describió en el ejemplo 3a, con una
velocidad de mezclado a 1200 rpm durante dos minutos, dando como
resultado un adhesivo con una viscosidad de 2000 mPas (a 20 rpm y
23ºC) y una densidad de 0,80 g/cm^{3}. El adhesivo redispersado
llenó directamente 6 depósitos de la cámara de pruebas ("doctor
chambers") que recubren un rodillo de caucho cada uno, sobre una
máquina de formación de fondo Windmoller & Holscher 2379.
Durante el funcionamiento, se aplicó el adhesivo redispersado sobre
los fondos de los sacos, a velocidades de hasta 285 piezas por
minuto. Se obtuvo buena adhesión proporcionando rupturas de fibras
en el plazo de aproximadamente un minuto, permitiendo tiempos de
secado inferiores a 24 horas. Sin embargo, el adhesivo de
referencia, que es un producto a base de almidón al 26% de sólidos
fabricado mediante un procedimiento discontinuo, requiere 15 o más
minutos hasta que se observa la ruptura de fibras. Además, los
tiempos de secado son 3 o más días. De nuevo, esto se atribuye al
consumo de adhesivo global inferior en combinación con el contenido
en agua reducido del propio
adhesivo.
adhesivo.
Ejemplo
6
Se dispersó polvo C (para la descripción del
producto véase la tabla 3), un adhesivo en polvo a base de un
copolímero de etileno-acetato de vinilo polimerizado
en emulsión al 52% de sólidos, usando la misma unidad de dispersión
que se describió en el ejemplo 3a, con una velocidad de mezclado de
1500 rpm durante dos minutos. Se dejó desgasificar la mezcla, dando
como resultado un adhesivo con una velocidad de 2280 mPas (a 20 rpm
y 23ºC) y una densidad de 1,07 g/cm^{3}. Se cargó el adhesivo en
baldes de plástico de 30 kg y se movió hasta la máquina para
fabricar cigarrillos Mollins Mark 9-5. El
funcionamiento duró 30 minutos, recubriendo el adhesivo un rodillo
grabado en un baño, y después transfiriéndolo sobre el papel de
boquillas, a una velocidad de hasta 3500 cigarrillos/minuto. Se
realizó la comparación con un adhesivo para boquillas de borato
convencional (Super-lok 10 al 50% de sólidos),
consistiendo la comparación en "doblado, girado en espiral,
salientes, no pegajoso, debilitamiento, decoloración, y
degradación" con el tiempo, y se encontró que los cigarrillos del
experimento tenían mejores prestaciones que los convencionales
(véase tabla 4), particularmente con respecto al debilitamiento. No
se ha observado nada de decoloración o degradación con el tiempo.
Se ha llevado a cabo una prueba de sabor y olor no revelando ningún
cambio en sabor o variación en el olor para los cigarrillos del
experimento frente a los convencionales. Fue particularmente
sorprendente, que el adhesivo sin borato fabricado mediante el
procedimiento de la invención pudo competir con, e incluso superar
el adhesivo comercial de borato.
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
Ejemplo
7
Se dispersó polvo C al 45% de sólidos, usando la
misma unidad de dispersión que se describió en el ejemplo 3a, con
una velocidad de mezclado a 1500 rpm durante dos minutos. Se dejó
desgasificar la muestra, dando como resultado un adhesivo con una
viscosidad de 519 mPas (a 20 rpm y 23ºC) y una densidad de 1,06
g/cm^{3}. Se cargó el adhesivo en un balde de 30 kg y se movió
hasta la máquina para fabricar cigarrillos Hauni Max S. El
funcionamiento duró 171 minutos, en cinco papeles para cigarrillos
diferentes para la unión del lateral, a velocidad de 3500
cigarrillos/minuto sin observar ningún problema durante la
producción. Siendo el sistema de recubrimiento un aplicador con
boquillas cargado por gravedad desde un contenedor de 10 kg. Se
realizaron las mismas pruebas que para el emboquillado, con los
mismos comentarios y resultados positivos, incluso cuando se
comparó con adhesivos líquidos de borato (por ejemplo,
Super-lok 10 al 50% de sólidos).
Claims (18)
1. Procedimiento para producir un adhesivo a
base de agua mezclando un adhesivo en polvo redispersable y agua,
opcionalmente junto con otros componentes, caracterizado por
mezclar un adhesivo en polvo redispersable, agua y opcionalmente
otros componentes de modo que el adhesivo a base de agua final
contiene un adhesivo en polvo redispersado en una cantidad del 0,5%
al 80% en peso y tiene una viscosidad Brookfield (23ºC/20 RPM) de
desde 10 hasta 250.000 mPas, en el que
- se lleva a cabo el mezclado como un
procedimiento micro-discontinuo o continuo con un
volumen de la cámara de mezclado de 0,001 a 200 litros y con un
tiempo de mezclado de 0,01 a 500 segundos, y
- la razón del diámetro de al menos una paleta
de mezcladora con respecto al diámetro de la cámara de mezclado es
de 0,50 a 0,99.
2. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 1, caracterizado porque un ciclo
micro-discontinuo comprende las siguientes
etapas:
- a)
- cargar la cámara de mezclado con agua, adhesivo en polvo redispersable y opcionalmente otros componentes,
- b)
- mezclar las adiciones para obtener redispersión total o parcial del adhesivo en polvo,
- c)
- opcionalmente mezclar e introducir además un gas,
- d)
- descargar el adhesivo a base de agua obtenido,
en el que las etapas a) - d) pueden
llevarse a cabo consecutiva y/o
simultáneamente.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el procedimiento continuo se lleva a
cabo en una cámara de mezclado con un dispositivo de mezclado
adecuado para procedimientos micro-discontinuos y/o
en una cámara de mezclado tubular, en particular en un amasadora de
husillo y opcionalmente introduciendo un gas.
4. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque el tiempo de ciclo de un ciclo
micro-discontinuo, que comprende las etapas
a)-d) es de desde 1 hasta 1000 segundos, en
particular de desde 2 hasta 500 segundos, y el tiempo de mezclado
de la etapa b) es de desde 0,1 hasta 250 segundos, en particular de
desde 1 hasta 150 segundos.
5. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en la cámara de
mezclado con paletas giratorias la razón del diámetro de al menos
una paleta de mezcladora con respecto al diámetro de la cámara de
mezclado es de desde 0,60 hasta 0,98, en particular de desde 0,70
hasta 0,97.
6. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el volumen de la
cámara de mezclado es de desde 0,01 hasta 100 litros, en particular
de desde 0,05 hasta 50 litros.
7. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la razón de la
energía de mezclado con respecto al volumen de la cámara de
mezclado a 600 rpm, volumen de llenado del 50% y una viscosidad
Brookfield (23ºC/20 RPM) tras el mezclado de 2500 mPas es de desde
0,05 hasta 20 amperio/litro, en particular de desde 0,10 hasta 10
amperio/litro.
8. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el adhesivo en
polvo redispersable es un adhesivo sintético o una mezcla de
adhesivos sintéticos, en particular un homo o copolímero de una
polimerización en emulsión y/o disolución, secada
posteriormente.
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque los monómeros que forman la resina
sintética se seleccionan del grupo que consiste en ésteres
vinílicos de ácidos carboxílicos C_{1}-C_{20},
etileno, cloruro de vinilo, ésteres alquílicos C1 a C20 de ácido
acrílico y ácido metacrílico, acrilonitrilo, (met)acrilamida,
estireno y derivados de estireno y/o butadieno.
10. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el adhesivo en
polvo redispersable es un adhesivo natural, en particular un
polisacárido o una proteína.
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque el polisacárido es celulosa, almidón
soluble en agua fría, dextrina y/o guar, en particular modificados
con anhídrido alquil, hidroxil y/o alquilsuccínico, y la proteína
es caseína y/o proteína de soja.
12. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la viscosidad
Brookfield (23ºC/20 RPM) es de desde 100 hasta 100.000 mPas, en
particular de desde 250 hasta 50.000 mPas.
13. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el adhesivo a
base de agua final contiene un adhesivo en polvo redispersable en
una cantidad del 1% al 70% en peso, en particular del 2% al 60% en
peso.
14. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque durante y/o
tras mezclar un adhesivo en polvo redispersable, agua y
opcionalmente otros componentes, se introduce un gas o mezcla de
gases, obteniendo una densidad (a 23ºC) del adhesivo a base de agua
final de desde 0,010 hasta 1,20 g/cm^{3}, en particular de desde
0,40 hasta 1,10 g/cm^{3}.
15. Método según las reivindicaciones 2 a 14,
caracterizado porque el gas es nitrógeno, oxígeno, helio,
argón, dióxido de carbono y/o aire.
16. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque el adhesivo a
base de agua resultante es bajo en COV, está libre de plastificantes
y/o el nivel de biocidas es bajo o cero.
17. Procedimiento según la reivindicación 16,
caracterizado porque el adhesivo a base de agua resultante
tiene niveles de COV de 0 a 500 ppm, en particular de 0 a 250
ppm.
18. Procedimiento según al menos una de las
reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque se incluyen
otros componentes en el adhesivo a base de agua final, en
particular plastificantes, desespumantes, agentes humectantes,
promotores de adhesión, generadores de espuma, endurecedores,
ceras, tensioactivos, modificadores de reología, fragancias,
colorantes, pigmentos, conservantes, indicadores de UV, agentes de
coalescencia, humectantes, agentes de adhesividad, ácido bórico o
sus sales, ajustadores de pH y/o tampones, cargas orgánicas y o
inorgánicas, en particular en cantidades que oscilan entre el 0,1 y
el 500% en peso y más en particular entre el 0,2 y el 250% en peso,
basándose en la cantidad del componente de adhesivo polimérico
orgánico del adhesivo a base de agua.
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