NO150125B - Fremgangsmaate ved fremstilling av papirsekklim hovedsakelig bestaaende av stivelse. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører fremstilling av ett hovedsakelig av stivelse bestående papirsekklim av den art som er angitt i kravets ingress og fremgangsmåten er karak-

terisert ved at stivelsen bringes i det vesentlige i vann-oppløselig form gjennom omrøring av en vannoppsle.mning av stivelsen eller av en hovedsakelig stivelse inneholdende stoffsammensetning ved en temperatur av 120-200°C under overtrykk.

Ettersom papirsekker er masseartikler med hvilke anvendelse for forpakningsformål i det minste som delvis baserer seg på de lave priser, er det uvanlig å anvende forholdsvis dyre syntetiske lim, såsom plastlim, ved fremstilling derav. Derimot kjenner man til en rekke limtyper fremstilt av stivelse, hvilke egner seg for liming av papirsekker. En detaljert beskrivelse over stivelses-hoXdige~papirsekklim kan man finne bl.a. i Rudolf Kohlers verk "Starkeklebstoffe", Verlag Paul Parey, Berlin 1971, sidene 54,75-81 og 93-94 og i det av J.A. Radley redigerte verk "Industrial Uses of Starch and Its derivatives", Applied Science Publishers Ltd., London 1976, sidene 11-43.

Tidligere anvendte man nesten utelukkende alkaliske boraksholdige dekstrinlim ved fremstillingen av papirsekker. Dekstrinene fremstilles gjennom røstning av stivelse på et varmt underlag ved en temperatur fra 180-200°C eller gjennom å blande en liten mengde syre i stivelsen og røste den erholdte blandingen ved en temperatur fra 130-150°C. Som en følge av denne fremstillingsmåten spaltes de polymere glykosekjedene i stivelsen og man erholder i allminnelighet svakt fargede produkter som er oppløslige i kaldt vann. Dekstrinene inneholder alltid små mengder frigjort glukose. Dekstrinlimet distribueres til forbrukeren enten som pulver, hvilket forbrukeren løser i vann til konsentrerte løsn-inger inneholdende fra 60-70 vekt-% tørrsubstans, eller som bruksholdige løsninger. Limets egenskaper forbedres vanligvis gjennom å tilføre 2-5 vekt-% boraks og 0,5-1 vekt-% natriumhydroksyd, hvorpå det ferdige limet i allminnelighet er alkaliskt med pH fra 9-10.

Senere har man gått over til å anvende stivelseslim, i hvilket spaltninger av stivelsens polymere kjeder skjer i betydelig mindre grad enn hos dekstrinene og i hvilke derfor oppviser en betydlig dårligere op<p>løslighet i vann. Man kjenner også til fra såkalte syrestivelser fremstilte lim. Disse stivelses-modifikasjoner fremstilles gjennom oppsleming av stivelsen i vann, tilførsel av en passende syre og opphetning av den erholdte oppslejnningen til en temperatur på maksimalt 80°C.

De erholdte produktene løser seg i allminnelighet bare i varmt vann og de anvendes for liming av papirsekker i form av løsning-er inneholdende i allminnelighet 10-25 vekt-% tørrsubstans. Det er likeledes kjent å anvende okyderte stivelser for liming av papirsekker. Disse modifiserte stivelser fremstilles gjennom å danne en oppslemning av stivelsen i vann og behandle denne med oksyderende middel, såsom J-iydrogenperoksyd- natriumperoksyd , kaliumpersulfat, bariumperoksyd eller natriumhypoklorit, hvorved pH i allminnelighet er over 7 og temperaturen er lavere enn gelatin-eringstemperaturen for den anvendte stivelsen, d.v.s. i allminnelighet under 60°C. Vannoppløsligheten av de oksyderende stivelser kommer an på mengden oksydasjonsmiddel, behandlingstiden og temperaturen. Visse produkter er oppløselige t.o.m. i kaldt vann, også under dannelse av temmelig svake løsninger, visse løser seg gjennom koking i vann. Brukskonsentrasjonen av limet er i allminnelighet 15-20 %.

Vidre er det kjent å anvende kjemisk lengre modifiserte stivelser for liming av papirsekker. Disse er i allminnelighet dyrere enn de enkle stivelses typer, men oppviser bedre limings-egenskaper. Lignende modifiserte stivelser er stivelse-estre og etre, Av de tidligere kan man eksempelvis nevne stivelse-fosfater og acetater, av de senere oksyetylstivelser. Det er vidre kjent å anvende kombinasjoner av modiferte stivelser, f.eks. en blanding av syrestivelse og stivelse-eter sammen med visse tilsetningsstoffer, såsom foreslått i f.eks. US-patent 3.844.807

(1974). Endelig er det kjent å anvende ulike tilsetningsstoffer ved siden av stivelsen i papirsekklim. Av disse kan man nevne polymere harpikser og dispersjoner som forbedrer limfugens vannresistens, såsom urea-formaldehydharpiks og polyvinylacetat-dispersjoner.

Et allment problem forbundet til anvendelsen av stivelseslim

er vanskeligheten ved å tilbeiebringe en tilstrekkelig rask festevirkning i begynnelsen av limingen, spesielt i hurtige sekkmaskiner, i hvilke man ikke anvender en forlenget ventetid mellom den langsgående fugens og bunnfugens liming. Fagfolk anvender derfor ofte ett annet lim for liming av bunnfugen enn i den langsgående fuge. Limfugens styrke oppviser også ofte mangeler.

En vanskelighet ligger i limets viskositet, hvilken kan bli for høy. Selv om det i dette tilfelle er mulig å spe ut limet med vann, øker samtidig den mengde vann som må avdunstes fra fugen.

- En upraktisk modifisering av foreliggende stivelse, liksom en for høy eller for lav viskositet hos limet med letthet tilveiebringer at limet drypper i sekkmaskinen. Dessuten er limviskositetens-stabilitet såvel under mekanisk belastning som under eventuell for-varing meget dårlig. Endelig kan man konstatere at de fleste sti\ elselim har en for "lang" struktur, hvilket på fagspråket be-

tyr at en limstreng kan tøyes til en betydelig lengde uten at strengen brister. En stor del av ovenfornevnte vanskeligheter er åpenbart en følge av at de i de kjente stivelsesholdige papir-sekklimene, med unntak av dekstrinlim, at stivelsens polymer-struktur karakteristiske tverrbindinger mellom polymerkjedene til en stor del er uforandret selv etter de reaksjoner som skjer ved fremstillingen av den modifiserte stivelsen. Dette indik-eres også av ufordelaktig retrogradering av de som anvendte svakt hydrolyserende eller modifiserende stivelser av sekklim hvilken retrogradering skjer da limet avkjøles f.eks. under lagring. Denne benevnelse har blitt gitt til den i varm vannoppløsing oppløste stivelsens delvise utskilling såsom en uløslig fellning så oppløsningen kjøles. Utskillingen er irrever-sibel og en følge av den i stivelsen inngående rettkjedede amy-losens utkrystallisering og agglomerasjon.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe

et hovedsakelig av stivelse fremstilt lim som egner seg for liming av papirsekker også på raske sekkmaskiner, hvilket lim oppviser en god begynnelsefesteevne og gir en sterk limfuge, - et papirsekklim, hvilket like vel kan anvendes for liming av alle sekkfuger og hvor viskositet lett kan holdes innenfor et for sekkmaskinen passende viskositetsintervall og hvilken viskositet i praksis holder seg uforandret selv under langvarig mekanisk behandling og/eller oppbevaring av limet, og hvilket'lim ikke drypper i sekkmaskinen, -et papirsekklim som oppviser en minimal tendens for retrogradering , -et papirsekklim som kan fremstilles i sekkfabrikken fra normal umodifisert stivelse eller fra en i det vesentlige umodifisert stivelse inneholdende stoffsammensetning på en enkel måte. Et slikt lim erholdes ved fremgangsmåten som er sær-preget ved det som er angitt i kravets karakteriserende del.

Man har observert at når stivelse utrøres i vann til en opp-sl©mning inneholdende 5-30 vekt-% stivelse og denne oppslemningen omrøres i lukket rom ved en temperatur på 12 0-2 0 0°C under overtrykk, hvis størrelse er avhengig av temperaturen og kan være 0,3-1,0 MPa, nedbrytes stivelseskorn og stivelsens to polymere bestanddeler, den rettkjedede amylose og det forgrenede amylopektin, frigjøres fra hverandre. Avhengig av behandlingstiden og temperaturen kan stivelsens glukosepolymerkjeder frigjøre seg helt fra hverandre, hvor ved tverrbindingene mellom kjedene forsvinner. Herved erholdes en serie vandige stivelseoppløsninger, hvilke karakteriseres av en lav viskositet og en betydelig forminsket tendens for retrogradering. Dessuten oppviser de en "kort" struktur, hvilket manifester seg i at . en limstreng brister når denne tøyes noe. Om man blander kraftig en vannoppslemming inneholdende f.eks. 15 vekt-% stivelse ved 160°C ved et overtrykk av 0,7 MPa i noen sekunder, får man en stivelsesopp-løsning, hvor viskositet ved 90°C er 700-1000 mPa s og ved 25°C/ 2000-3000 mPa s målt med et Brookfield-viskosimeter under anvendelse av spindel 4 ved 2 0 omdr./min.

Man har nå kunnet konstantere at de gjennom ovenfornevnte varmei-mekaniske behandling fremstilte stivelseoppsleminger enten som sådanne eller sammen med visse tilleggsstoffer for-delaktig kan anvendes for liming av papirsekker i moderne raske papirsekkmaskiner.Videre har man konstatert at det samme lim kan anvendes for liming av såvel sekkens langsgående som tverrgående bunnfuge. Limets viskositet holder seg innenfor et-anved-

bart viskositetsområde også under langvarig mekanisk belastning, såsom omrøring, pumping, sirkulering i rør og under press i lim-valsehe, som heller ikke tilveiebringer skadelige forandringer ved lagring av limet. Det er inntil videre ikke mulig å gi en helt sikker forklaring på den gode begynnelsefesteevne og den sterke limfugen som erholdes med papirsekklim ifølge foreliggende oppfinnelse, men man antar at da vannet avdunster fra limfugen for-flytter stivelsens polymerkjeder seg igjen nærmere hverandre under samtidig orientering og, tverrbindingene mellom polymerkjedene dannes på nytt. Limet kan tilføres, enten før den varme-mekaniske behandlingen eller deretter, vanligvis anvendte tilsetningsstoffer. Slike tilleggsstoffer er uorganiske baser såsom natriumhydroksyd, hvilke blir tilført før den varme-mekaniske behandlingen senker stivelsens gelatineringstemperatur og muliggjør derigjennom en anvendelse ved lavere temperaturer i den varmemekaniske behandlingen, og hvilke tilført det ferdige limet, gjør overflaten som skal limes sugende og derigjennom påskynder limets inntregning i overflaten. Videre kan man anvende boraks for å begunstige dannelsen av bindinger mellom stivelsens polymerkjeder og karboksymetylcellulose e.l., eller syntetiske eller natur-lige gelatinøse stoffer, for å øke limets viskositet. Ytteligere kan limet ifølge oppfinnelsen tilføres syntetiske harpikser, såsom ureaformaldehyd-harpikser eller en syntetisk polymerdispersjon, så som polyvinylacetat, for å forbedre limfugens vannresistens.

Limet kan også tilføres, enten før den varmemekaniske behandlingen eller deretter, minerale fyllstoffer såsom kaolin, talkum eller kalsiumkarbonat, hvor formålet er å øke limets tørrsubstans og derigjennom minske den vannmengde som skal avdunstes fra limfugen, og som på den annen side tilføres, før den varmemekaniske behandlingen skiller stivelsekornene fra hverandre ved i vannoppsle.mningen å trenge inn mellom stivelseskornene og derigjennom begunstige en samtidig og like effektiv varmemekanisk behandling av hvert enkelt stivelsekorn. Ytteligere kan de minerale fyllstoffene i det ferdige limet regulere limets absorpsjon i de overflater som skal limes og forhindre en alltfor rask absorpsjon deri. Passende bruksmengder av mineralfyllstoffer av hvilke rekomenderes en anvendelse av kaolin, er 5-30 vekt-%

av limets tørrsubstans.

Den varmemekaniske behandlingen av stivelse eller hovedsakelig stivelse innholdende stoffsammensetningen, samt anvendelse av tilleggs- og fyllstoffer anpasses i overenstemmelse med oppfinnelsen, slik at det endelige bruksferdige lims viskositet ligger innenfor viskositetsområdet 700-5000, fortrinnsvis 1000-3000 mPa s målt ved 25°C med et Brookfield-viskosimeter, spindel 4 .ved 2 0 omdr./ min. Disse vilkår begrenser bl.a bruksmengdene av de på viskositeten innvirkende tilleggs-stof f er, slik at man kan anvende maksimum 2 vekt-% natriumhydroksyd av limets tørrsubstans, boraks maksimum 10 vekt-% og likeledes karboksymetylcellulose maksimum 10 vekt-%. Minerale fyllstoffer, såsom kaolin, har liten innvirkning på limets viskositet.

Vannoppslemningen av den varmemekaniske behandlede stivelsen eller hovedsakelig stivelse inneholdende stoffsammensetningen kan også tørkes på kjent måte til et sådant tørrinnhold at man erholder et pulver som er lett å pakke og transportere og som er resistent mot mikrobiologisk nedbrytning. Oppfinnelsen avser således også tørkede, på ovenfornevnte måte varmemekanisk behandlede, stivelse eller hovedsakelig stivelse inneholdende papirsekklim.

Ovenfornevnte varmemekaniske behandling kan anvendes for hvilken som helst type av stivelse eller stivelsesderivat, hvorfor man som råmateriale kan anvende vanlige råstivelser, såsom hvete, mais, poteter og ristivelser eller modifiserte stivelser, såsom oksyderte stivelser, stivelses-estre og etre, Såsom den hoved-sakelige stivelse inneholdene komponenten av limet kan man også anvende varmemekanisk behandlet mel av korn . i hvilket stivelseandelen av melets tørrinnhold er over 60 vekt-%, eller en ved hvetestivelsesfremstillingen erholdt stivelsefraksjon som foruten stivelse inneholder 1-8 vekt-% pentosaner og 1-10 vektf % proteiner av fraksjonens tørrsubstans. De mest fordelaktige råstoffer for papisekklimet ifølge foreliggende oppfinnelse er vanlige umodifiserte stivelser og ovenfornevnte pentosaner og proteiner inneholdende stivelsesfraksjoner.

Oppfinnelsen illustreres med følgende eksempler, hvilke belyser et antall utførelsesformer av oppfinnelsen.

Eksempel 1

15 kg potetstivelsé oppslemmes i 85 1 vann og oppslemmingen oppvarmes under omrøring ved 16 0°C under et overtrykk av 0,7 MPa under en tid av tre sekunder med direkte damp. Den erholdte limoppslemningens tørrinnhold var 14 vekt-% og viskositet ca 2000 mPa s målt ved 25°C med et Brookfield-viskosimeter under anvendelse av spindel 4 og 20 omdr./ min. Limprøver ble gjort med papirsekkpapir under anvendelse av en 60 um tykk limfuge med en bredde på 50 mm. Limfugens styrke ble bestemt gjennom å måle den kraft som behøvdes for å løsgjøre limoverflaten fra hverandre ved hjelp av en Alwtron-anordning med en trekkhastighet på 100 mm/min. Følgende resultat ble erholdt:

Eksempel 2

15 kg hvetestivelse og 2,4 kg kaolin ble oppslemmet i 84 1 vann og oppslemmingen ble behandlet med direkte damp ifølge eksempel 1. Den erholdte limoppslemmingens tørrinnhold var 16 vekt-% og viskositet ca 2200 mPa s målt ved 25°C. Ved målt av limfugens styrke i Alwtron-anoraningen ble følgende resultater erholdt:

Limets viskositet målt i en papirsekkmaskin på ulike limvalser ved at limet underkastes en mekanisk belastning av varierende størrelse. Følgende resultater ble erholdt:

En viskositets minskning under mekanisk belastning er i allminnelighet karakteristisk for stivelseslim, men forsøkene i papirmaskinen viste at viskositeten ble holdt ualminnelig vel innenfor det ønskede viskositetsintervallet.

Da tørrinnholdet av limet ifølge foreliggende eksempel ble

o variert mellom 14-18 vekt-% og brukstemperaturen 22-32 C/kunne man konstatere at limets viskositet holdt seg innenfor det be-grensede viskositetsområdet:

Eksempel 3

15 kg maisstivelse oppslemmes i 80 1 vann og i oppslemmingen blandes 0,15 kg natriumhydroksyd såsom en 15 vekt-%:ig vannoppløsning. Oppslemmingen ble behandlet med direkte damp ifølge foreliggende eksempel 1 ved en temperatur av 130°C. Tørr-innholdet hos den erholdte limoppslemmingen var 14 vekt-% og viskositeten 2000-2200 mPa s målt ved 25°C. Limoppslemmingen tilføres 10 vekt-%, regnet av den totale limmengden, av en i handelen forekommende vanlig polyvinylacetat-dispersjon. Lim-forsøkene ble utført ifølge eksempel 1 gjennom å anvende bi-tumen-behandlet papir i de overflater som skulle limes. For limfugens styrke ble følgende resultater erholdt:.

Ved anvendelse av polyetenbelagt papir i limforsøket ble for samme lim følgende verdier erholdt:

Eksempel 4

15 kg hvetestivelse og 2,5 kg kaolin oppslemmes i 85 1 vann og den erholdte oppslemmingen ble behandlet ifølge eksempel 1

med direkte damp ved en temperatur av 145°C. Den erholdte limoppslemmingens viskositet var 3500-4000 mPa s målt . ved 25°C.

Eksempel 5

13 kg av en hvetestivelsefraksjon som foruten stivelse inneholder 3,4 vekt-% pentosaner og 4,3 vekt-% proteiner oppslemmes i 85 1 vann og behandles ifølge eksempel 1 med direkte damp ved 160°C. Deretter ble 2,5 kg kaolin innblandet i oppslemmingen. Limets viskositet var 1000-1500 mPa s, målt ved 25°C.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av papirsekklim hovedsakelig bestående av stivelse, hvilket foruten stivelse kan inneholde mineralfyllstoff og kjente tilsetningsstoffer, såsom uorganiske baser, borax, karboksymetylcellulose, syntetiske harpikser og polymerdispersjoner,karakterisert ved at råstivelse eller ved oksydasjon, forestring eller foretring modifisert stivelse bringes i hovedsakelig vannoppløselig form ved å omrøre en stivelse eller hovedsakelig stivelse inneholdende vannoppslemming som inneholder 5-30 vekt% stivelse, ved temperaturer fra 120 til 200°C under overtrykk til det ferdige limets viskositet er 700 - 5000 mPa s, fortrinnsvis 1000 - 3000 mPa s, målt ved 25°C med et Brookfield-viskosimeter under anvendelse av spindel 4 med 20 omdr./min, idet omrøringen utføres ved et overtrykk hvis størrelse er avhengig av temperaturen og kan være 0,3 - 1,0 mPa, hvoretter det erholdte lim eventuelt tørkes .