NL8202310A - Werkwijze ter bereiding van een plakmiddel. - Google Patents

Description

<m. Tï^· » * VO 3^5Τ Uitvinders: Jurrien Kamminga

Henderikus, Gerardus, Antonius van der Werff

Uerkwii ze ter bereiding van een nlakmiririgl.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze ter bereiding van zetmeelplakmiddelen, alsmede op de aldus vervaardigde plakmiddelen.

Zetmeelprodukten worden op grote schaal toegepast als plak-5 middelen bij de vervaardiging van 0!;av golfkarton, gewikkelde hulzen, papieren zakken, gelamineerde papieren, gegommeerde papieren,, etiketteerlijnen en behangersplaksel.

Onverstijfseld zetmeel is als zodanig ongeschikt als plakmiddel- Door verhitting van een suspensie van zetmeelkorrels in water 10 boven de verstijfselingstemperatuur, gaan de zetmeelkorrels opzwellen en desintegreren en vormen daarbij een visceuze, colloxdale oplossing.

De eigenschappen-van deze zetmeeloplossing (viscositeit, stabiliteit, structuur, karakter etc.) zijn afhankelijk van veel faktoren zoals: de aard van het zetmeel, de zetmeelconcentratie, de snelheid en duur van T5 opwarmen, de toegepaste temperaturen, aanwezige mechanische krachten, eventuele toevoegingen en de apparatuur waarin de verstijfseling plaats vindt.

Bij toepassing van de traditionele verstijfselingsappa-ratuur is natief zetmeel als zodanig vaak niet geschikt als grondstof 20 voor de bereiding van plakmiddelen. Natief zetmeel kan echter chemisch en/ of physisch gemodificeerd worden om het geschikt te maken voor een bepaalde specifieke toepassing als plakmiddel. Chemische modificatie kan plaatsvinden door gedeeltelijke depolymerisatie (afbraak) van de zetmeelmole-kulen (door middel van alkali, zuren, dextrinering, oxydatie of enzymen), 25 door verestering of verethering, door verknoping en door combinatiesvan genoemde bewerkingen. Fysische modificatie van zetmeel kan plaats vinden door natief zetmeel of chemisch gemodificeerd zetmeel te verstijfselen in aanwezigheid van water (b.v. door indirecte verhitting, stoominjectie, extrusie of alkali) eventueel gevolgd door droging (b.v. walsdroging) 30 van de verkregen zetmeeloplossing. Bovengenoemde gemodificeerde zetmelen worden op grote schaal toegepast voor de vervaardiging van plakmiddelen.

8202310 -2-

Er is echter ook een toenemende behoefte aan plakmiddelen die vervaardigd kunnen worden op basis van relatief goedkope, ongemodificeerde of lichtgemodificeerde zetmeleü. De werkwijze volgens de uitvinding maakt dit mogelijk. Bij deze werkwijze wordt een water-zetmeel-5 mengsel herhaaldelijk gevoerd door een reeirculatiecircuit, waarin een inrichting is·· opgenomen die mechanische krachten uitoefent op het zetmeel-water-mengsel en daarbij warmte opwekt, waardoor onverstijfselde zetmeelkorrels opzwellen en gezwollen zetmeelkorrels gedesintegreerd worden. Een dergelijke inrichting wordt hier aangeduid met het woord desintegrator.

10 Als desintegrator zijn in principe alle inrichtingen geschikt die op zet- meel-water-mengsels mechanische krachten kunnen uitoefenen waarbij warmte wordt ontwikkeld. Voorbeelden van geschikte desintegratoren zijn o.a. disper-geerinrichtingen, emulgeerinrichtingen, homogeniseerinrichtingen, kolloid-molens, radiaalpompen, gatenmolens, stiftmolens, stromingsbuizen met keer-15 schotten» straalbuizen met.trillingsplaten of keerschotten of concentreer-ringen, inrichtingen voor het intensief roeren, mengen of malen.

Bij voorkeur vindt volgens de uitvinding geen totale desintegratie van de gezwollen zetmeelkorrels plaats. Totale desintegratie levert een zetmeeloplossing met een lange structuur. Een dergelijke zetmeeloplos-20 sing kan tot lange draden getrokken worden voordat de draden afbreken. Een plakmiddel met een lange structuur geeft bij verwerking op snellopende machines aanleiding tot ongewenste verschijnselen zoals '’spinnen” en spatten. Bij voorkeur worden de gezwollen zetmeelkorrels slechts gedeeltelijk gedesintegreerd tot microscopische waarneembare gezwollen korrel-25 fragmenten. De verkregen waterige plakmiddelen bezitten dan de gewenste relatief korte structuur..

In Figuur 1 is een installatie weergegeven die toegepast kan worden voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding. In figuur 1 geeft 1 een tank aan die voorzien is van roerder 2 en waaraan via lei-30 ding 3 zetmeel gesuspendeerd in water kan worden tóegevoerd. Via leiding k kunnen desgewenst andere lijmcomponenten toegevoerd worden. De zetmeel concentratie kan binnen ruime grenzen variëren maar ligt bij voorkeur tussen 5 en 30 gewichtsprocent. De zetmeelsuspensie waar men vanuit gaat, heeft bij voorbeeld een temperatuur die ligt tussen 20° C en de verstijfse- 8202310 -3- \

Xingst emperatuur van het zetmeel, hij voorkeur ^0-60°C. Dit kan gereali-I seerd worden door het korrelvormig zetmeel toe te voegen aan warm water (b.v. van 60°C} of door de zetmeelsuspensie te verwarmen. Door uit te gaan van een voorverwarmde zetmeelsuspensie wordt de recirculatietijd 5 beperkt en wordt de kapaciteit van de installatie verhoogd. Vervolgens wordt de zetmeelsuspensie via leiding 5 rondgepompt'(door middel van pomp 6) in een recirculatiecircuit waarin tevens desintegrator 7 is opgenomen.. Via leiding 8 is het recirculatiecircuit aangesloten op vat 1. Door de in de desintegrator ontwikkelde warmte, komt de zetmeelsuspensie gelei-10 delijk op temperaturen waarbij de zetmeelkorrels door hydratatie gaan zwellen. De opzwellende korrels worden in de desintegrator gefragmenteerd tot gezwollen korrelfragmenten. In het algemeen zal de wrijvingswarm-te van de desintegrator voldoende zijn om de temperatuur van het zetmeel-water-mengsel met de gewenste snelheid te laten oplopen. Desgewenst kan 15 nog een externe warmtebron ingeschakeld worden. De temperatuur die wordt aangehouden om de gewenste mate van verstijfseling en fragmentatie van de zetmeelkorrels te verwezenlijken bij voorkeur ligt beneden 90°C. De recirculatietijd die nodig is om het zetmeel voldoende te ontsluiten is o.a. afhankelijk van begin- en eindtemperatuur, de zetmeelconcentratie, 20 de aard van het zetmeel en de intensiteit van de mechanische krachten die in de desintegrator werkzaam zijn. Bij voorkeur is de circulatietijd minder dan 1 uur. Nadat het zetmeel in de gewenste mate ontsloten is, wordt het zetmeetwater-mengsel via leiding 9 aan het recirculatiecircuit onttrokken. Vervolgens kunnen via leiding 10 koud water en via leiding 11 25 eventueel verdere additieven toegevoegd worden. Het koude water kan worden toegevoegd om de zetmeellijm te koelen en te verdunnen. Via leiding 12 kan het gerede product naar een voorraadvat worden gevoerd voor toepassing als plakmiddel.

De werkwijze volgens de uitvinding kan discontinu worden uit-30 gevoerd, zoals hiervoor is beschreven. Het is echter ook mogelijk om de werkwijze continu uit te voeren. Hierbij wordt een zetmeel-water-mengsel in een recirculatiecircuit op de gewenste temperatuur· gebracht, waarna continu verse zetmeelsuspensie in het circuit wordt opgenomen en continu zetmeellijm uit het circuit wordt afgevoerd. In figuur 2 is de continu 8202310 -1μ_ werkwijze schematisch, weergegeven. In suspensietank 1, voorzien van roerder 2, kunnen via leidingen 3, k en 5 respectievelijk zetmeel, vat er (koud· of warm) en eventueel bepaalde additieven vorden toegevoerd. De verkregen zetmeelsuspensie wordt via pomp 6 naar het recirculatiecir-5 cuit gevoerd waarin pomp 7 en desintegrator 8 zijn opgenomen. Desgewenst kan de zetmeelsuspensie worden voorverwarmd door verwarmingsinrichting 9-De temperatuur van de zetmeelsuspensie die aan het recirculatiecircuit wordt toegevoerd, kan bijvoorbeeld l+0-60°C. bedragen. Door de warmte die in de desintegrator ontwikkeld wordt, loopt de temperatuur van het zetmeel-10 water-mengsel op tot bijvoorbeeld 65-80°C... Zodra de temperatuur van het zetmeel-water-mengsel in het recirculatiecircuit tot de gewenste waarde is gestegen, wordt uit suspensievat 1 continu verse zetmeelsuspensie aan het circuit toegevoerd en wordt tevens via leiding 10 continu een overeenkomstige hoeveelheid zetmeellijm uit het circuit afgevoerd. Aan de 15 afgevoerde lijm kunnen desgewenst via. leiding 11 water (voor verdunning en koeling) en via leiding 12 bepaalde additieven worden toegevoegd. Het gerede plakmiddel kan vervolgens naar een voorraadvat worden gevoerd voor verdere verwerking.

Aan de nog te verwerken zetmeelsuspensie of aan de verkre-20 gen zetmeellijm kannen bepaalde additieven worden toegevoegd, die de eigenschappen van het gerede plakmiddel in de gewenste zin kunnen beïnvloeden. Als zodanig kunnen de volgende additieven worden vermeld: oppervlakte-aktieve stoffen (b.v. hogere vetzuren, glyceriden, zepen, gesulfoneerde oliën), minerale vulstoffen (b.v. krijt, kaolien, talk), 25 verstijfselingsbevorderende komponenten (b.v. natriumhydroxide, ureum, soda, oplosbare silicaten, chloralhydraat), viscositeitsverlagende verbindingen (b.v. magnesiumsulfaat, natriumnitraat), dispersies van synthetische polymeren (b.v. polyvinylaeetaatdispersies), harsen (ter verbetering van de watervastheid b.v. ureum-formaldehyde, melamine-formaldehyde), 30 konserveermiddelen, ontschuimingsmiddelen en weekmakers. De oppervlakte-aktieve stoffen zijn van belang in die gevallen waarbij de kortheid van het plakmiddel een extra accent moet hebben.

De mate van desintegratie en fragmentatie van de gezwollen zetmeelkorrels is afhankelijk van o.a. de keuze van het type zetmeel dat 8202310 <* '* -5- als uitgangsmateriaal wordt gebruikt,, de zetmeelconcentratie, bet type desintegrator, de toegepaste temperaturen, de circulatiesnelheid, de totale circulatietijd en de aard en hoeveelheid van eventuele additieven.

Door variatie in een of meer van bovengenoemde factoren kan met de mate 5 van fragmentatie van de gezwollen zetmeelkorrels naar wens regelen. Aldus kan men de eigenschappen van het gerede plakmiddel (viscositeit, stabiliteit,. structuur, karakter) aanpassen aan het beoogde toepassingsdoel.

De plakmiddelen, verkregen volgens de werkwijze van de uitvinding kunnen voor diverse doeleinden worden toegepast. In dit verband 10 kunnen o.a. worden genoemd: de vervaardiging van papieren zakken (bijvoorbeeld levensmiddelenzakken, meerwandige zakken), gelamineerde of ge-cacheerde produkten (papier plakken op papier,, karton, aluminiumfoelie e.d.),. gewikkelde hulzen en vaten, etiketteerlijmen, sigarettennaadlijmen, golfkarton en gipsplaten. Met name zijn deze plakmiddelen, geschikt voor 15 het vervaardigen' van meerwandige papieren zakken.

Meerwandige papieren zakken worden in grote hoeveelheden geproduceerd. Bij het verlijmen hiervan heeft men te maken met het aanbrengen van dwarsverlijmingen om te zorgen dat de papierlagen niet ten opzichte van elkaar verschuiven (dwarsverlijming), met de produktie van de 20 papierhuls (langsnaadverlijming) en tenslotte met het aanbrengen van de bodem (bodemverlijming). De meerwandige zakken als hier bedoeld bestaan meestal uit kombinaties van meerdere kwaliteiten papier en/of laminaten. Gangbare soorten zijn o.a. normaal kraft, "wet-strength" kraftpapier, clupak, semi-clupak, crèpepapier, 'Vet-strength" crèpepapier en laminaten 25 zoals gebitumineerd, gesiliconeerd, aluminiumfoelie-gecacheerd en polye-thyleengecoat papier.

De eisen die aan zakkenlijmen worden gesteld zijn talrijk.

De lijm moet voldoende stabiliteit bezitten, zodat de viscositeit van' de lijm bij bewaring en onder invloed van mechanische krachten (verpompen, 30 roeren etc.) niet in ongewenste mate verandert. In verband met de ver-werkbaarheid mag de zakkenlijm niet te lang van structuur zijn. Een lijm met een lange structuur geeft aanleiding tot "spinnen", waardoor bij hoge machinesnèlheden spatten van de lijm optreedt. Dit kan problemen geven met name bij de dwarsverlijming en bij bodemverlijming. Verder 8202310 -6- moeten de hechtsnelheid en de mate van hechting op het gewenste niveau liggen en mag de droogtijd niet te lang zijn.

De traditionele zakkenlijmen worden hereid op basis van chemische en/of fysisch gemodificeerde zetmelen. Vooral bepaalde koudwater-5 oplosbare zetmeelderivaten zijn uitstekend geschikt voor de bereiding van zakkenlijmen. De laatste jaren is echter ook belangstelling gekomen voor zakkenlijmen die kunnen worden bereid op basis van ongemodificeerd of weinig gemodificeerd zetmeel. Een dergelijke werkwijze is beschreven in het· Britse Octrooischrift 1.559*667· Hierbij wordt een zetmeelsuspensie 10 onder druk gedurende, zeer korte tijd onderworpen aan de inwerking van stoom bij 120-200°C. Deze werkwijze maakt een stoomvoorziening noodzakelijk.

De werkwijze volgens de uitvinding maakt het mogelijk om op barsas wan ongemodificeerde of weinig gemodificeerde zetmelen zeer goed bruikbare zakkenlijmen te produceren. Hierbij is geen stoomvoorziening .

15 voor het verstijfselen van het zetmeel noodzakelijk terwijl bij voorkeur wordt gewerkt bij temperaturen beneden 90°C. De verkregen zakkenlijm bezit een goede initiële plakkracht, een korte structuur, een aangepaste viscositeit, een beperkt viscos-iteitsverloop gedurende bewaren en bij mechanische belasting en een goede hechtsnelheid. Deze lijm kan als uni-20 versele zakkenlijm toegepast worden d.w..z. hij kan worden ingezet als langsnaadlijm, als dwarsverlijmingslijm en als bodemlijm.

Voor de bereiding van de plakmiddelen volgens onderhavige uitvinding kan men als uitgangsmateriaal de diverse ongemodificeerde na-tieve zetmeelsoorten gebruiken zoals aardappelzetmeel, maïszetmeel, 25 tarwezetmeel, tapiocazetmeel, waxy zetmeel, rijstzetmeel-en sagozetmeel.

Met name aardappelzetmeel is bij uitstek geschikt vanwege het specifieke verstijfselingsgedrag van dit zetmeel en vanwege de superieure plakkracht van aardappelzetmeel in vergelijking met andere zetmeelsoorten. Verder kunnen ongezuiverde of partieel gezuiverde zetmeelbevattende materialen 30 toegepast worden als uitgangsmateriaal. Behalve van de natieve zetmeelsoorten kan men ook uitgaan van warmoploshare zetmeelderivaten zoals afgebroken zetmeel (zuur afgebroken; geoxideerd), zetmeelesters, zetmeel-ethers, verknoopte zetmelen of zetmelen die combinaties van genoemde chemische modificaties hebben ondergaan.

8202310 -7-

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden.

VOORBEELD I.

5 hg aardappelzetmeel werd gesuspendeerd in 20 liter warm 5 water van 60°C. De temperatuur van de verkregen suspensie bedroeg 52°C.

Het zetmeel-water-mengsel werd met behulp van een monopomp met een capaciteit van 1 liter per seconde rondgepompt in een recirculatiecircuit, waarin een 3-traps rotor-stator-desintegrator (type Dispax) was opgenomen·.. Het rondpompen werd gedurende 20 minuten voortgezet waarbij de tempe-10 ratuur van het zetmeel-water-mengsel opliep van 52°C naar 65°C. Tijdens het rondpompen werd de oorspronkelijke zetmeelsuspensie omgezet in een kolloxdale zetmeeloplossing, waarin microscopisch bezien het zetmeel grotendeels aanwezig was in de vorm van gezwollen korrelfragmenten. Vervolgens werd de zetmeellijm uit het recirculatiecircuit afgevoerd.

15 Aan de warme zetmeellijm werd 6 liter koud water toegevoegd waardoor een plakmiddel verkregen werd met een droge-stof-gehalte van ongeveer 12 gewichtsprocent. De viscositeit van het plakmiddel bedroeg 2000 mPa.s-(cP) gemeten bij 20°C met een Brookfieldviscosimeter (spindel U; snelheid 20 r/min.). Het verkregen plakmiddel kan worden toegepast voor de 20 vervaardiging van meerwandige papieren zakken.

VOORBEELD II.

Op dezelfde wijze als in voorbeeld I is beschreven werd een plakmiddel vervaardigd, waarbij in dit geval echter werd uitgegaan van ^ kg maïszetmeel en 20 liter water van 65°C. Verder werd in dit 25 geval de lijm afgedund met 16 liter water.

VOORBEELD III.

k kg tarwezetmeel werd gesuspendeerd in 20 liter water van 55°C. Het verkregen zetmeel-water-mengsel werd rondgepompt in een recirculatiecircuit waarin een desintegrator is opgenomen zoals in voorbeeld I 30 is beschreven. Nadat de temperatuur van het zetmeetwater-mengsel was opgelopen tot 70°C werd de lijm uit het_circuit afgevoerd. De zetmeeloplossing werd vervolgens verdund met 12 liter water. Het verkregen plakmiddel had een viscositeit van 2800 mPa.s. die na 1 week was opgelopen tot 3300 mPa.s. en na 2 weken tot H800 mPa.s. (gemeten onder de 8202310 -8- omstandigheden zoals in voorbeeld I vermeld staan).

VOORBEELD· IV.

Γη dit voorbeeld wordt een werkwijze beschreven voor het continu vervaardigen van plakmiddelen volgens de uitvinding. Een sus-5 pensietank, voorzien van een roerwerk werd gevuld met 30.0 liter water.

De temperatuur van het water werd op 56°C gebracht. Vervolgens werden 937,5 gram gesulfoneerde olie,. 375 gram conserveermiddel (Proxel GXL) en 75 kg. aardappelzetmeel aan het warme water toegevoegd. De temperatuur van de verkregen zetmeelsuspensie bedroeg 51°C. Vanuit de suspen-10 sietank werd de zetmeelsuspensie via een pomp in een apart recircula-tlecircuit gebracht waarin een pomp in een apart recirculatiecircuit gebracht waarin een pomp en een desintegrator zijn opgenomen. Door de wrijvingswarmte opgewekt in de desintegrator, werd de temperatuur van het zetmeel-water-mengsel opgevoerd tot 68-70°C.. Zodra deze tempe-15 ratuur werd bereikt, werd vanuit de suspensietank continu verse zetmeelsuspensie aan het recirculatiecircuit toegevoerd en werd continu een evengrote hoeveelheid zetmeeloplossing uit het circuit afgevoerd.

Aan 120 liter van de afgevoerde zetmeeloplossing werd βθ liter water en 960 gram ureumformaldehydecondensaat (Resin SW) toe-20' gevoegd. Hierdoor daalde de temperatuur tot U7°C en daalde het droge-stof-gehalte van het plakmiddel tot ongeveer 11#. De viscositeit van het gerede plakmiddel bedroeg na afkoeling tot 20°C 2500 mPa.s. en na 5 dagen 2000 mPa.s.. De produktiecapaciteit van de in dit voorbeeld beschreven installatie bedraagt 1100 liter'gereed plakmiddel per uur. Onder het 25 microscoop blijkt dat het zetmeel in het plakmiddel voor een groot gedeelte bestaat uit gezwollen korrelfragmenten. Het verkregen plakmiddel is geschikt als lijm voor de vervaardiging van meerwandige papieren zakken.

8202310

Claims (8)

1. Werkwijze voor het vervaardigen van een plakmiddel, met. het kenmerk, dat men een zetmeel-water-mengsel herhaaldelijk voert door een reeirculatiecircuit, waarin een inrichting is opgenomen, die mechanische krachten uitoefent op het zetmeel-water-mengsel en 5 daarbij . , warmte opwekt, waardoor onverstijfselde zetmeelkorrels opzwellen, en gezwollen zetmeelkorrels werden gedesintegreerd* 2* Werkwijze volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat het zetmeel in het verkregen plakmiddel voor een groot gedeelte 10 bestaat uit gezwollen korrelfragmenten.

3. Werkwijze· volgens een der conclusies 1-2, m e t het kenmerk, dat het zetmeel-water-mengsel een oppervlakte-aktieve stof bevat. b. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, m e t het ken- 15. e r k, dat aan het reeirculatiecircuit een suspensie van zetmeel in water wordt toegevoerd waarvan de temperatuur ligt tussen 20°C en de verstijfselingstemperatuur van het zetmeel.

5· Werkwijze volgens conclusie I, met het kenmerk, dat de temperatuur van de toegevoerde suspensie k0-60°C bedraagt.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5, m e t het kenmerk, dat de temperatuur van het zetmeel-water-mengsel beneden 90°C blijft.

7. Werkwijze volgens een der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat men aan het reeirculatiecircuit continu een suspensie 25 van zetmeel in water toevoert en continu een colloidale zetmeeloplossing uit het reeirculatiecircuit afvoert.

8. Werkwijze volgens een der conclusies 1-7, met het kenmerk, dat men als zetmeel ongemodificeerd aardappelzetmeel toepast. 8202310 v -10- f ·

9. Plakmiddelen vervaardigd met de werkwijze volgens êén der voorgaande conclusies»

10. Toepassing· van de plakmiddelen verkregen volgens de werkwijze van één der voorgaande conclusies voor het vervaardigen van meerwandige 5 papieren zakken. 8202310