DE2942251C2

DE2942251C2 - Verfahren zur Herstellung von Stärkeleimen

Info

Publication number: DE2942251C2
Application number: DE2942251A
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl.-Chem. 2000 Norderstedt Feeser; Peter Dipl.-Ing. Dr. 4190 Kleve Hochbahn; Helmut 4194 Bedburg-Hau Schmidt; Joachim 4190 Kleve Voigt
Original assignee: CPC Maizena GmbH
Current assignee: CPC Maizena GmbH
Priority date: 1979-10-19
Filing date: 1979-10-19
Publication date: 1988-11-10
Also published as: FI803261L; DK155611B; NO803115L; JPS5681378A; JPS6317306B2; GB2061307A; FR2467874B1; FI70039C; NZ195097A; FR2467874A1; HU188650B; SE8007286L; AR225470A1; NL188163C; IT1132950B; YU266780A; SE449872B; NL188163B; DK155611C; IT8025282A0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stärkeleimen, insbesondere Wellpappenleimen vom Stein-Hall-Typ durch kontinuierliche Ve: kleisterung gegebenenfalls alkalisch eingestellter, wäßriger Stärkeaufschlämmungen bei Temperaturen im Bereich von etwa 95 bis 160° C unter Einwirkung starker Scherkräfte und Vermischen des dabei erhaltenen Stärkekleisters (Träger) mit körniger bzw. unverkleisterter Stärke (Rohstärke) und gegebenenfalls Wasser und/oder üblichen Zusätzen, insbesondere Alkalien, Borverbindungen und/oder Harzen für die Naßfestleimung.

Obwohl die Möglichkeit, Stärke als Klebstoff zu verwenden, seit Jahrhunderten bekannt war, gewannen Leime auf Stärkebasis erst nach der Entwicklung der sogenannten »Stein-Hall-Leime« nennenswerte praktische Bedeutung als Industrieleime, die im Prinzip aus einer Dispersion einer körnigen bzw. unverkleisterten Stärke (nachstehend kurz als »Rohstärke« bezeichnet) in einem wäßrigen Stärkekleister (nachstehend kurz als »Träger« bezeichnet) bestehen und grundsätzlich das Hauptproblem beim Einsatz von Stärkeleimen lösen, das im wesentlichen darauf beruht, daß einerseits Rohstärkeaufschlämmungen (in Wasser) nicht entmischungsstabil sind, Rohstärke keine Klebkraft besitzt und Stärkeleime nur dann ausreichend feste Klebstellen liefern, wenn sie einen relativ hohen Feststoffgehalt aufweisen, während andererseits Stärkekleister bereits bei relativ geringen Gehalten an voll verkleisterter Stärke eine für den Einsatz als technische Leime zu hohe Viskosität besitzen.

Die Entwicklung der Stein-Hall-Leime stellte somit zwar einen Durchbruch dar, löste aber — selbstverständlich — nicht alle bei der Verwendung von Stärkeleimen auftretenden Probleme, von denen trotz einer beachtlichen Entwicklung eine ganze Reihe bis heute nicht oder jedenfalls nicht in voll befriedigender Weise gelöst ist.

So wurden zwar im Laufe der Zeit vei 'uiltnismäßig unkomplizierte, zuverlässige und kontinuierlich arbeitende Verfahren der eingangs bezeichneten Art entwickelt (US-PS 32 28 781), die aber dennoch mit einer Reihe von Mängeln behaftet und insbesondere in folgenden Punkten unbefriedigend sind:

1) Die Viskosität des fertigen Stärkeleims, die durch den jeweiligen Verwendungszweck ziemlich genau vorgegeben ist, hängt, bei gegebener Trägerstärkeart, weitestgehend vom Gehalt an verkleisterter Stärke (Trägerstärke) ab, der daher allenfalls geringfügig variiert werden kann.

2) Da für einen bestimmten Anwendungszweck (bei gegebener Stärkesorte) auch der Gesamtstärkcgehalt nur innerhalb eines ziemlich engen Bereichs variiert werden kann, besteht somit auch hinsichtlich des Träger-/Rohstärkc-Verhältnisses eine in der Praxis häufig hinderlich geringe Wahlfreiheit, wobei insbesondere die äußerst begrenzten Mög-

lichkeiten, den Rohstärkeanteil zu verringern, störend sind.

3) Unbefriedigend ist weiterhin die insbesondere beim Zusatz von Mitteln, meist Harzen, für die Naßfestleimung geringe Viskositätsstabilität der ί klassichen Stein-Hall-Stärkeleime.

Es hat selbstverständlich nicht an Versuchen gefehlt, diesen Mangeln abzuhelfen, wobei eine Reihe der bekannten Lösungsvorschläge zwar insofern (bedingt) brauchbar ist, als dadurch tatsächlich der eine oder andere und fallweise sogar mehrere der den klassischen Stein-Hall-Stärkeleimen anhaftenden Mängel beseitigt oder jedenfalls wesentlich gemildert werden kann (können), die Vorteile aber durch Nachteile in anderen Punkten erkauft werden müssen.

So können die meisten Mangel der klassischen Stein-Haü-Stärkeleime durch den Einsatz sogenannter »trägerloser« oder »No-Carrier-Stärkeleime« weitgehend vermieden werden, die insbesondere hinsichtlich der großen Wahlfreiheit bezüglich der Viskosität bei gegebenem Stärkegehalt (und umgekehrt) vorteilhaft sind DE-AS 2512 810), sich wegen des bei ihrer Zubereitung erforderlichen Regelungsaufwandes und der hohen Gefahr von Betriebsstörungen infolge von Bedienungsfehlern in der Praxis bislang aber trotzdem nicht in nennenswertem Umfang durchsetzen konnten.

Die Versuche, die vorstehend unter 3) genannten Mängel der bekannten Stein-Hall-Stärkeleime unter Beibehaltung des Stein-Hall-Prinzips zu beheben, konzentrierten sich vor allem darauf, die kontinuierliche Stärkeleimherstellung so auf den Verbrauch abzustimmen, daß der Vorrat an Träger und, vor allem bei Leimen für naßfeste Verklebungen (nachstehend kurz »Naßfestleime«), den Vorrat an fertigem Stärkeleim und damit die Zeit bis zum Verbrauch so gering wie möglich zu halten (US-PS 32 28 781 und DE-AS 25 12 810). Auf diese Weise gelingt es zwar tatsächlich, das Viskositätsstabilitätsproblem zu lösen, jedoch muß dafür in Kauf genommen werden, daß selbst kurzfristig behebbare Betriebsstörungen der Trägeraufbereitungsanlage (nachstehend kurz »Konverter«) und/oder dem Konverter nachgeschalteter Dosier-, Misch- und/oder Fördereinrichtungen zu einer Unterbrechung der Leimversorgung der Verbraucher führen, so daß in der Praxis meist ein unbefriedigender Kompromiß durch Einschaltung eines Puffer- oder Vorratsbehälters zwischen der Leimaufbereitung und dem (den) Verbrauchern) geschlossen werden muß.

Die anderen bekannten Versuche zur Behebung der vorstehenden Mängel laufen im Prinzip darauf hinaus, für den Träger jeweils auf die Anforderungen des Einzelfalls abgestimmte, modifizierte, meist abgebaute Stärken zu verwenden, wobei man spezielle Fertigmischungen aus einer modifizierten, »kaltquellenden« Trägerstärke, Rohstärke und gegebenenfalls »Chemikalien«, die durch einfaches Einrühren in warmes Wasser zur Leimflotte aufbereitet werden können, verwenden, den Konverter mit entsprechend vormodifizierten Spezialstärken beschicken oder die Trägerstärke im und/oder nach dem Konverter mechanisch, thermisch, chemisch und/oder enzymatisch modifizieren kann.

Die unvermeidlichen Nachteile der beiden erstgenannten Alternativen, vergleichsweise hohe Materialkosten, umfangreiche Lagerhaltung und die Gefahr des »Vergreifens«, liegen auf der Hand. a)

Auch nach der letztgenannten Alternative ist jedoch bislang kein in der Praxis wirklich befriedigender Lösungsvorschlag bekanntgeworden, da mit den bekannten Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Stein-Hall-Stärkeleimen mit während und/oder nach der Trägeraufbereitung modifizierten Trägerstärken zwar häufig die Viskosität des Trägers (irgendwie) variiert und fallweise sogar eine gewisse Verbesserung anderer anwendungstechnischer Eigenschaften, wie der Viskositätsstabilität, erreicht werden kann (»Die Stärke«, 14,1962, Seiten 197 bis 208; DE-AS 25 12 810), eine gezielte Variation der Viskosität mit einer den Anforderungen der Praxis genügenden Reproduzierbarkeit und eine Verbesserung anderer anwendungstechnisch wichtiger Eigenschaften, insbesondere der Viskosität, mit den nach diesem Prinzip arbeitenden Verfahren des Standes der Technik, z. B. Verfahren, bei denen die Trägerstärke einer enzymatischen Verflüssigung unterworfen wird, wenn überhaupt, nur mit einem ziemlich hohen verfahrenstechnischen Aufwand zu erzielen ist. Diese bekannten Verfahren sind also insoweit mit den bekannten Verfahren zur Herstellung von trägerlosen Stärkeleimen zu vergleichen.

Unbefriedigend sind schließlich auch bekannte absatzweise arbeitende Verfahren zur Herstellung von Stein/Hall-Stärkeleimen, bei denen die Trägerstärke diskontinuierlich in der Kälte, (und damit zwangsläufig) durch Alkalien, langsam (im Verlauf von 20 bis 30 Minuten) verkleistert und dabei gegebenenfalls durch ein im Überschuß eingesetztes Oxidationsmittel unter zwangsläufig stark alkalischen Bedingungen oxidativ abgebaut und die Umsetzung dann durch Zusatz eines Reduktionsmittels abgebrochen wird, wenn der Träger nach einer mehr oder weniger langen Behandlungsdauer, die von einer Vielzahl variabler Parameter abhängt, die im Einzelfall gewünschten Eigenschaften besitzt, worauf nach Zugaben der restlichen Komponenten des gewünschten Leims das fertige Gemisch einer weiteren etwa halbstündigen Behandlung unterworfen werden muß, bevor der Stein/Hall-Leim gebrauchsfertig ist (DE-PS 9 64 760).

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, das die vorstehenden Mängel des Standes der Technik überwindet, d. h. es ermöglicht bei der kontinuierlichen Herstellung von Stein-Hall-Stärkeleimen und bei gegebener Gesamtstärkekonzentration die Viskosität und/oder das Trägerstärke/Rohstärke-Verhältnis im fertigen Leim, ohne erheblichen Mehraufwand gegenüber bekannten Verfahren, bei denen die Stärke zur Aufbereitung des Trägers lediglich verkleistert wird, innerhalb weiterer Grenzen gezielt zu variieren und dabei Stärkeleime mit zumindest gleichwertigen oder sogar, insbesondere hinsichtlich der Viskositätsstabilität verbesserten anwendungstechnischen Eigenschaften zu erhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in der im Hauptanspruch gekennzeichneten Weise ausgehend von der überraschenden Erkenntnis gelöst, daß unter den in herkömmlichen Konvertern zur kontinuierlichen Herstellung von Träger aus Rohstärkeaufschlämmungen herrschenden Bedingungen beim Zusatz bzw. in Gegenwart von zur Modifizierung von Stärken an sich bekannten Oxydationsmitteln nicht nur eine zu einer Viskositätsverminderung führende Reaktion stattfindet, sondern

diese Umsetzung selbst bei Verwendung relativ »milder«, unter Reaktionsbedingungen naszierenden Sauerstoff liefernder Oxydationsmittel, die

wegen ihrer vergleichsweise geringen korrodierenden Wirkung erwünscht sind, so rasch bis zum praktisch vollständigen Verbrauch des Oxydationsmittels verläuft, daß sie selbst beim Zusatz von relativ hohen Oxydationsmitteln engen in kürzeren als den in diesen Konvertern für die Aufheizung der Aufschlämmung, die Verkleisterung der Stärke und die Homogenisierung des Kleisters üblicherweise erforderlichen, kurzen Zeiten beendet ist,

b) das Ausmaß des durch das Oxydationsmittel Ό bewirkten Viskositätsabbaus unter ansonsten konstanten Bedingungen eine Funktion der Oxydationsmittelmenge ist und der Viskositätsabbau somit (allein) durch Regeln der zugesetzten Oxydationsmittelmenge gezielt eingestellt und '5 nach Wunsch innerhalb weiter Grenzen variiert werden kann, und

c) die Umsetzung mit dem Oxydationsmittel außer einem Viskositätsabbau auch noch eine deutliche Verbesserung der ViskositätsstaUlität des Trägers bzw. daraus hergestellter Stein-Hafl-Stärkeleime (selbst sogenannter Naßfestleime) bewirkt

Diese Feststellung ist vor allem auch deswegen überraschend, weil der Fachmann bislang in dem Vorurteil befangen war, daß nur am nativen Korn bei niedriger Temperatur (oxidativ) abgebaute Stärken befriedigende Eigenschaften haben könnten, wobei es zudem nur mit einem speziellen zweistufigen Verfahren unter Einsatz von zwei verschiedenen Oxidationsmitteln und mit der Maßgabe, daß in der erster; Stufe ein oxidativer (Vor-)Abbau bei einer unter der Quellungstemperatur der Stärke liegenden Temperatur durchgeführt wird, möglich sei, abgebaute Stärken mit befriedigenden Eigenschaften zu erhalten (DE-OS 27 58635).

Beim Verfahren der Erfindung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Trägerherstellung so durchzuführen, daß die Trägerstärke möglichst einheitlich abgebaut wird. Zu diesem Zweck werden vorzugsweise nicht nur Reaktionssysteme bzw. Konverter mit Strömungsrohrreaktorcharakteristik benutzt, sondern auch die Maßnahmen zur Aufheizung der Trägerstärkeaufschlämmung auf eine Temperatur von mindestens etwa 95° C, bei der erfahrungsgemäß eine rasche und ⁴S weitgehend vollständige Verkleisterung gewährleistet werden kann, in an sich bekannter Weise so gewählt, daß zumindest der Temperaturbereich, in dem die eingesetzte Stärke nur zum Teil verkleistert und/oder mit dem Oxydationsmittel reagiert, möglichst rasch durchlaufen wird, wozu insbesondere eine direkte Beheizung mit dampf- und/oder gasförmigen Heizmedien, vorzugsweise Wasserdampf, die vorteilhafterweise zudem eine intensive Durchmischung da Reaktionsmediums bewirken, angewandt wird.

Die Arbeitstemperaturen bei der Trägerherstellung liegen beim Verfahren der Erfindung vorteilhafterweise in dem bei der Trägerherstellung durch einfache Verkleisterung üblichen Bereich, wobei es sich als zweckmäßig erwiesen hat, in einem Temperaturbereich ^b0 von 100 bis 150, vorzugsweise 103 bis 125 und insbesondere etwa 105 bis 115° C zu arbeiten, um einerseits eine möglichst vollständige Verkleisterung zu erreichen und andererseits eine Schädigung der Stärke durch thermische Folge- und/oder Nebenreaktionen zu ^ vermeiden.

Als Oxidationsmittel werden erfindungsgemäß bevorzugt wasserlösliche, insbesondere anorganische Perverbindungen, vorzugsweise Peroxyde, insbesondere Wasserstoff- und/oder ein Alkalimetallsuperoxyd, Persulfate, insbesondere Alkali- und/oder Ammoniumpersulfat (4), die sich bislang am besten bewährt haben, und/oder Perborate und/oder -carbonate verwendet

Da die Oxydationsmittel erfindungsgemäß in relativ kleinen Mengen eingesetzt und, jedenfalls dann, wenn der Zusatz kurz vor und/oder im Konverter erfolgt, rasch gleichmäßig im Reaktionsgemisch verteilt werden müssen, setzt man sie vorzugsweise in Form wäßriger Lösungen zu.

Die Oxydationsmittelmenge kann beim erfindungsgemäßen Verfahren innerhalb weiter Grenzen variiert werden, wobei die im Einzelfall optimale Menge zwar von einer Reihe von Faktoren, insbesondere der Art der als Ausgangsmaterial verwendeten Stärke, dem Ausmaß des gewünschten Viskositätsabbaus und dem jeweils verwendeten Oxydationsmittel abhängt, und daher vom Fachmann jeweils empirisch ermittelt werden muß (und kann), jedoch haben sich Mengen, die einem Einsatz von 0,02 bis 2,5, vorzugsweise 0,08 bis 2 und insbesondere 0,2 bis 1,2 Gew.-% Ammoniumpersulfat, bezogen auf das Trägerstärkegewicht, entsprechen, erfahrungsgemäß als im Regelfall zweckentsprechend erwiesen.

Der Stärkegehalt von Stein-Hall-Stärkeleimen hängt grundsätzlich von dem jeweiligen Anwendungszweck ab und konnte nach dem Stand der Technik mit Rücksicht auf die Viskosität und den Rohstärkegehalt häufig nicht so hoch wie an sich wünschenswert gewählt werden. Das Verfahren der Erfindung ermöglicht diesbezüglich eine größere Wahlfreiheit und ist daher bei der Herstellung von Stärkeleimen mit verhältnismäßig hohem Stärkegehalt besonders vorteilhaft, so daß erfindungsgemäß bevorzugt Stärkeleime mit einem Gesamtstärkegehalt von 15 bis 35, vorzugsweise 18 bis 30 und insbesondere 20 bis 28 Gew.-% hergestellt werden.

Während nach dem Stand der Technik (wenn für den Träger keine Spezialstärken eingesetzt und/oder keine aufwendigen und zeitraubenden Verfahren zur Trägeraufbereitung, z. B. enzymatische Verflüssigung, angewandt werden) das Gewichtsverhältnis von Träger- zu Rohstärke, insbesondere bei Stärkeleimen mit höheren Gesamtstärkegehalten, nur geringfügig variiert werden kann und der Wahlfreiheit vor allem nach oben unbefriedigend enge Grenzen gesteckt sind, gibt die Erfindung dem Fachmann diesbezüglich eine sehr hohe Wahlfreiheit und ermöglicht nach einer bevorzugten Ausführungsform die Herstellung von Stein-Hall-Stärkeleimen mit einem Gewichtsverhältnis von Träger- zu Rohstärke von 1 :1 bis 1 : 7, vorzugsweise 1 :1,5 bis 1 : 5 und insbesondere 1 : 2 bis 1 :4.

Ein bereits mehrfach erwähnter Vorteil der Erfindung ist die ungewöhnliche Viskositätsstabilität der danach erhältlichen Träger und Stärkeleime, die es ermöglicht, die Viskosität des fertigen, frisch hergestellten Leims in einem weiten Bereich zu wählen, da nachträglichen Viskositätsänderungen nur in geringem Umfang Rechnung getragen werden muß. Hinzu kommt, daß bei erfindungsgemäß hergestellten, die Viskosität überraschenderweise niedriger als bei entsprechenden nach dem Stand der Technik hergestellten Stein-Hall-Stärkeleimen eingestellt und dadurch hinsichtlich verschiedener anwendungstechnischer Eigenschaften eine spürbare Verbesserung erzielt werden kann. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung baut man daher die Trägerstärke so weit ab, daß die Stein-Hall-

Viskosität des fertigen Stärkeleims innerhalb des Temperaturbereichs von 20 bis 45° C 22 bis 70, vorzugsweise 25 bis 35 und insbesondere höchstens 32 Sekunden beträgt.

Stein-Hall-Stärkeleimen werden bekanntlich in der Regel Alkalien zugesetzt, um die Verkleisterung der Stärke zu fördern, wobei der Alkalizusatz grundsätzlich an einem oder mehreren beliebiger Punkt(en) des Herstellungsgangs erfolgen kann, um mit möglichst geringem Dosier- und Mischaufwand auszukommen aber bevorzugt an nur einem Punkt des Verfahrensablaufs zudosiert und, um die Verkleisterung im Konverter zu begünstigen, nach Möglichkeit zumindest teilweise durch den Konverter geführt wird. Da gefunden wurde, daß die Gegenwart von Alkalien den '⁵ Abbau der Trägerstärke beim Verfahren der Erfindung überraschenderweise zumindest nicht signifikant stört, kann der an sich bekannte und verfahrenstechnisch vorteilhafte Zusatz mindestens eines Teils der Alkalikomponente, sowie — nebenbei bemerkt — auch etwaiger weiterer an sich bekannter »Chemikalien«, z. B. Borsäure oder Borax zum Träger vor dem und/oder während des Durchganges) durch den Konverter erfolgen.

Die Vorteile der Erfindung kommen insbesondere bei Naßfestleimen zum Tragen, deren Herstellung daher bevorzugt ist: dies gilt insbesondere für Formaldehydkondensationsharze enthaltende Stärkeleime.

Auch alle üblichen bzw. an sich bekannten verfahrenstechnisch vorteilhaften Ausgestaltungen der kontinuierliehen Stein-Hall-Stärkeleimherstellungsverfahren nach dem Stand der Technik lassen sich beim Verfahren der Erfindung problemlos anwenden.

Die bereits mehrfach erwähnte hohe Viskositätsstabilität selbst naßfester erfindungsgemäß hergestellter ^r> Stein-Hall-Stärkeleime eröffnet dem Fachmann die Möglichkeit, bei der Wahl des Verhältnisses von Puffermenge zu laufendem Verbrauch an Stärkeleim bzw. der Durchschnittsverweilzeit bis zum Verbrauch, das (die) im Hinblick auf die Viskositätskonstanz, sowie um kurzfristig die Leimsorte wechseln zu können, möglichst niedrig, im Interesse der Störsicherheit dagegen möglichst hoch gewählt werden sollte, den Gesichtspunkt der Störsicherheit gefahrlos stärker zu berücksichtigen als dies bei den bekannten Verfahren *'' möglich war, weshalb nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Geschwindigkeit, mit der fertiger Stärkeleim kontinuierlich erzeugt und in den zwischen die Leimaufbereitungsanlage und den (die) Verbraucher eingeschalteten Einlagerungsbehälter ein- '" gespeist wird, vorteilhafterweise so gewählt werden kann und wird, daß der Stärkeleiirvorrat im Einlagerungsbehälter ständig so hoch gehalten wird, daß die angeschlossenen Verbraucher im Fall einer störungsbedingten Unterbrachung der kontinuierlichen Stärkeleimerzeugung noch mindestens 0,5, vorzugsweise mindestens 1 und insbesondere mindestens 2 Stunde(n) aus dem Leimvorrat versorgt werden können.

Hierbei ist es besonders vorteilhaft, daß nach dem Verfahren der Erfindung hergestellte einfache Stärke- ^ω leime ihre ungewöhnliche Viskositätsstabilität auch beim Mischen mit erfindungsgemäß hergestellten Naßfestleimen behalten, so daß man beim Verfahren der Erfindung bei einem Wechsel von Naßfestleim zu einfachem Stein-Hall-Stärkeleim letzteren einfach auf noch nicht verbrauchten Naßfestleim fahren kann, d. h. die Stärkeleimerzeugung nicht zu unterbrechen braucht, bis die zuerst hergestellte Leimsorte restlos verbraucht

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß dabei für den Träger zwar grundsätzlich alle unverkleisterten Stärken eingesetzt werden können, die vergleichsweise billigen nativen Stärken aber modifizierten, und zwar insbesondere chemisch abgebauten körnigen Stärken technisch zumindest gleichwertig und häufig sogar überlegen sind, so daß ihre Verwendung erfindungsgemäß bevorzugt ist, während chemisch, insbesondere mit aggressiven Oxydationsmitteln, abgebaute körnige Stärken nicht verwendet werden sollen.

Die Beispiele und Vergleichsversuche erläutern die Erfindung und deren Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.

Zur Durchführung wurde eine übliche, kontinuierlich arbeitende Leimaufbereitungsanlage mit einem Rührkessel zur Aufbereitung einer Stärkeaufschlämmung, einem Kocher aus einem mit Direktdampf beheizbaren Dampfstrahlerhitzer, einem diesem nachgeschalteten Haltegefäß, einer Dosiereinrichtung für (Nach-)Verdünnungswasser und einer Mischstrecke, Dosiereinrichtungen zur Zufuhr von Rohstärkeaufschlämmung und ggf. Chemikalien, Harzen für die Naßfestleimung und/oder Wasser zum verdünnten Träger, einer Intensivmischkammer und einem dieser nachgeschalteten Einlagerungsbehälter, die zusätzlich mit einer Dosiereinrichtung zum kontinuierlichen Versetzen der dem Dampfstrahlerhitzer zugeführten Stärkeaufschlämmung ausgerüstet war, benutzt.

Die Prüfung der anwendungstechnischen Eigenschaften erfolgte durch Einsatz als Leim bei der großtechnischen Herstellung von ein- und mehrwelliger Wellpappe auf einer Wellpappenmaschine üblicher Bauart.

Beispiel 1

Herstellung von einfachem Stein-Hall-Stärkeleim mit folgenden Kenndaten aus nativer Maisstärke nach dem Verfahren der Erfindung:

Konzentration:
Verhältnis Träger: unverkleisterte Stärke:
Temperatur:
Viskosität:

Konzentration NaOH, bezogen
auf Stärke (HB):
Konzentration Borsäure bez.
auf Stärke (HB):

24,2% Stärke (TS)

1 :4,0
35° C

26 Stein-Hall-Seki nden

2,0%
0,85%

Durch Eintragung nativer Maisstärke in Wasser unter Rühren wurde zunächst in bekannter Weise eine Stärkeaufschlämmung mit einer Konzentration von 38% Stärke (HB) (Stamm-Stärkemilch) hergestellt

Zur Herstellung des Trägers wurde dem Dampfstrahlerhitzer kontinuierlich Stamm-Stärkemilch mit einer Geschwindigkeit von 5,5 Liter (entsprechend 2,4 kg Stärke HB) zugeführt, kurz vor dem Eintritt in den Dampfstrahlerhitzer kontinuierlich Oxydationsmittel in einer 6,6 g/min bzw. 0,275%, bezogen auf Trägerstärke, Ammoniumpersulfut entsprechenden Menge zudosierL

Dieses Gemisch wurde durch Einleiten von Wasserdampf auf 105° C erhitzt und danach kontinuierlich mit Natronlauge in einer 2% NaOH, bezogen auf Gesamtstärke (HB) im fertigen Stärkeleim, entsprechenden Menge versetzt und hierauf in das Haltegefäß eingespeist

Dem aus dem Haltegefäß austretenden (Träger-)Stärkekleisterstrom wurde Verdünnungswasser in einer (zusammen mit dem Heizdampfkondensat) 17,7 Liter/min entsprechenden Menge zudosiert und damit in der Mischstrecke innig vermischt.

Der so erhaltene verdünnte Träger wurde dann in der Intensivmischkammer kontinuierlich mit Stamm-Stärkemilch (22,2 Liter, entsprechend 9,6 kg Stärke (HB), pro Minute) und Borsäure in einer 100 g/min entsprechenden Menge versetzt und innig gemischt, worauf der κι fertige Stärkeleim dem Einlagerungsbehälter zugeführt wurde.

Beispiel 2

Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei abweichend r, davon zur Herstellung von naßfestem Stärkeleim (ohne sonstige Rezepturänderungen) in die Intensivmischkammer zusätzlich ein handelsübliches Naßfestmittel auf Keton/Formaldehyd-Harzbasis in einer 11%, bezogen auf Gesamtstärke (HB), entsprechenden Menge eingespeist wurde.

Die Kenndaten des dabei erhaltenen Stärkeleims entsprechen, abgesehen natürlich vom Gehalt an Naßfestmittel, denen des nach Beispiel 1 hergestellten (einfachen) Stärkeleims. 2 >

Beispiel 3

Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei abweichend davon jedoch statt 22,2 nur 16,7 Liter Stamm-Stärkemilch, entsprechend 7,2 kg Stärke HB, pro Minute in die jo Intensivmischkammer eingespeist wurden.

Der dabei erhaltene (einfache) Stein-Hall-Stärkeleim wies folgende Kenndaten auf:

Konzentration:
Verhältnis Träger : unverkleisterte Stärke:
Temperatur:
Viskosität:

Konzentration NaOH bezogen
auf Stärke (HB):
Konzentration Borsäure bez.
auf Stärke (HB):

Beispiel 4

210/0 Stärke (HB) j₃

1 :3
37,5°C

33 Stein-Hall-Sekunden

2,6%
1,09%

40

45 günstigen Theologischen Eigenschaften nicht.

Die extrem niedrige Viskosität ermöglichte einen sehr sparsamen Leimauftrag, wobei die Verklebung (auch von sonst schwierig zu verklebenden Papieren) in allen Geschwindigkeitsbereichen dennoch sehr gut war.

Die Maschinenleistung war deutlich höher als bei üblicher Fahrweise, die Planlage der Wellpappenzuschnitte hervorragend. Sie konnten ohne Zwischenlagerung sofort weiterverarbeitet werden.

b) Naßfeste Stärkeleime (Beispiel 2 bzw. 4)

Trotz des Naßfestmittelzusatzes änderte sich die Viskosität (wie bei den erfindungsgemäß hergestellten einfachen Stärkeleimen) selbst während mehrstündiger Prüfläufe praktisch nicht.

Die naßfesten Stärkeleime ließen sich jeweils ohne nachteilige Folgen in jedem Verhältnis mit dem entsprechenden, erfindungsgemäß hergestellten, einfachen Stein-Hall-Stärkeleim mischen und verarbeiten (problemloser gleitender Übergang von einfachem auf naßfestem Stärkeleim und umgekehrt).

Die Naßfestigkeit der Klebung erfüllte den offiziellen FEFCO-Test ohne Einschränkung.

Vergleichsversuch

Zum Vergleich wurden auf herkömmliche Weise, also ohne Abbau der Trägerstärke in situ aus nativer Maisstärke Stein-Hall-Stärkeleime mit einer Zusammensetzung hergestellt, die derjenigen der gemäß Beispiel 1 bzw. 2 erhaltenen Leime soweit, wie dies mit Rücksicht auf die Verwendbarkeit des fertigen Vergleichsleims als Wellpappenklebstoff möglich war.

Der einfache Vergleichs-Stärkeleim wies folgende Kenndaten auf:

Konzentration:
Verhältnis Träger: unverkleisterte Stärke:
Temperatur:
Viskosität unmittelbar
nach Herstellung:

Beispiel 3 wurde wiederholt, wobei jedoch abweichend davon analog Beispiel 2 in die Intensivmischkammer zusätzlich handelsübliches Naßfestmittel eingespeist wurde.

Die Kenndaten des dabei erhaltenen fertigen Stärkeleims entsprachen, abgesehen natürlich vom Gehalt an Naßfestmittel, denen des nach Beispiel 3 erhaltenen (einfachen) Stärkeleims.

Prüfung der anwendungstechnischen Eigenschaften

Die Prüfung der nach den Beispielen hergestellten Stärkeleime ergab folgende für die Verarbeitung vorteilhafte Eigenschaften: bo

a) Einfach Stärkeleime (Beispiel 1 bzw. 3)

Äußerst stabile Viskosität Trotz der notorisch hohen Scherbelastung im Leimzirkulationssystem fiel die Viskosität innerhalb von 5 Std. nur um max. I Stein-Hall-Sekunde ab.

Auch bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten der Leimauftragswalzen »spritzte« der Leim infolge seiner 22,4% Stärke (TS)

1 :5,7
33°C

50 Stein-Hall-Sekunden

Konzentration NaOH bezogen
auf Stärke»): 1,8%

Konzentration Borax (Dekahydrat) bez. auf Stärke·): 1,15%

Bei der Verarbeitung dieses nach dem Stand der Technik hergestellten Stärkeleims zeigten sich folgende Nachteile:

Im Zirkulationssystem sank die Viskosität konstant auf 32 Stein-Hall-Sekunden ab.

Bei der Verarbeitung von schwieriger zu verklebenden Papieren und bei niedrigen Maschinengeschwindigkeiten waren die Klebestellen sehr spröde, die Verklebung daher nicht befriedigend.

Bei mehrwelligen Wellpappen mußte die Maschinengeschwindigkeit von 160 m/min auf 75 m/min gedrosselt werden.

Bei höheren Umfangsgeschwindigkeiten der Auftragswalzen begann der Stärkeleim zu »spritzen«, wodurch zwangsläufig und unkontrollierbar zu viel Leim auf die Pappe übertragen wurde.

Ein Zusatz von Naßfestmittel führte zu konstant ansteigender Viskosität, wie es bei diesen Stärkeleimen

*) Eine Erhöhung des NaOH- bzw. Boraxzusatzes war nicht möglich, weil sofort störende Gelierungen an den Führungsblechen der einseitigen Maschinen auftraten.

üblich ist. Nach 2 Stunden war der Leim nicht mehr verarbeitbar. Auch eine Aufarbeitung durch Mischen (selbst relativ kleiner Anteile) mit entsprechendem einfachen Stärkeleim war nicht möglich.

Die Naßfestigkeit der Klebung war nicht nur deutlich "> geringer als bei den erfindungsgemäß hergestellten naßfesten Stärkeleimen, sondern schwankt auch in Abhängigkeit von der Fahrweise der Maschine stark.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Stärkeleimen von Stein-Hall-Typ durch kontinuierliche Verkleisterung gegebenenfalh alkalisch eingestellter, wäßriger Stärkeaufschlämmungen bei Temperaturen im Bereich von 95 bis 160⁰C unter Einwirkung starker Scherkräfte und Vermischen des dabei erhaltenen Stärkekleisters (Träger) mit körniger bzw. unverkleisterter Stärke (Rohstärke) und gegebenenfalls Wasser und/oder üblichen Zusätzen, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stärke des Trägers (Trägerstärke) durch Zusatz eines wasserlöslichen, unter den herrschenden Reaktionsbedingungen naszierenden Sauerstoff liefernden Oxydationsmittels, in situ abbaut, mit der Maßgabe, daß der Abbau der Trägerstärke in einem Reaktionssystem durchgeführt wird, das in Bezug auf das Verweilzeitsspektrum eine möglichst ideale Rohrreaktorcharakteristik aufweist, das Oxydationsmittel der Trägerstärkedispersion zugesetzt und gleichmäßig darin verteilt wird, bevor deren Viskosität 15 000 cP übersteigt und der Trägerdurchsatz so gewählt wird, daß die Kontaktzeit zwischen dem Oxydationsmittel und der zumindest bereits teilweise verkleisterten Trägerstärke bei einer Temperatur von mindestens 95° C in einem Bereich von 1 bis 5 Minuten liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerstärkeaufschlämmung möglichst rasch auf mindestens 95° C erhitzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man Verkleisterung und Abbau bei einer Temperatur von 100 bis 150 durchgeführt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Oxydationsmittel eine anorganische Perverbindung verwendet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Oxydationsmittel der Trägerstärke in Form einer wäßrigen Lösung zusetzt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Oxydationsmittel in einer Menge einsetzt, die hinsichtlich der davon zur Verfugung gestellten Sauerstoffmenge 0,02 bis 2,5 Gew.-% Ammoniumpersulfat, bezogen auf das Trägerstärkegewicht, entspricht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Stärkeleim mit einem Gesamtstärkegehalt von 15 bis 35 Gew.-% herstellt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gewichtsverhältnis von Träger- zu Rohstärke auf 1 : 1 bis 1 : 7 einstellt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Trägerstärke so weit abbaut, daß die Stein-Hall-Viskosität des fertigen Stärkeleims innerhalb des Temperaturbereichs von 20 bis 45° C 22 bis 70 Sekunden beträgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verkleisterung und den Abbau der Trägerstärke in Gegenwart von Alkalien durchführt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man kontinuierlich oder absatzweise eine einzige Stärkeaufschlämmung mit einer mindestens der des fertigen Stärkeleims

entsprechenden Stärkekonzentration herstellt, die teilweise, gegebenenfalls nach Vorverdünnung, verkleistert und abgebaut und dann, gegebenenfalls nach Nachverdünnung, mit unbehandelter Stärkeaufscnlämmung sowie gegebenenfalls üblichen Zusätzen kontinuierlich gemischt wird.