FI67875C - Foerbaettringar i staerkelsehaltiga lim - Google Patents

Description

1 67875

Parannuksia tärkkelysperusteisissa liimoissa Tämä keksintö koskee sellaisten tärkkelysperusteisten 5 liimojen valmistamista, mitkä, ovat sopivia käytettäväksi aaltopahvien tai muiden paperituotteiden valmistuksessa, missä liima kuumennetaan liimautumisen aikaansaamiseksi.

Stein-Hall-menetelmä aaltopahvin valmistuksessa käytettävän tärkkelysperusteisen liiman valmistamiseksi otettiin 10 käyttöön Yhdysvalloissa vuonna 1930 ja sitä käytetään yhä maailman useimmissa maissa. Sellainen liima on kokoonpantu raakatärkkelysrakeista suspendoituna veteen, mihin hyytelöi-ty tärkkelys on lisätty seoksen viskositeetin kohottamiseksi ja siten tärkkelysrakeiden painumisen estämiseksi.

15 Emäksistä soodaa ja booraksia käytetään seoksessa raa- katärkkelysrakeiden hyytelöitymislämpötilan säätämiseksi ja liiman tahmeuden ja lujuuden parantamiseksi.

Stein-Hall-menetelmässä hyytelöity tai ’'keitetty·' tärk-kelysosa, jota tavallisesti kutsutaan "kantoaineM-osaksi, on 20 valmistettava erillään raakatärkkelysosasta. Kantoaineosa antaa tärkkelysliimalle halutun, viskositeetin, ei ainoastaan raakatärlckelyshiukkasten suspendoimiseksi raakatärkkelyso-saan, vaan myös liiman tekemiseksi sellaiseksi, että se kykenee irtoamaan aaltopahvin valraistuslaitteiston liimansyöt-25 törullilta. Useimmissa aaltopahvilaitteissa kantoaineosa valmistetaan erillisessä säiliössä, jota kutsutaan primää-risekoittimeksi tai kantoainesekoittimeksi, Kantoaineosa sekoitetaan sitten raakatärkkelysmassaan sekundäärisekoit-timessa, tai pääsekoitussäiliössä.

30 Nykyään käytetään alkuperäisen Stein-Hall-menetelmän useita muunnelmia: (a) Kantoaineosa on hyytelöity ja kuivattu (esihyyte-löity tärkkelys) ja sitten esisekoitettu raakatärkkelysosan kanssa ennen kuivan materiaalin lisäämistä veteen. Tämä 35 mahdollistaa tärkkelysliiman valmistamisen yhdessä säiliössä. Sellainen systeemi ei ole kuitenkaan taloudellinen, koska esihyytelöidyn tärkkelyksen valmistaminen ja seuraava sekoitustapahtuma on kallis. Samanlaiset taloudelliset 2 67875 rajoitukset koskevat karboksiraetyyliselluloosan käyttöä kyl-mävesiliukoisena kantoaineena (US-patentti 3.015.572 Casey et ai).

(b) Tärkkelyksen kantoaineosa on valmistettu pääsekoi-5 tussäiliössä. Kylmä vesi on sitten lisätty kantoaineosaan sen jäähdyttämiseksi ja se on laimennettu riittävästi, jotta sallitaan raakatärkkelysosan dispergoiminen kantoaineliu-okseen. Sellainen menetelmä vaatii suuritehoisen sekoitti-men, koska raakatärkkelystä on vaikea dispergoida viskoosi-10 seen kantoaineliuokseen.

(c) Kantoaineosa on valmisrtettu kierrättämällä tärlcke-lysliuosta rivikeittimen läpi, kunnes riittävästi tärkkelystä on hyytelöitynyt kantoaineosan muodostamiseksi. Sellaisen menetelmän laitekustannus on korkea.

15 (d) "Ilman kantoainetta"- tai "kantoainevapaa"-syatee- mi (US-patentti 3.355.307 Shoenberger et ai), mikä suoritetaan yhdessä säiliössä, mutta olosuhteet ovat säädetyt siten, että ei muodostu yhtään hyytelöityä kantoainetta ja välttämätön viskositeetti saadaan aikaan raakatärkkelysra-20 keiden tasaisella osittaisella paisumisella.

Stein-Hall-menetelmän kolme viimeistä muunnelmaa ovat suhteellisen kalliita automatisoida ja koska työkustannukset useimmissa maissa ovat kasvaneet, niin tärkkelyksen sekoitusmenetelmän automaatiotarve on tullut yhä tärkeämmäksi.

25 Tämän keksinnön tarkoitus on yksinkertaistaa merkittä västi menetelmää kantoaine-tyyppisten tärkkelysliimojen valmistamiseksi.

Keksintö tarjoaa menetelmän kantoaine-tyyppisen tärk-kelysperusteisen liiman valmistamiseksi, ja tunnusomaista 30 menetelmälle ovat vaiheet, että sekoitetaan ainakin kaksi erilaiset hyytelöitymislämpötilat omaavaa tärkkelysosaa veden kanssa liejun muodostamiseksi, ja aiheutetaan alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaavan tärkkelysosan hyytelöi-tyminen kestävän hyytelöityneen kantoaineen muodostamiseksi 35 sillä tavalla korkeamman hyytelöitymislämpötilan omaavaa raakatärkkelysosaa varten.

Alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaavan tärkkelys-osan hyytelöityminen voidaan aikaansaada kuumentamalla lie- 3 67875 jua, kunnes hyytelöitymislämpötila on saavutettu, tai sekoittamalla tärkkelysosat veteen, mikä on kuumennettu sellaiseen lämpötilaan, mikä on riittävä aiheuttamaan hyytelöi-tymisen, kun lieju on sekoitettu.

5 Menetelmä voidaan parhaiten suorittaa kahdella tai use ammalla tärkkelysosalia, joilla on suhteellisesti paljon e-rilaiset hyytelöitymislämpötilat, esimerkiksi enemmän kuin noin 5°C. Kuitenkin menetelmä voidaan suorittaa hyytelöi-tymislämpötilojen ollessa 2°C-3°C luokkaa, edellyttäen et-10 tä liejun lämpötilaa kohotetaan hyvin hitaasti kantoaineo-san hyytelöitymisajanjakson aikana. Erilaisia tärkkelys-osia tulisi tietenkin olla läsnä tarkoituksenmukaisina pitoisuuksina vedessä sellaisen liiman valmistamiseksi, millä on haluttu viskositeetti raakatärkkelysrakeiden kannattami-15 seksi ja liiman tekemiseksi kykeneväksi irtoamaan liiman-syöttörullilta ja lopullisen liiman valmistamiseksi, mikä aikaansaa raakatärkkelysosan aktivoinnilla välttämättömän liimauslujuuden.

Pidetään edullisena, että kaksi tärkkelysosaa käsittä-20 vät kaksi erilaista tärkkelystä, joilla on erilaiset hyyte-löitymislämpötilat. Kuitenkin voi kumpikin tärkkelysoea käsittää saman tyyppisen tärkkelyksen, jolloin yksi osa on muunnettu tunnetulla tavalla sen hyytelöitymislämpötilan kohottamiseksi tai alentamiseksi toivotussa määrin, 25 On hyvin tunnettua, että emäksistä soodaa tai jotakin muuta sopivaa alkalia käytetään säätämään tärkkelyksen hyy-telöityrnistä. Tästä syystä pidetään parempana, että emäksistä soodaa lisätään liejuun sen lämpötilan säätämiseksi, jossa alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaavan tärkkelyk-30 sen hyytelöityminen tapahtuu. Emäksinen sooda voidaan lisätä seokseen joko ennen lähtö-tärkkelyslietteen muodostamista, sen aikana tai sen jälkeen. Missä emäksistä soodaa käytetään, booraksi tai boorihappo lisätään sen jälkeen, kun alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaava tärkkelysosa 35 (kantoaine) on hyytelöitynyt, kuten on osoitettu seoksen viskositeetin sopivalla nousulla.

Kuten on tavallista tunnetuissa tärkkelysvalmistusme-netelmissä, muut lisäaineet, kuten vaahdonestoaineet, täyte- 4 67875 aineet ja kostutusaineet, voidaan lisätä seokseen toivottujen ominaisuuksien antamiseksi lopulliselle tärkkelykselle.

Keksinnön mukaisella menetelmällä on seuraavat edut edellä esitettyihin tunnettuihin menetelmiin verrattuna: 5 1. Kantoaineosan erillinen valmistus toivotun visko siteetin saavuttamiseksi ei ole välttämätöntä, koska kanto-aine muodostetaan paikan päällä.

2. Koko sekoitusprosessi suoritetaan yhdessä sekoitus-säiliössä; suuritehoiset sekoittimet ja rivikeittimet eivät 10 ole välttämättömiä.

3. Erilaisten tärkkelysten esisekoitus ei ole välttämätöntä.

4. Sekoitusprosessi voidaan automatisoida suhteellisen alhaisin kustannuksin.

15 Keksinnöllä valmistetaan siis tärkkelysperusteinen lii ma, minkä muodostava seos sisältää hyytelöityneen kantoaine-tärkkelysosan ja korkeamman hyytelö!tyrnislämpötilan omaavan raakatärkkelysosan siihen dispergoituna.

Erään edullisen,keksinnön mukaisen liimanvalmistusraene-20 telraän mukaan erilaiset hyytelöitymislämpötilat omaavat tärkkelykset on dispergoitu veteen sekoitussäiliössä. Emäksinen soodaliuos lisätään dispersioon ja seosta lämmitetään sitten hitaasti, kunnes alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaava tärkkelys hyytelöityy, antaen seokselle halutun vis-25 kositeetin. Booraksi ja tarvittaessa muut kemikaalit lisätään sitten liiman viimeistelemiseksi.

Haluttaessa voidaan vesiosuus jättää pois alkuseokses-ta, mikä mahdollistaa kantoaineosan paikan päällä tapahtuvan hyytelöitymisen aikaansaamisen alhaisemmassa lämpötilas-30 sa. Vesiosuus lisätään sitten hyytelöitymisen jälkeen, ja sitten booraksi ja muut kemikaalit.

Emäksinen sooda voidaan liuottaa veteen, ennenkuin tärkkelykset ovat dispergoituneet. Tärkkelysten dispersion jälkeen prosessi on muuten samanlainen kuin edellä kuvattu.

35 Samaan tapaan vesi ja tärkkelysseos voidaan lämmittää ensiksi ja alkali lisätään sen jälkeen, kun sopiva lämpötila on saavutettu.

Alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaavan tärkkelyk- 5 67875 sen painosuhde veteen riippuu käytetyn tärkkelyksen hyyte-löityneestä viskositeetista ja lopullisen liiman halutusta viskositeetista* Tämä suhde voi vaihdella suunnilleen välillä 1:10-1:50, ja edullisesti 1:25-1:35.

5 Korkeamman hyytelöitymislämpötilan omaavan ja lopulli sessa liimassa raakatärkkelysosana pysyvän tärkkelyksen painosuhde veteen riippuu halutusta kokonaisnestepitoisuudesta lopullisessa liimassa. Tämä suhde voi vaihdella suunnilleen välillä 1:2-1:8, edullisesti 1:3-1:5.

10 Kahden tärkkelysosan painosuhde veteen voi olla alueel la 1:2-1:4 ja edullisimmin noin 1:3.

Käytetyn emäksisen soodan ja booraksin määrät riippuvat lopullisena raakatärkkelysosana käytetystä tärkkelyksestä ja lopullisessa liimassa olevalle tärkkelykselle halutus-15 ta geeli-lämpötilasta. On käytetty normaalia tekniikkaa op-timitason vahvistamiseksi näille kemikaaleille erilaisia tärkkelyksiä ja olosuhteita varten. Koska nämä näkökohdat eivät muodosta osaa keksinnöstä ja alan ammattimiehet tuntevat ne hyvin, ei niitä selitetä tarkemmin.

20 Seuraavassa esitetään edullisia suoritusmuotoja.

Esimerkki 1 Tässä kokeellisessa laboratoriosuoritusmuodossa 350 g tapiokatärkkelystä ja 3000 g maissitärkkelystä dispergoi-tiin 9 litraan vettä. 50 ml 20 paino/tilavuusprosenttista 25 emäksistä soodaliuosta lisättiin asteittain tärkkelysdisper-sioon, tätä samalla sekoittaen. Seosta lämmitettiin sitten hitaasti, kunnes tapiokatärkkelys hyytelöityi, mitä arvioitiin valontaitekertoimen muuttumisella. Seoksen lämpötila on tässä vaiheessa 38°C. 55 g booraksia (10 moolia H2O) li- 30 sättiin seokseen ja liimaa sekoitettiin lisäksi 10 minuuttia booraksin liukenemisen takaamiseksi.

Lopullisen liiman viskositeetin havaittiin olevan arvoltaan 52 sekuntia (Stein-Hall cup) ja geelilämpötilan 63°C.

35 Esimerkki 2

Liima valmistettiin kuten esimerkissä 1, paitsi että 100 g emäksistä soodaa liuotettiin 9,5 litraan vettä ja maissitärkkelys ja tapiokatärkkelys dispergoitiin laimeaan Γ ________ 6 67875 emäksisen soodan liuokseen. Lisäysjärjestys ei merkitsevästi muuta tapiokatärkkelyksen hyytelöityraislämpötilaa eikä lopullisen liiman mitattuja ominaisuuksia edellä esitettyyn viitaten.

5 Esimerkki 3 Tässä hieman kaupallisessa koesuoritusmuodossa 7 kg e-mäksistä soodaa lisättiin 925 litraan vettä sekoittimessa ja seos kuumennettiin välille 20°C~25°C 1,1-prosenttisen emäksisen soodaliuoksen valmistamiseksi, 300 kg kauppalaatua 10 olevaa maissitärkkelystä sekä lisäksi 45 kg vehnätärkkelystä lisättiin emäksiseen soodadispersioon ja tulokseksi saatua seosta sekoitettiin voimakkaasti. Seos lämmitettiin noin 32°C lämpötilaan ja pidettiin tässä lämpötilassa noin 10 minuuttia. Vesipitoinen liuos, mikä sisälsi noin 6 kg 15 booraksidekahydraattia lisättiin ja saatua seosta sekoitettiin lisää 10 minuuttia. Edellä esitettyjen ohjeiden mukaisesti valmistetulla liimalla havaittiin olevan välttämätön viskositeetti ja geelilämpötilaominaisuudet, mitkä tekivät mahdolliseksi kaksiseinäisen pahvin kaupallisen tuottamisen 20 normaaleissa tehdaskäyttöolosuhteissa.

Esimerkki 4 Tässä kaupallisessa suoritusmuodossa 725 kg kauppalaa-tuista maissitärkkelystä ja 90 kg kauppalaatuista tapioka-tärkkelystä lisättiin noin 1910 litraan vettä sekoitussäili-25 össä ja seosta kuumennettiin noin 28°C lämpötilaan samalla sekoittaen. 14 kg emäksistä soodaa liuotettiin veteen ja emäksinen soodaliuos lisättiin seokseen samalla jatkaen sekoitusta. Seosta kuumennettiin sitten heikosti, kunnes seoksen viskositeetti saavutti suunnilleen arvon 28 sekuntia 30 (Stein-Hall cup). Liuos, mikä sisälsi 3 kg boorihappoa ja 2 litraa soodaliuoksen silikaattia, lisättiin sitten seokseen emäksisen soodan vaikutuksen olennaiseksi neutraloimi-seksi. Tulokseksi saatu liima testattiin sitten menestyksellisesti kaupallista kaksiseinäistä pahvia valmistavassa 35 laitoksessa.

Aallotetun ja muun paperin valmistuksessa käytettävän tärkkelysliiman valmistuksesta perillä olevat henkilöt arvioivat, ettei edellä kuvattujen liimojen ominaisuuksia 7 67875 tarvitse muuttaa niiden sovittamiseksi erityislaitosten tai erikoistyyppisten paperien asettamiin vaatimuksiin. Niinpä edellä esitetyt tärkkelysosien määrät voidaan muuttaa alkuperäisen kantoaine-tyyppisen tärkkelysliiman viskositeetin 5 muuttamiseksi tai siinä läsnäolevan raakatärkkelyksen määrän muuttamiseksi. Samoin yhtä tai useampaa edellämainituista lisäaineista voidaan laittaa tärkkelykseen käyttäjän vaatimien erilaisten toiminnallisten ominaispiirteiden aikaansaamiseksi. Niinpä, kun yksinkertainen tärkkelys voi 10 sisältää ainoastaan raakatärkkelysosan hyytelöityneessä kan-toaine-tärkkelysosassa yhdessä emäksisen soodan ja booraksin kanssa, niin kaupallinen tärkkelys voi sisältää muita lisäaineita, kuten täyteaineita, vaahdonestoaineita ja kos-tutusaineita. Ovatpa sellaiset lisäaineet mukana tärkkelyk-15 sessä tai ei, niin kuitenkin tämän keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetulla tärkkelyksellä on kaikki kantoaine-tyyppisen tai "kantoainevapaa^-tyyppisen tärkkelyksen edut, ilman valmistusvaikeuksia ja niistä johtuvia tunnettujen tärkkelysten kasvavia kustannuksia.

20 Toteutettaessa edellä kuvattua keksintöä alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaava tärkkelysosa voi olla valittu ryhmästä, mikä käsittää vehnätärkkelyksen, tapiokatärkke-lyksen ja perunatärkkelyksen, kun taas korkeamman hyytelöitymislämpötilan omaava tärkkelysosa voi olla valittu ryhmäs-25 tä, mikä käsittää maissitärkkelyksen, tapiokatärkkelyksen ja vehnätärkkelyksen. Kun maissitärkkelystä käytetään pää-tai raakatärkkelys-osana, voidaan käyttää mitä tahansa alhaisen hyytelöitymislämpötilan tärkkelyksistä. Kuitenkin kun tapiokatärkkelystä käytetään raakatärkkelysosana, voidaan 30 joko vehnätärkkelystä tai perunatärkkelystä käyttää kanto-aineena, ja jos vehnätärkkelystä käytetään raakatärkkelys-osana, voidaan ainoastaan perunatärkkelystä käyttää kanto-aineena.

Claims (19)

1. 8 67875
2. 1. Menetelmä kantoainetyyppisen tärkkelysperusteisen liiman valmistamiseksi, tunnettu vaiheista, että sekoitetaan ainakin kaksi erilaiset hyytelöitymislämpötilat omaavaa tärk-5 kelysosaa veden kanssa liejun muodostamiseksi, ja aiheutetaan alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaavan tärkkelysosan hyytelöityminen kestävän hyytelöityneen kantoaineen muodostamiseksi sillä tavalla korkeamman hyytelöitymislämpötilan omaavaa raakatärkkelysosaa varten.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaavan tärkkelysosan hyytelöityminen on saatu aikaan kuumeatamalla liejua, kunnes alhaisempi hyytelöitymislämpötila on saavutettu.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 15 siitä, että alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaavan tärkkelysosan hyytelöityminen on saatu aikaan sekoittamalla mainitut tärkkelysosat veteen, joka on kuumennettu lämpötilaan, mikä aiheuttaa alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaavan tärkkelysosan hyytelöitymisen, kun mainittua liejua 20 sekoitetaan.
5. 4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi vaiheen, että tuodaan sopivaa alkalia veteen ennen liejun muodostamista, sen aikana tai sen jälkeen mainitun tärkkelysosan hyyte- 25 löitymislämpötilan muuttamiseksi, ja vaiheen, että lisätään sopivaa puskuriainetta liejuun alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaavan mainitun tärkkelysosan hyytelöitymisen jälkeen. 1 Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittu alkali on emäksinen sooda ja mai- 50 nittu puskuriaine on booraksi tai boorihappo. 9 67875
6. 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mainitut tärkkelysosat käsittävät pienemmän osan alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaavaa tärkkelystä ja suuremman osan korkeamman hyytelöitymislämpö- 5 tilan omaavaa tärkkelystä, jolloin hyytelöitymislämpötilojen ero on ainakin 2°C.
7. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että hyytelöitymislämpötilojen ero on ainakin 5°C.
8. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä tunnettu 10 siitä, että se käsittää lisäksi vaiheet, että mainitut tärkkelysosat dispergoidaan veteen sekoitussäiliössä, lisätään emäksinen soodaliuos dispersioon ja lämmitetään hitaasti tulokseksi saatua seosta, kunnes alhaisemman hyytelöitymisläm-pötilan omaava tärkkelys hyytelöityy antaakseen seokselle IS halutun viskositeetin, ja lisätään booraksia seokseen ja sekoitetaan, jotta taataan mainitun booraksin dispergoituminen siihen.
9. 9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alhaisemman hyytelöitymislämpö- 20 tilan omaavan tärkkelysosan suhde korkeamman hyytelöitymis-lämpötilan omaavaan tärkkelysosaan on 1:10 - 1:4.
10. 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että mainitun alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaavan tärkkelysosan suhde veteen on 1:10 - 1:50 ja mainitun 25 korkeamman hyytelöitymislämpötilan omaavan tärkkelysosan suhde veteen on 1:2 - 1:8.
11. 11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä tunnettu siitä, että alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaava tärkkelysosa on vehnä-, tapioka- tai perunatärkke- 30 lys ja korkeamman hyytelöitymislämpötilan omaava tärkkelys on maissi-, tapioka- tai vehnätärkkelys. Γ" 10 67875
12. 12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että mainittujen tärkkelysosien painosuhde veteen on 1:2 - 1:4.
13. 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnet-5 t u siitä, että mainittu painosuhde on noin 1:3.
14. 14. Kantoainetyyppinen tärkkelysperusteinen liima, tunnettu seoksesta, jossa on hyytelöity kantoainetärkke-lysosa ja korkeamman hyytelöitymislämpötilan omaava raaka-tärkkelysosa siihen dispergoituna.
15. 15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen liima, tunnettu siitä, että alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaavan tärk-kelysosan suhde korkeamman hyytelöitymislämpötilan omaavaan tärkkelysosaan on 1:10 - 1:4.
16. 16. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen liima, t u n - 15. e t t u siitä, että mainitun alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaavan tärkkelysosan suhde veteen on 1:10 - 1:50, ja mainitun korkeamman hyytelöitymislämpötilan omaavan tärkkelys-osan suhde veteen on 1:2 - 1:8.
17. 17. Patenttivaatimuksen 14, 15 tai 16 mukainen liima, t u n -20 n e t t u siitä, että alhaisemman hyytelöitymislämpötilan omaava tärkkelysosa on vehnä-, tapioka- tai perunatärkkelys ja korkeamman hyytelöitymislämpötilan omaava tärkkelys on maissi-, tapioka- tai vehnätärkkelys.
18. 18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen liima, tunnettu 25 siitä, että mainittujen tärkkelysosien painosuhde veteen on välillä 1:2 - 1:4.
19. 19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen liima, tunnettu siitä, että mainittu suhde on noin 1:3. 67875