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BREVET D r I N V E N T I 0 N
Procédé perfectionné de fabrication du carton ou papier ondulé.
Cette invention est relative aux colles et, plus particulièrement, aux colles des types végétaux contenant de l'amidon à un état non gélatinisé, ou en partie non gélatinisé, convenant pour la fabrication du carton ou papier ondulé.
Le procédé couramment appliqué pour fabriquer le carton ou papier ondulé est une opération oontinue à deux stades. Il oonsiste à onduler une bande de papier à l'aide
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de rouleaux cannelés chauffés, à appliquer une colle sur les sommets des ondulations, d'un c8té, à placer une feuille lisse au contact de cette colle et à constituer le joint collé, ou union, à l'aide de la chaleur et d'une pression considérable. Cette opération peut être considérée comme le premier stade et constitue ce qu'on appelle un carton ou papier ondulé simple faoe, comprenant une bande de papier ondulée unie à une feuille lisse.
Le second stade de l'opération consiste à appliquer une colle sur les sommets de la surface ondulée exposée, à placer une feuille lisse au contact de cette colle et à constituer l'union avec l'aide de la chaleur et d'une pression juste suffisante pour maintenir les surfaces de papier en contact. Le résultat de ces deux opérations est un produit de papier ou carton raide comprenant deux feuilles de papier externes lisses, unies à une âme interne de papier ondulé.
Dans la fabrication du carton ondulé double face, le problème du collage est beaucoup plus difficile à résoudre que celui qui consiste à coller deux ou plus de deux feuilles ou bandes lisses de papier. Pour unir deux ou plus de deux feuilles lisses l'une à l'autre dans un procédé continu, il est possible dtexercer toute pression désirée à l'aide de rouleaux pour seconder la formation rapide d'un joint collé. Dans le cas du carton ondulé, toutefois, on ne peut appliquer qu'une pression très faible pour seconder la formation d'un joint collé entre le carton simple face et la seconde feuille lisse en raison du danger d'écrasement des ondulations.
Par suite, il se développe des points de contact médiocre à l'endroit où les sommets des ondulations ne touchent pas la feuille lisse., Il devient ainsi nécessaire d'appliquer sur les sommets des ondulations une quantité de colle suffisante pour que la colle présente remplisse complètement tous les points de contact médiocre entre la feuille lisse et les sommets des ondulations, Pour remédier à ces conditions adverses, il est
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habituellement nécessaire, lorsquton utilise des colles au silicate de soude, de chauffer le carton après que la seconde feuille plane a été amenée au contact de la colle.
Ce chauffage tend à sécher la colle et à la durcir plus rapidement. La période de chauffage est toutefois relativement courte, car les machines travaillent à une vitesse élevée, par exemple comprise entre 50 et 100 mètres par minute.
En raison de ces problèmes du collage concernant la fabrication du carton ondulée il est nécessaire que la colle utilisée soit capable d'augmenter rapidement de viscosité sous l'action de la chaleur. Lorsque le carton quitte la machine, il faut que la colle ait suffisamment fait prise pour fixer les surfaces l'une à l'autre et permettre au carton d'être découpé et autrement manutentionné.
Jusqu'à ce jour, la seule colle possédant cette caractéris- tique à un degré satisfaisant et est en même temps bon marohé est celle du type au silicate de soude. En fait, la plupart des machines actuelles fabriquant le carton ondulé ont été conçues et construites en vue de l'utilisation du silicate de soude comme colle.
Dans la fabrication du carton ondulé, il n'est pas essentiel que la colle utilisée constitue un joint collé de force agglutinante très élevée; il suffit que ce joint soit un peu plus fort que le papier lui-même. La propriété essentielle que doit posséder une colle destinée à du carton ondulé double faoe.est l'aptitude de cette colle à constituer rapidement une union entre deux surfaces de papier dans des conditions de chaleur et de basse pression et, le cas échéant, de contaot médiocre entre les surfaces.
Les amidons ou dérivés d'amidon (tels que la dextrine) gélatinisés, ou "colles de pâte", ont déjà été utilisés Comme colles mais n'ont pas donné satisfaction. La raison de la supériorité du silicate de soude sur les colles d'amidon de ce genre, en ce qui concerne le collage des
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feuilles de papier superposées telles que les éléments du carton ondulé, réside dans le fait que les colles au silicate de soude augmentent de viscosité de façon très marquée avec une faible diminution de leur teneur en humidité,alors que, dans le cas des colles de pète, l'accroissement de viscosité est relativement très faible avec une diminution correspondante de la teneur en humidité.
Dans la fabrication du carton ondulé, il n'est pas nécessaire et souvent pas possible que le joint collé soit complètement sec au moment où le carton quitte la machine, étant donné que le séchage complet peut être effectué plus commodément à un moment subséquent, lorsque le carton est en pile. Il est toutefois nécessaire que le carton soit fixé suffisamment pour pouvoir âtre découpé, entaillé et manutentionné au sortir de la machine.
Dans ces conditions, et étant donné que le temps nécessaire pour constituer une union avec une colle quelconque est celui que demande une colle pour acquérir une viscosité suffisante pour'fixer les feuilles de papier l'une à l'autre aux points de contact, on se rend aisément compte que, dans les mêmes conditions d'étalement, de température et d'absorption d'humidité par le papier, la colle au silicate de soude assurera toujours un degré d'union suffisant en moins de temps qu'une colle de pâte, par exemple. Ceci est partiau- lièrement exact lorsque la question du coût rend nécessaire d'utiliser beaucoup plus d'eau dans la colle de pâte qu'on en utilise dans la colle au silicate de soude.
Il en résulte que les colles de pâte n'ont jamais pu lutter avec succès avec le silicate de soude du point de vue de la vitesse de production dans leur application aux machines à fabriquer le carton ondulé double face.
Jusqu'à présent, le silicate de soude est la seule colle qui ait donné des résultats satisfaisants dans la pratique pour la fabrication du papier ondulé, mais il possède certains inconvénients et limitations qui
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le rendent -indésirable et, jusqu'à un certain point, non satisfaisant pour la fabrication du carton ou papier ondulé et des bottes ou cartonnages fabriqués à l'aide de ce carton. Parmi les inconvénients et limitations dtordre technique et d'ordre pratique-dû silicate de soude dans son application à la fabrication des produits en carton ondulé, on mentionnera les suivants :
Les sortes commerciales de silicate de sodium sont extrêmement alcalines et ont tendance à affaiblir les fibres et la colle ou apprêt de colophane des papiers, ce qui affaiblit le papier et diminue sa résistance à l'eau.
Elles ont aussi tendance à colorer, décolorer, corroder ou ternir le fini des articles de bois, d'aluminium, de verre, etc... habituellement empaquetés dans ce type de carton en vue du transport. De plus, les colles au silicate de soude se solidifient sous forme d'une pellicule fragile qui est sujette à se rompre lorsque le papier est fatigué ou plié.
En raison des inconvénients ci-dessus des colles de silicate de soude, une colle de faible prix et susoeptible d'être utilisée avec succès en remplacement du silicate de soude pour le carton ondulé a été très demandée. Malgré cela, il n'existe pas, à l'heure actuelle, de colles d'amidon ayant donné de bons résultats industriellement.
La demanderesse a découvert qu'il est possible de fabriquer, en vue de la fabrication du carton ondulé, une colle à base 'd'amidon qui non seulement est susceptible de lutter avantageusement avecle silicate desoude, en ce qui concerne son prix de revient, mais donne aussi des résultats supérieurs, en particulier du point de vue de la vitesse de formation du joint collé.
En comparaison avec les colles de silicate de soude et les colles de pâte ou colles d'amidon antérieures, la présente colle permet de faire travailler les machines à fabriquer le carton ondulé à une vitesse de 10 à 20% supérieure à ce qui serait autrement possible,
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Contrairement au silicate de soude, la présente colle ne s'accumule pas sous forme de dépOts durs dans les boites à colle ou sur la machine. De même, elle ne s'accumule pas sur les courroies de pression et ne constitue pas les nervures usuelles qui ont pour effet de rayer le papier.
Les dépôts résiduels de colle susoeptibles d'adhérer aux plaques chauffantes de la machine sont loin d'être aussi durs que les dépôts de silicate de sodium, sten détachent aisément saüs forme de paillettes et n'exi- gent presque pas ou pas du tout dtaotion de raclage ou de soufflage à cet effet. En raison de son caractère non usant, la présente colle soumet les paliers et doigts de la machine à une usure moindre, ces éléments restant plus propres en raison de la tendance de la colle à s'en écouler plus rapidement.
En raison de sa faible alcalinité, en comparaison avec le silicate de soude, la présente colle abime moins les mains de l'opérateur. De plus, pour la même raison, elle ne provoque pas la corrosion, la coloration ou le ternissage des matières enveloppées ou empaquetées à l'aide du carton auquel elle est incorporée.
Après séchage, la présente colle n'est pas aussi fragile que le silicate de soude et, par conséquent, résiste à des actions de pliage prolongées du carton sans résultats nuisibles.
L'invention a pour objet une colle dtamidon perfectionnée et un procédé pour l'utiliser, cette colle et ce procédé ne présentant pas les inconvénients et limitations des colles antérieures et des procédés appliqués jusqu'à ce jour pour unir des surfaces, en particulier dans la fabrication du carton ondulé. Dfautres buts et avantages de l'invention seront mis en évidence au cours de la description qui suit.
La demanderesse a découvert que, par l'applica- tion d'amidon non gélatinisé conjointement avec un véhicule
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ou milieu do suspension convenable à titre de colle pour la fabrication du carton ondulé, il est possible diobtenir un joint collé qui équivaut ou est supérieur aux joints collés obtenus jusqu'à ce jour, et ce, à une'vitesse plus grande. L'utilisation de cette colle évite les inconvénients des colles et procédés de collage antérieurs.
La demanderesse a aussi découvert que l'équilibre de la relation entre l'amidon non gélatinisé, appliqué en tant que colle latente, et le véhicule ou milieu de suspension et le type 'de véhicule sont des facteurs qui présentent une importance considérable pour l'utilisation et l'effet satisfaisant de la présente 'colle.
La présente colle diffère du silicate de soude ou de la colle de pâte, par exemple, dans son comportement.
Dans la présente colle, le temps nécessaire pour constituer un joint collé entre deux morceaux de papier en ayant recours à la chaleur et à une faible pression de oontact est en grande partie indépendant de la vitesse à laquelle l'humidité de la colle est chassée par la chaleur ou absorbée par le papier. En réalité, ce temps est principalement celui qui est nécessaire pour chauffer le papier et la colle à la température de gélatinisation de l'amidon non gélatinisé en suspension. L'amidon absorbe l'eau en se gélatinisant, et la viscosité du mélange de colle augmente à un degré tel que le joint s'établit immédiatement.
En raison de la valeur élevée à laquelle la viscosité peut être portée par ce procédé, il est possible d'utiliser de trois à cinq parties d'eau pour une partie de matière sèche dans le présent type de colle et dtobtenir néanmoins un accrois- sement de viscosité suffisant, sous l'action de la chaleur, pour que le papier soit uni d'une façon satisfaisante à sa sortie de la machine.
On a trouvé que certains types de variétés d'ami- dons sont par eux-mêmes plus aptes à être utilisés dans la présente colle que d'autres, Par exemple, les amidons de
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tapioca, de seigle et de pommes de terre sont par eux-mé- mes de beaucoup supérieurs aux amidons de mais, de blé et de riz lorsqu'ils sont utilisés pour le composant amidon non gélatinisé de la colle.
Les facteurs principaux qui déterminent l'aptitude d'un amidon à constituer le composant amidon non gélatinisé de la présente colle sont les suivants :
1. Le temps nécessaire pour gélatiniser complètement l'amidon dans l'eau à l'aide de la chaleur.
2. La température à laquelle l'amidon se gelatinise.
3. La viscosité développée par l'amidon après sa gélatinisation.
4. Le degré d'adhérence obtenu après la gélatinisation.
Il est désirable qu'un amidon destiné au but visé se gélatinise très rapidement, afin que sa viscosité atteigne un degré élevé dans un temps très court. Ce facteur détermine la vitesse à laquelle le papier peut être collé sur la machine.
Il est désirable que l'amidon possède une température de gélatinisation assez faible, afin qu'elle soit comprise entre les limites de l'échelle de températures développées sur la machine. Ce facteur détermine aussi la vitesse à laquelle le papier peut être collé sur la machine.
Il est désirable que, l'amidon atteigne une viscosité élevée en se gélatinisant parce que ce facteur détermine principalement la quantité d'eau qui peut être utilisée dans la formule de la colle, cette quantité étant d'autant plus grandque la viscosité est plus grande, d'où diminution du prix de revient. De même, la force mécanique du joint collé qui fixe les feuilles de papier les unes aux autres à la sortie de la machine est dtautant plus grande que la viscosité est plus grande. Ltéquilibre
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entre ces facteurs dépend du type de travail et dit produit désirés par l'usager.
Il est désirable que l'amidon, forme un gel collant en se gélatinisant, étant donné que ceci tend à diminuer le risque de rupture du joint nouvellement constitué lorsque le carton est manutentionné aussitôt après qu'il est sorti de la machine.,
Les amidons de tapioca, de seigle et de pommes de terre semblent posséder ces propriétés désirables à un degré plus grand que les autres variétés communes d'amidon et leur emploi est préféré dans la présente colle.
La demanderesse a toutefois découvert qu'il est possible d'adapter les amidons les moins désirables, tels que les amidons de mais, de riz, de blé, de sagou, etc... aux buts visés par l'addition de faibles quantités de soude caustique, car elle a découvert que ceci a pour effet d'augmenter la vitesse de la gélatinisation et d'abaisser la température de gélatinisation de ces amidons.
De plus, par l'addition de faibles quantités de borax, la viscosité de ces amidons augmente à un degré désirable lorsqu'ils sont gélatinisés. L'addition de oes produits chimiques améliore les propriétés des amidons ci..dessus au point qu'elles viennent entre les limites de l'échelle de travail de la machine à onduler usuelle, par exemple, et permet ainsi d'utiliser ces amidons avec succès pour le but envisagé. Lorsqu'ils sont ajoutés dans les proportions correctes, ces produits -chimiques peuvent aussi être utilisés pour améliorer l'effet des amidons de tapioca, seigle et' pomme de terre dans la présente colle.
En ce qui concerne la partie de la présente colle qui constitue le véhicule ou milieu de suspension du composant amidon non gélatinisé, il est désirable que cette matière soit d'une nature telle qu'on puisse la préparer avec de l'eau pour constituer une solution coulant librement, ou une solution colloïdale, de viscosité suffi-
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sante pour maintenir les gracies d'amidon non gélatinisé en suspension et permettre aussi à la colle d'être recueil, lie par les rouleaux de la machine et appliquée sur le papier.
Les propriétés les plus essentielles que doit posséder un véhicule pour les buts envisagés sont les sui- vantes :
1. Il faut qu'il maintienne en suspension le composant amidon non gélatinisé de la colle et empêche ainsi toute séparation ou décantàtion exagérée des granules d'amidon non gélatinisé.
2. Il faut qu'il soit recueilli régulièrement et convenablement par les rouleaux lisses d'une machine à onduler, par exemple, et qu'il se comporte comme un milieu propre à transférer la colle au papier à coller.
3, Sa viscosité doit être suffisante pour permettre à la colle de rester à la. surface du papier après qu'elle a été appliquée et il doit cependant être d'une nature telle qu'il mouille effioacement les surfaces de papier à unir.
4. Il ne doit pas faire mousser la colle dans les bottes à colle de la machine.
5. Il doit être capable de communiquer à la colle une viscosité suffisante pour lui permettre d'agir convenablement, de la façon précédemment décrite, lorsque trois à cinq parties d'eau, ou des proportions d'eau relativement grandes de ce genre, sont utilisées,
La demanderesse a découvert que le meilleur véhicule à cet effet est une solution d'amidon gélatinisé, ou colle de pâte, suffisamment modifiée par des oxydants ou d'autres agents, par exemple partiellement convertie en dextrine pour que ses caractéristiques de viscosité viennent entre les limites de l'échelle désirée.
Plusieurs formules de colles utilisant les prin- alpes de l'invention et qui, dans la pratique, ont donné
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des résultats très satisfaisants pour fabriquer le carton ondulé sur les types aotuels de machines à onduler sont les suivantes :
Formule N 1.
On prépare le composant véhicule de la colle comme suit :
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<tb>
<tb> Farine <SEP> de <SEP> tapioca........... <SEP> 45 <SEP> % <SEP>
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> ........ <SEP> 16 <SEP> % <SEP>
<tb> Hydrate <SEP> de <SEP> calcium <SEP> 12 <SEP> %
<tb> Peroxyde <SEP> de <SEP> baryum <SEP> 1/2 <SEP> %
<tb> Argile <SEP> (tamis <SEP> N <SEP> 300)... <SEP> 26 <SEP> 1/2 <SEP> % <SEP>
<tb>
On malaxe 20,5 kg du mélange de ces ingrédients avec 76,5 kg d'eau froide, pendant environ trente minutes.
Pendant cette période de malaxage, l'amidon du mélange est gélatinisé par la soude caustique résultant de la réaction entre le carbonate de sodium et la chaux. Cet amidon gé- latinisé est ensuite soumis à l'action du peroxyde de baryum qui le dilue et lui donne une consistance fluide et uniforme, A la fin de cette période, on ajoute 0,56 litre de formaldéhyde au mélange pour arrêter l'action du peroxyde de baryum et dilue de nouveau le mélange avec 182 litres d'eau. Dtautres aldéhydes ainsi que l'acide sulfureux, des bisulfites ou d'autres réducteurs convenables peuvent être substitués à la formaldéhyde.
Le composant non gélatinisé ou à action adhésive latente de la colle contient :
65,5 kg de farine de tapioca
1,36 kg de borax
84 kgs d'eau.
On mélange ces trois matières dans un récipient séparé et on ajoute alors le mélange au véhicule préparé comme ci-dessus. Le mélange résultant, contenant le véhicule gélatinisé et le composant de base non gélatinisé, est alors agité pendant environ trente minutes, ou jusqu'à ce qu'on ait obtenu un produit parfaitement homogène et coulant
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librement. Dans cet état, il est prêt à être utilisé sur la machine à fabriquer le papier ondulé.
La formule ci-dessus donne approximativement 378 litres dtun produit adhésif contenant de l'amidon de tapioca non gélatinisé en suspension dans un milieu ou vé.. hisule consistant ,en de ltamidon de tapioca gélatinisé et modifié. Cette formule est un exemple particulier d'une colle utilisant les principes de l'invention et ayant donné des résultats satisfaisants dans la pratique*
Formule N 2.
On prépare le composant véhicule de la colle comme suit :
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<tb>
<tb> Farine <SEP> de <SEP> tapioca........... <SEP> 45 <SEP> % <SEP>
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> ........ <SEP> 20 <SEP> %
<tb> Hydrate' <SEP> de <SEP> calcium.......... <SEP> 15 <SEP> % <SEP>
<tb> Peroxyde <SEP> de <SEP> baryum <SEP> ......... <SEP> 1/2 <SEP> %
<tb> Argile <SEP> (tamis <SEP> N <SEP> 300) <SEP> ...... <SEP> 19 <SEP> 1/2 <SEP> % <SEP>
<tb>
On malaxe 20,5 kg de ce mélange avec 76,5 kg d'eau froide pendant environ trente minutes. Pendant cette période de malaxage, l'amidon du mélange est gélatiniaé par la soude caustique engendrée. Cet amidon gélatinisé est ensuite soumis à l'action du peroxyde de baryum qui le dilue et lui donne une consistance fluide et uniforme.
A la fin de cette période, on ajoute 0,56 litre de formaldéhyde et dilue de nouveau le mélange aveo 182 litres d'eau.
Le oomposant non gélatinisé ou ! action adhésive latente de la colle contient :
63,5 kg dtamidon de mats
1,36 kg de boram
84 kg d'eau.
On mélange ces trois matières dans un récipient séparé et on ajoute alors le mélange au véhicule. Le mélange résultant, contenant le véhicule gélatinisé et le composant de base non gélatinisé, est alors agité pendant environ 30 minutes. Dans aet état, il est prêt à être
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utilisé sur la machine à fabriquer le papier ondulé.
La formule ci..dessus est identique à la formule N 1, excepté que, au lieu de farine de tapioca, on utilise de l'amidon de mais pour le composant anidon non gélatinisé de la colle. La quantité de carbonate de sodium et de chaux est plus grande que celle utilisée dans la formule N 1 de façon à engendrer une plus grande quantité de soude caustique et, par suite, à abaisser la températu- re de gélatinisation de l'amidon de mais et augmenter la vitesse de gélatinisation de ce dernier. Cette formule a aussi été éprouvée par son utilisation réelle sur des machines à onduler dans les conditions de la pratique.
Dans l'un et l'autre des exemples ci-dessus, le carbonate de sodium et la chaux sont utilisés comme moyen commode d'introduire la soude caustique dans la formule.
La soude caustique ainsi engendrée constitue non seulement un moyen de gélatiniser l'amidon dans le -véhicule, mais aussi, par la suite, un moyen d'abaisser la température de gélatinisation et d'augmenter la vitesse de gélatinisation du composant amidon non gélatinisé de la colle lorsque le joint collé est établi sur la machine.
Le peroxyde de baryum possède, lorsqu'il est utilisé avec le carbonate de sodium et la ohaux, la propriété d'agir sur le véhicule à base d'amidon, à des températures inférieures à 38 C, et, de cette façon, il est possible d'obtenir un véhicule à base d'amidon gélatinisé possédant les caractéristiques de viscosité désirables par un mélange à froid. Dans l'une quelconque de ces formules, on peut ajouter la quantité désirée de peroxyde de baryum au véhicule d'amidon après que l'eau a été ajoutée.
L'argile utilisée dans la formule est une charge inerte qui n'est pas essentielle pour l'utilisation satisfaisante de la colle. Elle sert simplement à empêcher la formation exagérée de grumeaux du mélange du véhicule lorsqu'on l'ajoute à l'eau.
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Le borax utilisé dans la formule a pour rôle d'augmenter le degré de viscosité créé par la colle sur la machine et permet ainsi d'utiliser les grandes quantités d'eau spécifiées dans les formules ci-dessus.
Plusieurs autres exemples de colles de ce type pour carton ondulé sont les suivants :
Formule N 3.
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<tb>
<tb>
Amidon <SEP> de <SEP> mais <SEP> 88,5 <SEP> %
<tb> Hydrate <SEP> de <SEP> calcium <SEP> ..... <SEP> 4,5 <SEP> %
<tb> Carbonate <SEP> de <SEP> soude <SEP> ..... <SEP> 6 <SEP> %
<tb> Peroxyde <SEP> de <SEP> baryum..... <SEP> 1 <SEP> %
<tb>
On disperse 15,9 kg de ce mélange dans 63,5 kg d'eau froide. On ajoute au mélange une dissolution de 1,25 kg de soude caustique dans 4,54 litres d'eau. Après gélatinisation de l'amidon, on agite le mélange environ 20 minutes, période pendant laquelle le peroxyde de baryum a pour effet de le diluer et de lui donner une consistance fluide et homogène. A la fin de cette période, on ajoute 0,56 litre de formaldéhyde et dilue de nouveau le mélange avec 182 litres d'eau.
Le composant non gélatinisé ou à action adhésive latente de la colle contient :
73 kg d'amidon de mars,
0,56 litre d'huile de ricin sulfonée.
0,91 kg de borax.
86,5 litres d'eau.
On mélange ces quatre matières dans unmécipient ' séparé et on ajoute alors le mélange au véhicule. Le mélan- ge résultant, centenant le véhicule gélatinisé et le composant non gélatinisé, est alors agité pendant environ 30 minutes, Il est alors prt à être utilisé sur la machine.
Dans cette formule, on a utilisé un amidon de rats gélatini-, sé et modifié à titre de véhicule, et on a aussi utilisé l'amidon de mars pour le composant non gélatinisé de la colle. L'huile sulfonée spécifiée dans cette formule a pour
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rôle d'assurer une meilleure adhérence de la colle aux rouleaux.et un meilleur transfert de cette colle au papier.
Cet agent n'est pas nécessaire sur certaines machines,mais il est désirable sur quelques-unes des machines travaillant à des vitesses plus élevées.
Formule N 4.
On cuit 22,7 kg d'amidon partiellement dextrinisé avec 114 litres d'eau à une température de 88 C et on refroidit alors la pte à une température inférieure à 38 C.
Dans un récipient séparé, on mélange 45,4 kg d'amidon de tapioca, seigle ou pomme de terre avec 90,8 litres d'eau et on ajoute ce mélange au mélange ci-dessus. On malaxe alors la matière jusqu'à ce qu'elle soit devenue homogène, Elle est alors prête à être utilisée sur la machine.
Une formule de colle de ce type est désirable dans les cas où il est nécessaire que la colle soit complè- tement exempte de substances alcalines. Dans ce cas particulier, un amidon cuit et partiellement dextrinisé est utilisé comme véhicule. Il convient que le degré de dextrinisation soit tel que, après son mélange avec le composant non gélatinisé, la viscosité finale de la colle soit approximativement la même que celle d'un silicate de soude à 38-40 Bé.
On a indiqué des amidons ou mélanges de tapiooa, seigle ou pomme de terre pour l'amidon gélatinisé dans cette formule non alcaline parce que ces amidons se gélatinisent assez rapidement pour permettre à la colle d'être uti- lisée avec succès sur les machines sans qu'il soit nécessaire d'ajouter de la soude caustique pour augmenter encore la vitesse de gélatinisation.
Si l'on désire utiliser de l'amidon de mats dans une formule du type non aloalin, il est usuellement nécessaire, sur des machines à grande vitesse, d'ajouter des quantités suffisantes de produits chimiques tels que : chlorure de zinc, chlorure de calcium., urée, formaldéhyde, etc... qui sont non alcalins et ont néanmoins la propriété
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d'abaisser la température de gélatinisation des amidons, afin d'amener le temps de prise de la colle entre les limites de l'échelle des vitesses de la machine.
Les formules particulières de colles pour cartons ondulés qui ont été spécifiées ci-dessus nont été indiquées qu'à titre d'exemples particuliers de formules qui ont donné des résultats satisfaisants dans la pratique.
L'invention n'est toutefois pas limitée à ces exemples, car diverses modifications peuvent y être apportées sans a'écarter de l'esprit de l'invention.
Bien qu'il existe des différences considérables entre les divers exemples, en ce qui concerne les ingrédients particuliers et leurs proportions, les principes qui interviennent sont les mêmes et toutes les formules possèdent une caractéristique essentielle commune, qui est que chaque composition contient une certaine quantité d'amidon non gélatinisé maintenue en suspension à l'aide d'un véhicule ou milieu de suspension convenable.
Dans le brevet délivré aux Etats-Unis au nom de Duerden sous le N 620,756., en 1899, on avait déjà décrit l'utilisation d'amidon dans de l'eau comme agent pour fixer deux surfaces* par l'application de chaleur. Toutefois, ce brevet ne spécifie pas qu'il est nécessaire d'utiliser un véhicule avec l'amidon pour obtenir un procédé donnant des résultats satisfaisants.
L'invention a pour objet une colle et un procédé perfectionnés et satisfaisants qui utilisent de l'amidon non gélatinisé comme agent de collage latent par la combinaison de cet amidon avec un véhicule ou milieu de suspension dont les caractéristiques sont tellesqu'elles permettent à la colle d'être appliquée sous une forme rendant possible, pour la première fois, la formation rapide d'un joint collé efficace, après qu'une chaleur a été appliquée pour gélatinis&r l'amidon sur place.
Les colles pour cartons ondulés suivant l'inven-
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tion présentent plusieurs caractéristiques qui constituent des facteurs essentiels on vue da la production d'une colle de ce type propre à être utilisée industriellement pour fabriquer le carton ondulé sur les machines à grande vitesse des types actuels.
On a déjà indiqué quelques-uns des avantages de la présente combinaison d'amidon avec un véhicule visqueux, comme par exemple : la possibilité d'augmenter la vitesse du collage, la distribution égale de l'amidon, qui résulte du fait que la décantation et la séparation de la matière sont empêchées; le transfert régulier et sûr de la colle à la surface à unir; l'aptitude de la colle à se maintenir sur les surfaces en relief pour compenser la mise en position irrégulière des surfaces;
les caractéristiques de mouillage de la surface qui permettent d'obtenir un joint collé sûr sans une absorption telle qu'il en résulterait une union ou joint médiocre; et les caractéristiques d'une teneur en eau suffisante pour rendre le prix de revient final intéressant, tout en conservant une viscosité et d'autres caractéristiques propres à assurer une action et une union satisfaisantes. D'autres avantages et propriétés de la présente colle et de son mode d'action seront évidents pour l'homme du mét i er.
On peut, si on le désire, abaisser la température de gélatinisation du composant amidon non gélatinisé d'une colle et augmenter la vitesse de gélatinisation. Un tel abaissement de la température de.gélatinisation pourrait être avantageux, par exemple, si le point de gélatinisation naturel d'un amidon donné était supérieur à la température qu'acquièrent les surfaces et la colle passant à travers une machine.
On pourrait aussi juger qu'il est désirable de rendre plus certaine la gélatinisation de tout l'amidon non gélatinisé pendant le passage à travers la machine, afin d'assurer une utilisation complète des propriétés de collage de l'amidon. Cet abaissement du point de gélatini-
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sation et l'accroissement de vitesse peuvent aussi être avantageux en vue d'augmenter la vitesse à laquelle les surfaces de papier peuvent être traitées, étant donné qu'un accroissement de vitesse de passage aura normalement comme résultat une température inférieure à l'endroit du joint.
La demanderesse a découvert à cet égard que, lorsqu'on mélange avec la présente colle de la soude caustique, par exemple, ou des agents de gélatinisation bien connus de l'a- midon, tels que : chlorure de zinc, chlorure de calcium, urée, formaldéhyde, en proportions insuffisantes pour gélatiniser complètement l'amidon non gélatinisé présent ces agents ont pour effet d'abaisser la température de gélatinisation de l'amidon non gélatinisé et, par suite, d'augmenter la vitesse de gélatinisation pour les buts sus-mentionnés.
L'application de carbonate de sodium et de chaux conjointement avec du peroxyde de baryum est particulièrement efficace à titre de moyen pour effectuer à la fois la gélatinisation de l'amidon dans le mélange du véhicule et la dilution de l'amidon à une consistance plus fluide sans avoir à cuire le mélange ou à élever sa température au-dessus de la température ambiante. Les ingrédients peuvent facilement être mélangés avec l'amidon destiné à être utilisé comme véhicule et facilement distribués.
Le peroxyde de baryum, seul ou combiné avec soit la soude caustique, soit la chaux, soit le carbonate de sodium, n'effectue pas la dilution d'un gel d'amidon visqueux à un état suffisamment fluide si. l'on ne cuit pas le mélange à une température supérieure à 60 C.
La demanderese a découvert qu'il est possible de faire agir le peroxyde de baryum sur un gel d'amidon visqueux épais et de le diluer pour réduire sa consistance à l'état fluide à des températures inférieures à 38 C ou 10 C par l'application du peroxyde de baryum en combinaison avec du carbonate de sodium et de la chaux, ou leurs équivalents.
On peut obtenir des résultats quelque peu analogues en utili-
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sant le peroxyde de baryum conjointement avec du fluorure de sodium et de la chaux;, ou avec de :La soude caustiquo et du carbonate de calcium, comme moyen de dilution d'un gel d'amidon à des températures inférieures à 38 C et 10 C.
On peut utiliser d'autres oxydants équivalents, par exemple le peroxyde de sodium, le peroxyde de calcium et le peroxyde d'hydrogène ou d'autres ayant le pouvoir de mettre l'oxygène en liberté.
Inapplication du borax conjointement avec la composition adhésive précédemment décrite constitue un moyen avantageux d'augmenter la viscosité acquise par le composant amidon non gélatinisé de la colle lorsque celle-ci est ensuite gélatinisée sur la machine. En traitant ainsi l'amidon, il devient possible d'incorporer à la colle une plus grande proportion dteau que ce serait autrement possible.
Jusqu'à ce jour,, le borax n'avait pas été utilisé avec des amidons non convertis,tels que des amidons non convertis en dextrine ou non oxydés, pour le collage probablement parce qu'il tendait à augmenter la viscosité du gel d'amidon à un degré tel que 1' amidon ne pouvait pas être appliqué efficacement comme colle excepté sous forme d'une solution très diluée.
En raison des caractéristiques essentiellement différentes, en soi, du présent procédé, il est maintenant possible d'utiliser le borax avec des amidons non convertis, le fait que le borax agit sur l'amidon de façon à augmenter la viscosité du gel d'amidon constituant un avantage de la colle et du procédé suivant l'in- vention et permettant d'incorporer à la colle une proportion dteau plus grande que ce serait autrement possible.
Dtautres borates, ainsi que les composés du bore qui réagissent avec les alcalis pour donner des borates possédant cette propriété d'accroftre la viscosité, peuvent être appliqués. L'aluminate de sodium peut aussi être utilisé à cet effet.
La demanderesse a en outre découvert que des hui-
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les sulfonées du type'de lthuile de ricin sulfonée, ou hui- le pour rouge turc, peuvent avantageusement être utilisées en faibles quantités conjointement avec les présentes col- les chaque fois qu'il est désirable ou nécessaire d'amé- liorer l'uniformité ou facilité avec laquelle les composi- tions adhésives sont recueillies par les rouleaux de la ma- chine et transférées au papier.
Les proportions de la matière du véhicule et du composant de base d'amidon non gélatinisé de la présente colle peuvent varier entre d'assez grandes limites sans cesser de donner des résultats satisfaisants. Par exemple, on peut préparer une colle satisfaisante de ce type avec une proportion aussi faible que 15 % d'amidon non gélatini- sé et une proportion aussi élevée que 85 % de véhicule (proportions calculées à sec), si on limite la quantité d'eau utilisée dans la formule à moins de 2,5 parties d'eau pour une partie des matières sèches totales utilisées.
En général, la proportion la plus réduite d'amidon non gélati- nisé qui peut être appliquée dans une composition adhésive de ce type est celle qui, par la gélatinisation complète qui se produit lorsque la composition est soumise à la cha- leur dans son passage à travers la machine, assure un ac- eroissement apparent et -utilisable de viscosité ayant com- me résultat une action de collage ou dtunion immédiate.
La proportion maximum d'amidon non gélatinisé susceptible d'être utilisée dans une composition adhésive de ce type est déterminée par la. quantité d'eau utilisée dans la formule et par la quantité de véhicule nécessaire pour donner à la composition finie une viscosité suffisan- te pour lui permettre d'agir avec succès sur les machines, ce qui tient compte de tous les facteurs déjà énumérés de la présente colle,
Il est nécessaire que la viscosité créée par une colle de ce type, lorsque son composant amidon non gélati- nisé a été complètement gélatinisé sur la machine soit
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suffisante pour maintenir les couches de papier fixées les unes aux autres, lorsqu'elles quittent la machine,
de façon à pouvoir être découpées et manutentionnées sans que le joint collé soit supprimé. Ci est ce facteur qui détermine la plus grande proportion d'eau susceptible d'être appli- quée dans une composition adhésive suivant l'invention.
Un exemple de 1?application pratique de la présente colle à la fabrication du carton ondulé à plusieurs couches superposées est décrit ci-dessous et représenté dans le dessin annexé sur lequel
Fig. 1 est une représentation schématique d'une machine pennettant de fabriquer du carton ondulé en utilisant la présente colle comme agent d'union.
Fig. 2 est une vue perspective d'un carton ondulé à plusieurs couches superposées établi suivant l'invention, la couche supérieure de papier étant partiellement séparée de l'âme interne pour faire comprendre le procédé d'union.,
Les divers mécanismes de cette Machine ont été représentés entièrement d'une façon schématique dans la fig.
1 ,parce que, en soi, ils ne font pas partie de cette Inven- tion. L'invention peut être réalisée à l'aide de divers appareils d'autres types que ceux représentés dans la fig. 1 et, en plus, n'est pas limitée à la fabrication du type particulier de carton ondulé représenté dans la fig. 2,mais peut être appliquée à la fabrication de nombreux autres types de produits de carton ou papier ondulé par des procédés analogues. Toutefois, la description qui suit du fonctionnement de l'installation de la fig. 1 fera comprendre une application particulière de l'invention,
Le papier qui doit constituer l'âme du carton ondulé fabriqué dans l'installation de la fige 1 est emmagasiné sur le rouleau dtalimentation 10.
En fonctionnement, ce papier se déroule du rouleau 10 et passe entre des injec teurs de vapeur 11, qui émettent des jets de vapeur servant à humidifier et ramollir la bande de papier 12. Après son
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passage à travers les injecteurs de vapeur 11, la bande 12 passe sur un rouleau de guidage 13, puis entre les deux rouleaux ondulés 14 et 15 qui tournent de telle manière que la bande de papier 12 se trouve plissée ou pliée sous forme de portions sensiblement rectangulaires.
La bande de papier ondulée 15a quittant le rou- leau ondulé 15 passe sur un cylindre beaucoup plus grand 16 qui, en vue de la clarté du dessin., est supposé possé- der une surface lisse, dans l'exemple représenté, mais pour- rait être ondulé, si on le désire; et, dans ce passage, elle entre en contact avec un rouleau fournisseur de colle 17. Ce rouleau 17 est animé d'un mouvement de rotation et alimenté d'une des matières adhésives des types hydrate de carbone non gélatinisé, telles que celles décrites pré- cédemment, par un rouleau preneur 18 qui plonge dans un récipient 19 rempli de cette matière 20.
Le rouleau 17 garni de colle applique une couche de colle sur les parties convexes qui se trouvent d'un des cotés de la bande ondulée de papier 15a passant autour de la périphérie du cylindre 16. En un point situé un peu au delà du rouleau 17, sur la périphérie du cylindre 16, le papier ondulé 15a entre en contact avec une autre bande de papier 26 qui doit constituer une des feuilles lisses du produit final.
Cette bande de papier 26 est fournie par un rouleau d'a- limentation 21 et est amenée au contact de la bande ondu- lée de papier 15a par des rouleaux de guidage et de ten- sion 22, 23, 24 et 25. Le rouleau 25 amène la bande de papier 26 en contact intime avec les parties enduites de colloïde la bande onduléede papier 15a passant sur le cylindre 16, ce qui a pour effet d'unin les deux bandes.
Le rouleau 16 est de préférence chauffé par de la vapeur, a en vue de sécher le papier humidifié 15 et-de provoquer l'union de la feuille lisse 26 avec la boucle ondulée 15a par la colle.
La bande ondulée 15a et la feuille lisse 26
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unie à cette bande passent maintenant autour du rouleau 27 de telle manière que le côté non revêtu de la bande ondulée 15a entre en contact avec un second rouleau fournisseur de colle 28. Ce rouleau est animé dtun mouvement de rotation et alimenté de colle par un rouleau preneur 29 plongeant dans un récipient 30 qui est rempli de colle non gélatinisée 31.
Le rouleau 28 applique une couche de la colle suivant l'invention sur les parties convexes d'un des côtés de la bande ondulée 15a, de la môme manière que le premier rouleau fournisseur de colle 17 avait enduit de colle le côté opposé de cette bande, Au moment où la bande ondulée 15a, sur une des surfaces de laquelle est maintenant collée une feuille lisse 26 et qui comporte une couche de colle déposée sur les sommets de son autre surface, quitte le rouleau 27, elle entre en contact avec une bande de papier 32 qui doit constituer 1'autre fouil- le lisse. Cette bande 32 est fournie par un rouleau d'a- limentation 33 et est amenée au contact du côté enduit de colle de la bande ondulée 15a par des rouleaux de guidage et de tension 34, 35, 36 et 37.
En quittant le rouleau 37, l'ensemble, comprenant la bande ondulée interne de papier 15a, une feuille lisse supérieure 32 et une feuille lisse inférieure 26, passe entre une plaque chaude 38 et des brosses 39, La chaleur de la plaque chaude 38 a pour rôle de gélatiniser le composant non gélatinisé de la colle, qui a précédemment été déposée entre l'âme et les .feuilles lisses externes.
Ce traitement thermique modifie la colle de telle sorte que sa viscosité s'élève à un point où la colle se comporte à la façon d'un agent d'union efficace et sèche partiellement. Les brpsses 39 ont pour rôle de maintenir le carton ondulé légèrement en contact avec la plaque chaude 38 pendant la durée du chauffage.
Des rouleaux garnis de caoutchouc 40 entraînent les trois bandes de papier 15a, 26 et 32 à travers
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l'installation entière. Le produit fini, quittant les rouleaux 40, est découpé à toute longueur désirée, à l'aide de couteaux 41.
La plaque chaude 38 de la fig. 1 est maintenue à une température comprise entre 1210 et 191 C environ.
Le carton ondulé est entratné au contact de cette plaque à une vitesse élevée qui, selon la sorte de papier utilisée et la production désirée, varie de 50 à 100 mètres par minute. Môme à la vitesse supérieure de 100 mètres par minute, le composant primitivement non gélatinisé de la colle suivant l'invention sera gélatinisé et solidifié pour établir un joint collé solide entre les diverses pièces de papier dont est fait le produit.
La fig. 2 représente un fragment de produit de papier du type fabriqué dans la machine de la fig, 1.
Ce produit comprend une âme interne ondulée 42 et deux feuilles lisses 43 et 44. Ces feuilles lisses sont fermement unies à l'âme par de la colle gélatinisée qui a été amenée à l'état gélatinisé sur place et dont une partie est indiquée en 45. Le composant véhicule de la présente colle se comporte dans certains cas à la façon d'un apprêt ou colle de papier à l'endroit du joint et constitue ainsi sur chaque surface de papier un meilleur subjectile pour l'agent d'union.
Lorsque la colle 45 est un des types précédemment décrits et est utilisée pour unir les morceaux' primitivement séparés de papier conformément, au procédé déorit ci..dessus au sujet de la fig. l, le produit de carton ondulé possède les avantages et perfectionnements spécifiés ci-dessus à titre de caractéristiques de l'invention et est exempt des inconvénients et limitations que possédaient les produits analogues fabriqués jus- qu'à ce jour, comme on l'a dit précédemment, On n'a décrit qu'un type particulier de produit et qutun mode de réalisation particulier du procédé, mais l'invention est suscep- tible de recevoir d'autres modes de réalisation, modifica-
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tions et perfectionnements sans s'écarter de son esprit. - :
REVENDICATIONS : -
L'invention a pour objet un procédé pour fabriquer un produit composé de plusieurs couches de papier superposées, tel qutun carton ou papier ondulé comportant une âme ondulée et, au moins, une feuille lisse assujettie à cette âme par un agent d'union dont les propriétés adhésives sont développées par l'application de chaleur pendant le temps pendant lequel la feuille lisse et 1' me sont maintenues juxtaposées;
et elle s'étend particulièrement aux caractéristiques suivantes et à leurs diverses combinaisons :
1 l'agent d'union contient principalement un mélangé d'une matière amylacée inerte et non gélatinisée contenue ou en suspension dans un milieu hydrosol visqueux, et l'union est effectuée par la gélatinisation sur place du composant amylacé non gélatinisé, ce qui augmente la viscosité de l'agent d'union suffisamment pour établir un jointcollé unissant sur place la feuille lisse à l'âme ondulée.
2 on ajoute de faibles quantités de soude caustique ou d'agents bien connus de gélatinisation de l'amidon, pour abaisser la température de gélatinisation de: la matière amylacée non gélatinisée.
3 pour augmenter le degré de visoosité développé par la matière non gélatinisée lorsque cette matière est gélatinisée sur place par l'apport de chaleur, on ajoute une substance propre à augmenter la viscosité de l'amidon, telle que le borax.
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