NL9300214A

NL9300214A - Werkwijze voor het bereiden van een smeltkleefstofsamenstelling alsmede voorwerpen die onder toepassing van een dergelijke samenstelling zijn vervaardigd.

Info

Publication number: NL9300214A
Application number: NL9300214A
Authority: NL
Original assignee: Avebe Coop Verkoop Prod
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1993-02-03
Publication date: 1994-09-01
Also published as: EP0609952A2; EP0609952A3; US5454862A

Description

Titel: Werkwijze voor het bereiden van een smeltkleefstof- samenstelling alsmede voorwerpen die onder toepassing van een dergelijke samenstelling zijn vervaardigd.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bereiden van een zetmeelbevattende smeltkleefstof. Onder smeltkleefstoffen (Duits: Schmelzklebstoffe; Engels: Hot-melt adhesives) worden hier kleefstofsamenstellingen verstaan, die bij kamertemperatuur in vaste toestand verkeren (in de vorm van poeder, granulaat, blokken, patronen enz.) bij verhoogde temperatuur vloeibaar worden, als vloeibaar produkt op of tussen substraten aangebracht kunnen worden, en bij afkoelen weer vast worden onder vorming van vaste verbindingen.

Smeltkleefstoffen worden in veel takken van de industrie gebruikt, met name bij de fabricage van verpakkingen en non-woven-produkten. De tot nu toe toegepaste smeltkleefstoffen bestaan veelal uit componenten die moeilijk biologisch afbreekbaar zijn. Hierdoor ontstaan bij de afvalverwerking van verpakkingen en non-wovens additionele milieuproblemen. Verder doen zich, bij het hergebruik (recycling) van verpakkingsmaterialen, problemen voor tengevolge van de aanwezigheid van in water onoplosbare smeltkleefstofresten.

De toepassing van zetmeelprodukten in vaste samenstellingen, die onder invloed van hitte en druk vloeibaar worden, is uit de literatuur bekend. In GB-A-964 799 worden dergelijke samenstellingen beschreven. Het gaat hierbij om de toepassing van zetmeelethers en -esters in samenstellingen, die worden gebruikt bij het vervaardigen van gevormde artikelen en voor het aanbrengen van bekledingslagen op substraten. Als weekmaker voor het zetmeelderivaat worden vooral glycolen en polyolen gebruikt, zoals propyleenglycol en glycerol.

Volgens DE-A-2 521 890 wordt een smeltbare papierlijm op cellulosebasis vervaardigd, door een combinatie van carboxy-methylcellulose en ureum onder bepaalde condities te behandelen met waterstofperoxyde en ijzer(II)chloride. Behalve de genoemde componenten, kan het reactiemengsel ook zetmeel bevatten. De toegepaste werkwijze is omslachtig en de verkregen kleefstof is daarom relatief duur.

Uit FR-A-2 675 811 is een smeltkleefstofsamenstelling bekend, die ten minste 40 gew.% van een zetmeelprodukt bevat alsmede ten minste één zogenaamd textureermiddel in een hoeveelheid van ten minste 30% ten opzichte van het aanwezige water. Volgens de voorbeelden worden als textureermiddel steeds mengsels gebruikt, die als essentiële componenten natriumlactaat, ureum en sorbitol bevatten, waarbij sorbitol steeds aanwezig is in een hoeveelheid die ongeveer dubbel zo groot is als de hoeveelheid van de beide andere componenten samen. Deze bekende smeltkleefstoffen hebben een tamelijk ingewikkelde samenstelling en zijn bovendien duur.

De tot nu toe gebruikte smeltkleefstoffen op basis van synthetische componenten zijn onoplosbaar in water en biologisch slecht afbreekbaar. Uit de literatuur bekende smeltbare papierlijmen, die wel geheel of gedeeltelijk in water oplosbaar en biologisch afbreekbaar zijn, worden vervaardigd volgens bewerkelijke processen en met tamelijk dure ingrediënten, waardoor de produktiekosten hoog zijn, Deze papierlijmen worden tot nu toe niet op industriële schaal vervaardigd.

Volgens de uitvinding wordt beoogd om op een eenvoudige en goedkope wijze, met behulp van goedkope grondstoffen, smeltkleefstofsamenstellingen te bereiden, die niet alleen hun beoogde werking uitstekend vervullen, maar die bovendien goed oplosbaar zijn in water en in hoge mate biologisch afbreekbaar zijn.

Deze doelstellingen worden volgens de uitvinding bereikt door de smeltkleefstofsamenstelling aldus te bereiden, dat een zetmeelprodukt, ureum en eventueel water met elkaar worden gemengd tot een homogene samenstelling die de volgende essentiële componenten in de aangegeven hoeveelheden bevat: - zetmeelprodukt 3 - 75 gewichtsdelen - ureum 25 - 97 gewichtsdelen - water 0,5 - 25 gewichtsdelen, waarbij het mengen eventueel onder verwarming wordt uitgevoerd, maar een oxydatieve behandeling achterwege wordt gelaten.

Bij het bereiden van de onderhavige smeltkleefstofsamenstelling worden dus geen ingewikkelde behandelingen uitgevoerd en hoeft slechts het betrekkelijk goedkope ureum als enige hulpstof te worden gebruikt. De onderhavige samenstelling bestaat immers in feite uitsluitend uit zetmeelprodukt, ureum en water, en bevat daarnaast geen celluloseethers zoals carboxymethylcellulose, geen zouten van hydroxycarbonzuren zoals natriumlactaat en geen gehydrogeneerde suikers zoals sorbitol. Verrassenderwijze is namelijk gevonden dat met ureum als enige hulpstof kan worden volstaan, mits de toegepaste hoeveelheid groot genoeg is, zoals uit de hierboven weergegeven gewichtstrajecten blijkt. Volgens de uitvinding dient de hoeveelheid ureum ten minste 1/3 te bedragen van de hoeveelheid zetmeelprodukt, terwijl de grootste hoeveelheid ureum, die in het hierboven besproken FR-A is toegelicht, slechts ongeveer 1/8 bedraagt, eveneens gerelateerd aan de hoeveelheid zetmeelprodukt.

Volgens een voorkeursuitvoering van de uitvinding worden de essentiële componenten in de hieronder aangegeven hoeveelheden in de smeltkleefstofsamenstelling opgenomen: - zetmeelprodukt 30 - 70 gewichtsdelen - ureum 40 - 70. gewichtsdelen - water 2-25 gewichtsdelen.

Het volgens de uitvinding toe te passen zetmeelprodukt kan natief of gemodificeerd zetmeel zijn. Het natieve zetmeel kan uit diverse landbouwprodukten geïsoleerd zijn. Voorbeelden van geschikte zetmeelsoorten zijn aardappelzetmeel (met een amylopectinegehalte van 25 tot 100 gew.% op de droge stof), maïszetmeel, tapioca-zetmeel, tarwezetmeel, waxy-maïszetmeel, rijstzetmeel, sagozetmeel en hoog-amylose-zetmeel. Het gemodificeerde zetmeel kan verkregen worden door fysische, chemische en/of enzymatische modificatie van natief zetmeel. Fysisch gemodificeerd zetmeel kan bijvoorbeeld verkregen worden door behandeling van zetmeel in extruders. Chemisch gemodificeerde zetmeelprodukten kunnen uit natief zetmeel worden vervaardigd door zure hydrolyse, dextrinering, oxydatie, verestering, verethering, entpolymerisatie en/of verknoping (crosslinking). Enzymatisch gemodificeerd zetmeel kan worden vervaardigd door partiële depolymerisatie van zetmeel door middel van amylasen. Het is ook mogelijk om als zetmeelprodukt mengsels (natief met gemodificeerd zetmeel of twee typen gemodificeerd zetmeel) toe te passen. Indien men smeltkleefstoffen wil samenstellen met een relatief hoog zetmeelgehalte, kan met voordeel gebruik gemaakt worden van zetmeelprodukten die partieel gedepolymeriseerd zijn bijvoorbeeld door oxydatie, enzymen of zure hydrolyse.

Een wezenlijk bestanddeel van de smeltkleefstoffen volgens de uitvinding is ureum (smeltpunt 130°C) . De hoeveelheid water in de smeltkleefstoffen is zodanig laag dat de smeltkleefstofsamenstelling gewoonlijk in luchtdroge toestand aangemaakt en verwerkt kan worden.

De smeltkleefstofsamenstellingen kunnen volgens de uitvinding worden vervaardigd door de luchtdroge componenten (zetmeelprodukt, ureum en eventueel nog additieven) te mengen tot een homogeen mengsel. Luchtdroge zetmeelprodukten hebben een evenwichtsvochtgehalte dat afhankelijk is van de aard van het zetmeelprodukt, de temperatuur en de luchtvochtigheid. Het evenwichtsvochtgehalte van luchtdroge zetmeelprodukten ligt gewoonlijk tussen 5 en 25 gew.%. Dit evenwichtsvochtgehalte van het zetmeelprodukt is vaak voldoende om de smeltkleefstof-samenstelling het gewenste vochtgehalte te verlenen.

Desgewenst kan het vochtgehalte van het zetmeelprodukt vóór het mengen met ureum, verlaagd of verhoogd worden om de smeltkleefstofsamenstelling het gewenste vochtgehalte te geven. Het gewenste vochtgehalte van de samenstelling kan ook verkregen worden door separate toevoeging van water aan het mengsel. Het mengproces kan in elk geschikt mengapparaat uitgevoerd worden. Door verhitting van het mengsel bij 90-150°C wordt een vloeibare lijm verkregen. De aldus verkregen gesmolten lijm kan als volgt gebruikt of verder verwerkt worden: a) De smeltlijm wordt direct gebruikt als kleefstof, b) Van de smeltlijm worden patronen gegoten door de lijm uit te gieten in mallen van de gewenste vorm. De afgekoelde, vast geworden en uit de mallen losgemaakte patronen kunnen worden toegepast in smeltpistolen en dergelijke. Met behulp van deze apparaten kunnen de vaste patronen op ieder gewenst moment weer gesmolten worden, waarna de smeltlijm voor kleefdoeleinden gebruikt kan worden, c) De gesmolten lijm wordt na afkoelen en vast worden gegranuleerd. Het granulaat wordt in daarvoor geschikte apparaten voor het gebruik gesmolten.

De smeltkleefstofsamenstelling volgens de uitvinding heeft een smeltpunt dat bij voorkeur ligt. tussen 90 en 150°C en liefst tussen 100 en 140°C. De relatief lage smelttempera-tuur van de smeltkleefstoffen volgens de uitvinding is een voordeel ten opzichte van de smeltkleefstoffen op basis van synthetische polymeren, die gewoonlijk een smeltpunt hebben van boven 130°C. De smeltkleefstoffen volgens de uitvinding gaan na het smelten over in een vloeibare massa met een viscositeit, die bij voorkeur ligt tussen 200 en 50.000 mPa.s en liefst tussen 500 en 20.000 mPa.s, gemeten bij 120°C met een Brookfield, Model RVDV-III, Thermosel, bij 20 rpm en de voorgeschreven spindle (27 of 29).

Behalve de hiervoor genoemde componenten kunnen de smeltkleefstofsamenstellingen volgens de uitvinding desgewenst nog kleine hoeveelheden van diverse additieven bevatten zoals vulstoffen, weekmakers, pigmenten, natuurlijke of synthetische harsen, wasachtige verbindingen en smeermiddelen.

De smeltkleefstoffen kunnen voor diverse kleefstof-doeleinden toegepast worden zoals bij de fabricage van non- woven-produkten en verpakkingsmateriaal, voor het sluiten van dozen en zakken, voor het lamineren van versterkt papier en bij de fabricage van vouwdozen.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van onderstaande voorbeelden. Wanneer hierin sprake is van % (procent) wordt telkens gewichtsprocent bedoeld. De in de voorbeelden vermelde viscositeiten van de smeltlijmen zijn bepaald bij 120°C door middel van een Brookfield, Thermosel, RVDV-III, 20 rpm, spindle 27, tenzij anders vermeld.

Voorbeeld 1

In dit voorbeeld werd als zetmeelprodukt een geoxydeerd aardappelzetmeel toegepast met een carboxylgehalte dat overeenkomt met een substitutiegraad (DS) van 0,058. Tien gram van dit geoxydeerde aardappelzetmeel (vochtgehalte 17%) werd gemengd met 10 g ureum. De verkregen samenstelling bevatte 41,5 gew.dln zetmeel, 50 gew.dln ureum en 8,5 gew.dln vocht. Deze samenstelling werd vervolgens onder regelmatig roeren tot 130°C verwarmd. Vanaf 110°C werd de massa plastisch en vervolgens vloeibaar. De verkregen vloeibare smeltlijm had bij 130°C een viscositeit van 2500 mPa.s.

De aldus verkregen lijm werd als een' dunne film aangebracht op kraftpapier (lijmopdracht 40 g/m2).

Onder herverhitting werd hierop een tweede laag papier aangebracht, welke werd aangedrukt met een druk van 40 g/cm2. Er werd verhit bij 170°C gedurende 5, 10 of 30 seconden. De hechtingseigenschappen werden bepaald door middel van een Fipago-testapparaat (type Fipago Klebkraftprüfgerat Systeem PKL). De resultaten zijn weergegeven in tabel 1. Uit deze resultaten blijkt dat er snel een zeer sterke hechting (volledige vervezeling) is opgetreden. Bij vervanging van ureum door een gelijke hoeveelheid glycerol of propyleenglycol bleek geen of slechts weinig hechting (geringe mate van vervezeling) op te treden, zoals ook uit tabel 1 blijkt.

TABEL 1

Hechting van smeltlijmen gemeten met een Fioaco-testapparaat

a) Temperatuur 170°C; druk 40 g/cm2.

Tijd tussen aandrukken en lostrekken. c) Hechting in cJ (centi-Joule), met tussen haakjes het percentage vervezeling.

Voorbeeld 2

Op dezelfde wijze als in voorbeeld 1 is beschreven, werden diverse smeltlijmen bereid met variatie in het vochtgehalte en het gehalte geoxydeerd zetmeel. De vochtgehalten en bijbehorende gemeten viscositeiten zijn weergegeven in tabel 2.

TABEL 2

Invloed van het vochtgehalte van de samenstelling op de viscositeit van de smeltlijm

Voorbeeld 3

Er werd een serie smeltlijmen gemaakt, waarbij gelijke hoeveelheden zetmeelprodukt (geoxydeerd zetmeel van voorbeeld 1) en ureum werden toegepast. De resultaten zijn weergegeven in tabel 3.

TABEL 3

Invloed van de smeltkleefstofsamenstellinq op de smeltliimviscos.lteit

Voorbeeld 4

Het geoxydeerde zetmeel uit voorbeeld 1 werd in diverse verhoudingen gemengd met ureum. De viscositeiten van de smeltlijm zijn in tabel 4 weergegeven.

TABEL 4

Invloed menaverhouding op de smeltli-imviscositeit

Voorbeeld 5 95 gew.dln ureum werden gemengd met 5 gew.dln natief aardappelzetmeel (15% vocht). De verkregen samenstelling bevatte 4,2 gew.dln zetmeel, 95 gew.dln ureum en 0,8 gew.dln vocht. Het mengsel werd verwarmd tot 140°C onder regelmatig roeren. Er ontstond een vloeibare smeltlijm met een viscositeit bij 140°C van 790 mPa.s. De lijm werd tussen twee lagen papier aangebracht. Er was een goede hechting waarneembaar.

Voorbeeld 6

Geoxydeerd (DS carboxylgroepen 0,016) en gehydroxy-propyleerd (DS hydroxypropylgroepen 0,29) maïszetmeel met een vochtgehalte van 8,4% werd 1:1 gemengd met ureum. De verkregen samenstelling bevatte 45,8 gew.dln zetmeel, 50,0 gew.dln ureum en 4,2 gew.dln vocht. Het mengsel werd onder regelmatig roeren verwarmd tot 130°C. Er ontstond een vloeibare lijm met een viscositeit van 4190 mPa.s.

Voorbeeld 7

Van een gele aardappelzetmeeldextrine met een vochtgehalte van 10,4% en een DE (dextrose-equivalent) van 3,3 werd 15 g gemengd met 5 g ureum. De verkregen samenstelling bevatte 67,2 gew.dln zetmeel, 25 gew.dln ureum en 7,8 gew.dln vocht. Het mengsel werd verhit tot 130°C. Er ontstond een vloeibare smeltlijm met een viscositeit van 3750 mPa.s bij toepassing van spindle 29.

Claims

1. Werkwijze voor het bereiden van een smeltkleefstofsamen-stelling, met het kenmerk, dat een zetmeelprodukt, ureum en eventueel water met elkaar worden gemengd tot een homogene samenstelling die de volgende essentiële componenten in de aangegeven hoeveelheden bevat: - zetmeelprodukt 3 - 75 gewichtsdelen - ureum 25 - 97 gewichtsdelen - water 0,5 - 25 gewichtsdelen, waarbij het mengen eventueel onder verwarming wordt uitgevoerd, maar een oxydatieve behandeling achterwege wordt gelaten.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de mengverhouding zodanig wordt gekozen, dat de essentiële componenten in de volgende hoeveelheden in de samenstelling aanwezig zijn: - zetmeelprodukt 30 - 70 gewichtsdelen - ureum 40-70 gewichtsdelen - water 2-25 gewichtsdelen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de smelttemperatuur van de samenstelling ligt tussen 90 en 150°C.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de smelttemperatuur van de samenstelling ligt tussen 100 en 140°C.

5. Werkwijze volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de samenstelling in gesmolten toestand een viscositeit heeft tussen 200 en 50.000 mPa.s.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de samenstelling in gesmolten toestand een viscositeit heeft tussen 500 en 20.000 mPa.s.

7. Werkwijze volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat als zetmeelprodukt een partiëel gehydrolyseerd gemodificeerd zetmeel wordt toegepast.

8. Werkwijze volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat als zetmeelprodukt een geoxydeerd zetmeel wordt toegepast.

9. Smeltkleefstofsamenstelling verkregen door toepassing van de werkwijze volgens een der conclusies 1-8.

10. Voorwerpen zoals verpakkingsmateriaal en non-woven produkten, die zijn vervaardigd onder toepassing van een smeltkleefstofsamenstelling volgens conclusie 9 of bereid volgens de werkwijze van een der conclusies 1-8.