NO117022B - - Google Patents

Description

Klebemiddel og fremgangsmåte for fremstilling av.samme.

Foreliggende oppfinnelse angår klebemidler av stivelse som egner seg for fremstilling av korrugert kartong. Mer spesielt angår oppfinnelsen fremstilling av et korrugerende klebemiddel uten bærer> dvs. av en enkel klebemiddel-blanding istedenfor et konvensjonelt to-komponenters klebemiddel.

Oppfinnelsen tilveiebringer et klebemiddel som er egnet for korrugeringsfbrmål, dvs. det er egnet for fremstilling av korrugert kartong og lignende, og det nye klebemiddel erkarakterisert vedat det er fremstilt av en eneste ugelatinert stivelse-komponent som er en reaksjonsblanding av delvis svellet stivelse» vann og alkali i et slikt forhold at blandingen inneholder mellom 10 og 40 vektprosent stiveise-tqrrstoff, at blandingens pH-verdi ligger mellom 8 og 13, at blandingens gelpunkt ligger mellom 57 og 72°C og at den har en Stein-Hall-

viskositet mellom 20 og 90 sekunder.

Særlig fordelaktig er klebemidlets tbrrstoffinnhold mellom 12 og 30 % og videre er det særlig fordelaktig at blandingens pH-verdi er mellom 11 og 12»5. Gelpunktet er fortrinnsvis mellom 62 og 67°C.

Oppfinnelsen tilveiebringer også en fremgangsmåte for fremstilling av klebemidlet som er særlig egnet for korrugeringsformål, dvs. at det er egnet for fremstilling av korrugert kartong og lignende» og klebemidlet fremstilles ved at det forst fremstilles en oppvarmet reaksjonsblanding av ugelatinert» umodifisert stivelse eller ugelatinert» kjemisk modifisert stivelse, vann og alkali, og fremgangsmåten erkarakterisertved at det er fremstilt av en eneste ugelatinert stivelse-komponent som er en reaksjonsblanding av delvis svellet stivelse, vann og alkali i et slikt forhold at blandingen inneholder mellom 10 og 40 vektprosent stivelse-torrstoff, at blandingens pH-verdi ligger mellom 8 og 13»at blandingens gelpunkt ligger mellom 57 og 72°C og at den har en Stein Hall-viskositet mellom 20 og 90 sekunder.

Korrugert kartong fremstilles nå i en kontinuerlig prosess bestående av flere trinn. En lett fuktet papirstrimmel fores gjennom oppvarmede riflede valser. Ved en side av det oppvarmede ri flede papir påfores klebemidlet på spisskanten av hver rille. Umiddelbart etterpå bringes en strimmel av innleggs-papir i kontakt med de med klebemidlet behandlede riller av det korrugerte papir i nærvær av varme og trykk, hvilket resulterer i dannelsen av en sterk klebebindihg. Dette produkt er kjent i faget som "single facer"-korrugert kartong.

En annen type av korrugert kartong er den såkalte "double backer". Denne kartong fremstilles ved å anbringe klebemidlet på de frittliggende riller av "single-facer"-kartongen og å binde et annet lag til de med klebemiddel påforte riller. Anbringelsen av det andre lag kan være vanskeligere enn anbringelsen av det forste lag fordi mindre trykk må brukes under herdningen og bind-ingen av klebemidlet for ikke å knuse den korrugerte strimmel. Da mindre varme og trykk skal brukes for å binde det andre lag til rillene, er det ofte nodvendig å bruke en litt annen sammen-setning av klebemidlet for å påklebe det andre lag.

Korrugerte kartonger fremstilles med maskinhastigheter opp til minst 180 m pr. minutt. En slik øyeblikkelig klebe-middelbinding krever et meget spesielt klebemiddel. Klebemidlet må være tilstrekkelig viskost for å forbli på plass på spissen av rillen når det påfores, og for å fylle eventuelle for-senkninger i papiret. Dessuten må det være i stand til å bindes oyeblikkelig når man bruker varme og lett trykk, da det selv med de nåværende maskinhastigheter dannes en "double backer"-korrugert kartong på mindre enn 1 minutt.

Klebemidler av stivelse brukes nå i korrugeringsindustrien. Alle de anvendte klebemidler er imidlertid to-komponenters klebemidler som trenger spesielle blandings- og belegningsmaskiner.

De to komponenter består av en stivelse-bæredel og en rå stivelsedel. Bæredelen inneholder gelatinert stivelse som når den er blandet med den rå (ugelatinerte) stivelsedel virker som "bærer" eller suspensjonsmiddel for den ugelatinerte stivelse. Styrken av stivelsebindingen i korrugeringsindustrien er avhengig av opp-svulmingen og den etterfølgende gelatinering av den ugelatinerte stivelsedel. Det ideelle korrugerende klebemiddel vil derfor inneholde bare ugelatinert stivelse. Man antok at dette var umulig for foreliggende oppfinnelse var gjort.

Foreliggende oppfinnelse har som oppgave å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av et korrugerende klebemiddel, hvor ugelatinert stivelse blir kjemisk behandlet for å virke som sin egen bærer og samtidig ikke blir overbehandlet, slik at det forblir i ugelatinert form.

Et annet formål er å tilveiebringe et korrugerende klebemiddel som er enkelt, ensartet og homogent og som danner et en-komponent-system.

Et annet formål er å tilveiebringe et korrugerende klebemiddel som holder vann bedre tilbake.

Et annet formål er å tilveiebringe et korrugerende klebemiddel som har bedre viskositetsstabilitet.

Et videre formål er å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av stivelseholdig korrugerende klebemiddel som eliminerer behovet for koking, og derved eliminerer det konvensjonelt nodvendige stivelsesystem med to beholdere.

Et annet formål er å tilveiebringe en fremgangsmåte for fremstilling av et korrugerende klebemiddel, som gjor frem-stillingstiden kortere.

Et annet formål er å tilveiebringe korrugert kartong med

storre klebeevne.

Et videre formål er å tilveiebringe en korrugert kartong

som har mindre tilbøyelighet til forvridning enn tidligere.

Ifolge oppfinnelsen behandles rå stivelse med alkali under bestemte temperatur- og konsentrasjonsbetingelser slik at

i

stivelsekornene delvis svulmes opp i suspensjonen. me opp-svulmingsreaksjon blir avbrutt i et bestemt oyeblikk tor å

sikre en riktig oppsvulmingsgrad. Man lar oppslemmingen reagere ved en cemperatur på mellom 21 og 74°C i ikke mer enn 1 time.

Det korrugerende klebemiddel i henhold til oppfinnelsen inneholder ugelatinert, delvis oppsvulmet stivelse, med en konsen-trasjon av faste stoffer mellom ca. 10 og ca. 40 vektprosent, fortrinnsvis mellom ca. 12 % og ca. 30 %, og har gelatineringspunkt mellom ca. 57°C og ca. 72°C> fortrinnsvis mellom ca. 62°C og ca. 66°C»pH-verdi mellom ca. 8 og ca. 13»fortrinnsvis mellom ca. 11 og ca. 12,5, ved en reaksjonstemperatur på ca. 21°C til ca. 74°C»fortrinnsvis ca. 37°C til ca. 52°C, idet det endelige klebemiddel har en Stein Hall-viskositet på ca. 20 til ca. 90 sekunder, fortrinnsvis ca. 25 til ca. 40 sekunder.

Bestanddelene, dvs. stivelse, alkali og vann kan blandes

i hvilken som helst onsket rekkefolge. Måten som oppslemmings-pastaen dannes på er delvis avhengig av de onskede egenskaper av klebemidlet. For eksempel varierer forholdet mellom alkali og stivelse avhengig av temperaturen som velges for reaksjonen. Det er nodvendig å oppnå en klebemiddel-pasta som har gelatineringspunkt i området 57°C til 72°C. Fagfolk vet hvordan man skal variere konsentrasjonen av bestanddeler og reaksjonstemperaturen for å oppnå en tilfredsstillende klebende pasta. De folgende eksempler illustrerer visse mulige kombinasjoner som gir tilfredsstillende klebemiddel-pastaer med gode klebeegenskaper.

Som nevnt tidligere, behandles ifolge oppfinnelsen ugelatinert stivelse kjemisk for å danne en delvis svellet stivelse-suspensjon. For å hindre overbehandling, avbrytes svellingen i et bestemt oyeblikk. Avbrytelsen av reaksjonen kan oppnås på forskjellige måter, f.eks. ved å tilsette boraks, alun, kaldt vann, is eller surt materiale. Generelt kan man si at en hvilken som helst tilsetning eller forandring som bevirker at egen-skapene av reaksjonsblandingen faller utenfor de betingelser som kreves for at stivelsen skal svelle, er tilfredsstillende for bruk som reaksjonsstopper.

Egnede stivelser omfatter ikke-modifisert ugelatinert stivelse, såsom maisstivelse, tapiokastivelse, milostivelse, voksaktig maisstivelse, hvetestivelse, potetstivelse og lignende, og kjemisk modifisert ugelatinert stivelse, såsom oksydert stivelse»syremodifisert stivelse, enzym-modifisert stivelse, kjemiske stivelsederivater, f.eks. stivelse-etere og stlvelse-estre og lignende.

I de folgende eksempler ble alle vlskositeter målt i en standard Stein Hall-kopp, og vil betegnes som S.H. viskositet.

Det i hvert eksempel brukte alkali var natriumhydroksyd, men kaliumhydroksyd eller andre alkaliske materialer er like tilfredsstillende.

Eksempel I

En oppslemming av stivelse i vann ble dannet ved å

blande 500 g av ikke modifisert maisstivelse med 1782 ml vann av 37°C. Til denne oppslemming ble tilsatt 500 ml vann som inneholdt 17 g alkali av 76°C. Denne blanding ble omrort og man lot den reagere i 15 minutter. Alun i en mengde av 5 g i 15 ml vann ble tilsatt og blandingen omrort i 5 minutter. Den resulterende korrugerende klebemiddel-pasta hadde en opprinnelig Stein Hall kopp-viskositet på 33 sekunder. Etter 2 timer var viskositeten 32 sekunder og etter 24 timer 33 sekunder. Gelatineringspunktet for pastaen var 64 C - 65 C.

Eksempel II

Dette eksempel illustrerer forskjellige reaksjonstider» hvor tilfredsstillende pastaer blir dannet i lopet av så kort tid som 1 minutt» eller så lang som 1 time.

Vann og alkali kombinert i en mengde av henholdsvis

500 ml og 17 g av 82°C»ble tilsatt til en oppslemming av 500 g av ugelatinert, lett syremodifisert maisstivelse (med en fluiditet på 7) og 1782 ml vann av 43°C. Blandingen av alkali og vann ble tilsatt i lopet av 2 minutter. Den resulterende blanding ble blandet 60 sekunder og 3 g av alun i 15 ml vann ble tilsatt for å avbryte reaksjonen. Hele blandingen ble blandet i 5 minutter og det endelige blekemiddel hadde en Stein Hall-viskositet på 42 sekunder og et gelatineringspunkt på 62 - 63°C. Temperaturen av blandingen under den 60 sekunder lange reaksjon var 51°C.

De samme ingredienser ble brukt for å danne et klebemiddel hvor reaksjonstiden var 1 time. Da reaksjonen varte lenge, var det nodvendig å utfore reaksjonen ved lavere temperatur for å hindre overdreven svelling av stivelsekorn. Blandingen av vann og alkali hadde 76°C da den ble tilsatt oppslemmingen av stivelse og vann som var av 35°C. Reaksjonstemperaturen som ble opprettholdt under reaksjonstiden som varte 1 time, var 41°C. Det resulterende klebemiddel hadde etter 1 time en Stein Hall-viskositet på 30 sekunder og et gelatineringspunkt på 61 - 62°C. Fordi reaksjonstiden var lengre, var det bare nodvendig å tilsette 1,4 g av alun for å avbryte reaksjonen etter l time»

Eksempel III

Dette eksempel illustrerer reaksjonstemperaturene» hvor tilfredsstillende pastaer oppnås med reaksjonstemperaturer i området fra 26°G til 62°C. Det ble i dette eksempel brukt den samme generelle metode som i eksempel II, hvor vann og alkali i oppløs-ning ble tilsatt til oppslemmingen av stivelse og vann ved de i folgende tabell angitte temperaturer og mengder. Det kan sees at man trengte mer alkali ved den lavere reaksjonstemperatur for å oppnå tilstrekkelig svelling av stivelsekornene ved denne temperatur» Den i eksemplet brukte stivelse var ugelatinert, ikke modifisert maisstivelse.

Eksempel IV

Dette eksempel illustrerer gelatineringspunkter, hvor tilfredsstillende pastaer oppnås under forskjellige blandingsbetin-gelaer for å gi et gelatineringspunkt varierende fra 58°C til 70°C«Det ble brukt de samme mengder av vann, alkali og stivelse som i ek* serapel II. Blandingen av vann og alkali av 76°C ble tilsatt til blandingen av vann og stivelse av 37°C. Man lot blandingen reagere i 10 minutter under omroring. Det ble tilsatt alun i en mengde av 10 g, og blandingen ble omrort i 5 minutter. Den resulterende pasta ;I ;hadde en Stein Hall-viskositet på 29 sek» og et gelatineringspunkt på 69-70°C. ;Vann, alkali og stivelse i samme mengder som ovenfor ble kombinert som folger'» Blandingen av vann og alkali av 76°C ble tilsatt til blandingen av stivelse og vann av 35°C. Den resulterende blanding ble blandet i 60 minutter, hvoretter Stein Hall-viskositeten var 30 sekunder og gelatineringspunktet 58-59°C. Reaksjonstemperaturen var 39°C, men fordi den var lav var det u-nodvendig å tilsette en reaksjonsstopper. Den i dette eksempel brukte stivelse var ugelatinert» lett syremodifisert maisstivelse med flulditet 7. ;Eksempel V ;Dette eksempel illustrerer innholdet av faste stoffer, hvor tilfredsstillende pastaer oppnås med et innhold av faste stoffer fra 10 til 35 % på torr basis. ;Vann og alkali i en mengde av henholdsvis 500 ml og 15 av 76°C ble tilsatt til en blanding av stivelse og vann ved 37°C inneholdende 1782 ml vann og 250 g stivelse. Man lot blandingen reagere i 6 minutter, hvoretter 5 g alun ble tilsatt og hele blandingen omrort i 5 minutter. ' Den resulterende pasta hadde en Stein Hall-viskositet på 35 sek. og et gelatineringspunkt på 64-65°C. ;Torrstoff-innholdet av pastaen på torr basis var 10 7..;Ved den samme temperatur som ovenfor ble vann og alkali i en mengde av 500 ml og henholdsvis 30 g tilsatt til 1450 ml vann og 1050 g stivelse. Man lot blandingen reagere i 12 minutter. Det var nodvendig å gjore reaksjonstiden lengre på grunn av at det hoyere innhold av faste stoffer på torr basis på 35 7. forår-saket at reaksjonen gikk langsommere. Etter 12 minutter tilsatte man alun i en mengde av 5 g»og hele blandingen ble omrbrt i 5 minutter. Den resulterende pasta hadde en Stein Hall-visksoitet på 30 sek og et tilfredsstillende gelatineringspunkt. Det ble i dette eksempel brukt den samme stivelse som i eksempel IV. ;Eksempel VI;Dette eksempel illustrerer stabiliteten av forskjellige typer stivdlse, enten i ikke modifisert eller kjemisk modifisert form. I fblgende tabell II ble i hvert tilfelle blandingen av vann og alkali tilsatt til blandingen av vann og stivelse, og man lot reaksjonen skride frem i den angitte tid. Disse tider varier-te i samsvar med den tid som var nodvendig for den spesielle type . stivelse til å svelle i onsket grad. ;I ; ; Eksempel VII;Dette eksempel illustrerer pH-verdier, hvor tilfredsstillende pastaer oppnås under pH-betingelser fra 8,0 til 12,6. ;I folgende tabell III ble i hvert tilfelle,blandingen av vann og ;alkali tilsatt til blandingen av vann og stivelse og man lot reaksjonen skride frem i den angitte tid. Ved pH 8,0 og 10,3 kan det sees at man brukte is for å kjble blandingen for derved å avslutte reaksjonen. Da pH i disse tilfelle var lavere, var det ikke nodvendig å bruke alun for å avbryte reaksjonen. Den i dette eksempel brukte stivelse var ikke modifisert, ugelatinert maisstivelse. I hvert tilfelle falt gelatineringspunktet i det onskede område 5 7°G-71°C. ; ; Eksempel VIII;Dette eksempel illustrerer bruken av boraks som middel for å avslutte reaksjonen. Vann og stivelse av 37°C i mengder på henholdsvis 2158 ml og 500 g ble blandet i 3 min. Etter 3 min. ble tilsatt 17 g alkali i 25 ml vann og den resulterende blanding omrort i 10 min. 1 g boraks (natriumborat) ble tilsatt og den endelige blanding omrort i 20 min. Den resulterende pasta hadde en Stein Hall-viskositet på 38 sek, en pH på 12,2 og et gelatineringspunkt på 61-62°C«Den i dette eksempel brukte stivelse var ikke modifisert, ugelatinert maisstivelse. ;Alle klebestoffpastaer fremstilt i eksempel I - VIII egner seg for bruk som korrugerende klebepastaer i kommersielle korrugeringsanlegg. Bruken av en representativ pasta ifolge oppfinnelsen for å fremstille korrugert kartong er illustrert i ek* sempei IX.

Eksempel IX

Ugelatinert, lett syremodifisert maisstivelse med en fluiditet på 7 i en mengde av 450 kg ble oppslemmet i 200 liter vann av 37°C. Til denne oppslemming ble tilsatt en opplosning av 15 kg alkali i 540 liter vann av 76°C. Alkaliopplosningen ble tilsatt til stivelseoppslemmingen i lbpet av 4 min. og resulterte i en slutt-temperatur av blandingen på 47°C. Man lot blandingen reagerei under omrbring i ca. 6 min. Den under reaksjonen avleste viskositet var

!

Alun i en mengde av 1,3 kg i 16 liter vann ble blandet med reaksjonsblandingen. Etter 8 min. var S.H.-viskositeten 72, så man tilsatte en ytterligere mengde av 0,7 kg alun. Etter 32 min. var temperaturen av pastaen 46°C»og S.H.-viskositeten 66. 45 liter vann ble tilsatt for å kjole pastaen til 43°C. Den endelige pasta hadde en S.H.-viskositet på 59 sek. Såvel "single facer" som "double backer"-korrugerte kartonger ble fremstilt med denne pasta ved maskinhastigheter på 120 til 150 meter pr. min. De resulterende kartonger var overlegne ved knuseprbven, hvor provene tål-té trykk på 15 kg/cm for de ble knust. Dessuten ble ved et standard pinne-adhesjonsforsok rillene frilagt i hvert utfbrt pinnefor-sbk. Pinneadhesjonsforsbket viser det nbdvendige antall kg for å trekke 60 lineære cm av innlegget fra den korrugerte kartong ved klebelinjen. I hvert tilfelle trengte den korrugerte kartong ifolge dette eksempel et stbrre trekk for å fraskille innlegget enn konvensjonelle korrugerte kartonger, og når kartongen i eksemplet ble fraskilt, ble i hvert tilfelle rillene frilagt. Frittliggende riller beviser i korrugerte kartonger at de har

stor klebeevne.

Claims (8)

1. Klebemiddel for korrugeringsformål, karakterisert ved at det er fremstilt av en eneste ugelatinert stivelse-komponen.t som er en reaksjonsblanding av delvis svellet stivelse, vann og alkali i et slikt forhold at blandingen inneholder mellom 10 og 40 vektprosent stivelse-tbrrstoff, at blandingens pH*verdi ligger mellom 8 og 13» at blandingens gelpunkt ligger mellom 5 7 og 72°C og at den har en Stein Hall-viskositet mellom 20 og 90 sekunder.

2. Klebemiddel som angitt i krav 1, karakterisert ved at tbrrstoffinnholdet er mellom 12 og 30 %.

3. Klebemiddel som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at blandingens pH-verdi er mellom 11 og 12,5.

4. Klebemiddel som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at gelpunktet er mellom 62 og 67°C.

5. Fremgangsmåte for fremstilling av et klebemiddel som angitt i krav 1» hvor det forst fremstilles en oppvarmet reaksjonsblanding av ugelatinert, umodifisert stivelse eller ugelatinert, kjemisk modifisert stivelse, vann og alkali, karakterisert ved at blandingen gis et innhold mellom 10 og 40 vektprosent stivelse-tbrrstoff, at det i blandingen opprett-holdes en pH-verdi mellom 8 og 13, mens blandingens temperatur holdes mellom 21 og 74°C, at videre reaksjonen utfores til det oppnåes en Stein Hall-viskositet av 20 til 90 sekunder, og at reaksjonen avbrytes ved tilsetning av en reaksjonsstopper, f. eks. boraks, alun, kalt vann, is eller en syre, hvorved reaksjons-blandingens gelpunkt justeres til mellom 57 og 72°C.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at oppslemmingen gis et tb rrstoffinnhold på mellom 12 og 30 7c.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 5 eller 6, karakterisert ved at oppslemmih gens pH-verdi holdes mellom 11 og 12,5.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, 6 eller 7, karakterisert ved at reaksjonstemperaturen holdes på mellom 37 og 52°C.