NO151830B - Klebemiddel inneholdende stivelse og fremgangsmaate ved fremstilling av dette - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et klebemiddel bestående av stivelse, vann og alkali i slike mengdeforhold at blandingen inneholder 10-40 vekt% stivelsestørrstoff og har en pH-verdi i området 8- 13 og et gelpunkt på 52 - 75°C. Den angår likeledes en fremgangsmåte ved fremstilling av klebemidlet. Dette klebemiddel er særlig velegnet for anvendelse som klister ved fremstilling av bølgepapp.

Bølgepapp fremstilles for tiden ved en kontinuerlig fremgangsmåte som omfatter flere trinn. En papirbane, som er svakt fuktet, ledes gjennom oppvarmede korrugeringsvalser.

På den ene side av det oppvarmede korrugerte papir påføres

der klebemiddel på toppen av hver bølge. Umiddelbart deretter bringes en annen papirbane i kontakt med de klebemiddelbe-handlede bølger på det korrugerte papir under anvendelse* av varme og trykk, hvilket fører til dannelse av en sterk lim-

søm. Dette bølgepapprodukt kalles i fagkretser "ensidig" bølgepapp.

En annen type bølgepapp kalles "tosidig" bølgepapp.

Den "tosidige" bølgepapp fremstilles ved påføring av klebemiddel på bølgetoppene av den "ensidige" bølgepapp og påfølgende påføring av en annen papirbane eller underlag på toppene.Under-laget kan f.eks. være ensidig bølgepapp, og man kan således bygge opp bølgepapp i en hvilken som helst ønsket tykkelse.

For å unngå å ødelegge den ensidige bølgepapp under denne limeprosess må det anvendes mindre varme og trykk, og det stilles således større krav til det anvendte klebemiddel.

Det har i adskillige år vært kjent at klebemidler inneholdende stivelse kan anvendes for fremstilling av bølgepapp, dersom i det minste en del av stivelsen er ugelatinert, og den suspenderes i et vandig medium. Imidlertid er ugelatinert stivelse ikke selvsuspenderende i vann, idet den bunnfelles i vandig blanding. I motsetning hertil suspenderes gelatinert stivelse temmelig lett i vann. Den velkjente Stein-Hall-

prosess utnytter denne omstendighet ved først å gelatinere stivelse i vandig medium og deretter iblande ugelatinert stivelse, som henger fast ved den gelatinerte stivelse og på denne måte holdes suspendert i det vandige medium. Disse kjente klebemidler inneholder med andre ord to forskjellige

stivelseskomponenter, av hvilke den gelatinerte virker som "bærer" for den ugelatinerte.

Fra dansk patentskrift nr. 125 428 er det kjent et klebemiddel som kun inneholder én stivelseskomponent, som er delvis svellet, hvilket vil si at den kun er delvis gelatinert i så liten grad at det praktisk talt ikke forekommer brudd på de enkelte stivelseskorn. Derimot kan det godt forekomme et visst tap i kornenes dobbeltbrytning. Dette klebemiddel er karakteristisk ved at det består av delvis svellet stivelse, vann og alkali i slike mengdeforhold at blandingen inneholder mellom 10 og 40 vekt% stivelsestørrstoff, og at den har en pH-verdi mellom 8 og 13, et gelpunkt mellom 57 og 72°C og en Stein-Hall-viskositet mellom 20 og 90 sekunder.

Med disse kjente klebemidler produseres i dag bølgepapp ved maskinhastigheter på opp til 200 - 250 m/min og ved tyngre kvaliteter 100 - 120 m/min. Disse høye maskinhastigheter krever, i tillegg til at klebemidlet skal være viskøst, at det har meget hurtig våtbinding. Med uttrykket "våtbinding" forståes den tid som forløper fra klebemidlet er påført og til det inntrer fiberopprivning i det påførte underlag. Der er et stadig ønske om å øke maskinhastighetene ved fremstilling av bølgepapp, og der konstrueres maskiner som kan forarbeide pappen ved større hastigheter, men den våtbinding som kan oppnåes med de kjente klebemidler, setter i praksis grensen for hastigheten ved produksjon av bølgepapp ved de ovennevnte hastigheter.

Det har i henhold til oppfinnelsen vist seg at klebemidlets våtbinding er direkte avhengig av den tilførte varme, det anvendte trykk og klebemidlets gelatineringshastighet.

Ved gelatineringshastighet forståes den hastighet med hvilken klebestoffet bringes fra sin normale viskositet ved anvendelses-temperatur opp til den viskositet som gir fiberopprivning.

Da den tilførte varme og det anvendte trykk på en gitt maskin kan betraktes som konstante, er det således klebemidlets gelatineringshastighet som er avgjørende for våtbindingen og derigjennom for hastigheten ved produksjonen av bølgepapp.

I strid med den tidligere antagelse, at fullstendig gelatinert stivelse praktisk talt ikke bidrar til et klebe-middels våtbinding, har det nu overraskende vist seg at man ved å anvende fullstendig gelatinert stivelse i kombinasjon med delvis svellet stivelse kan oppnå et klebemiddel med sterkt øket gelatineringshastighet og dermed hurtigere våtbinding.

Dette oppnåes med klebemidlet ifølge oppfinnelsen, som utmerker seg ved at stivelsen består av fullstendig gelatinert stivelse og delvis svellet stivelse i et vektforhold på fra 0,2:100 til 2:1, idet det nevnte vektforhold og gelatineringsgraden av den delvis svellede stivelse er avpasset slik at klebemidlets Stein-Hall-viskositet er 50-120 sekunder.

Klebemidlets gelatineringshastighet måles i et standard Brabender-viskositetsmåleapparat og angis i Brabender-enheter pr. minutt <BU/min.). Det har vist seg at man i de konven-sjonelle klebemidler kun kan oppnå gelatineringshastigheter på opp til 2000 BU/min. og ved omhyggelig laboratoriearbeide opp til 2500 BU/min. I motsetning hertil er der i klebemidler ifølge oppfinnelsen oppnådd gelatineringshastigheter på 2500-10 000 BU/min., og man forventer å kunne nå opp i nærheten av 15 000 BU/min.

I britisk patentsøknad nr. 2 023 629 A beskrives et klebemiddel på stivelsesbasis som i det vesentlige omfatter

en første andel bestående av minst ett lyofilt kolloid, en andre andel bestående av minst en delvis gelatinert stivelse og en tredje andel bestående av vann. I henhold til den britiske patentsøknads krav 7 kan det lyofile kolloid være valgt blant carboxymethylcellulose, fullstendig gelatinert stivelse, alginater, ekstrakter av irsk mose, casein, proteiner og sal-ter av et hvilket som helst av disse kolloider. Det fremgår av beskrivelsen, side 1, linjer 102-114, at oppfinneren først og fremst er interessert i klebemidlets rheologi og vannbin-dingsevne.

I patentsøknadens to eneste eksempler består det lyofile kolloid av en kombinasjon av fullstendig gelatinert stivelse med henholdsvis 10% carboxymethylcellulose og 4% hveteprotein, og de fremstilte klebemidler har en Stein-Hall-viskositet på henholdsvis 29 s og 30 s. Dette viser at oppfinneren bak den britiske patentsøknad ikke har gjort den her omhandlede oppfinnelse. Øyensynlig har han ikke innsett betydningen av Stein-Hall-viskositeten (det vil si gelatineringsgraden av den delvis svellede stivelse) for vannbindingsevnen og for at det skal kunne oppnås en reduksjon av den energimengde som er nød-vendig for å fullføre gelatineringen i bølgepappmaskinen, og han har slett ikke erkjent muligheten av å oppnå en betydelig hurtigere våtbinding ved å anvende en kombinasjon av delvis svellet og fullstendig gelatinert stivelse, under iakttagelse av visse krav til klebemidlets parametre.

En etterprøving av de to eksempler i britisk patent-søknad nr. 2 02 3 62 9 A har vist at det i eksempel 1 fremstilte klebemiddel med en Stein-Hall-viskositet på 28 s oppviser et gelpunkt på 50,2°C og en gelatineringshastighet på 1400 BU/min., og at det i eksempel 2 fremstilte klebemiddel med en Stein-Hall-viskositet på 30 s op<p>viser et gelpunkt på 45,8°C og en gelatineringshastighet på 1500 BU/min. Disse gelatineringshastigheter er langt lavere enn dem som oppnås i henhold til foreliggende oppfinnelse, og de maskinhastigheter på henholdsvis 120-140 m/min. og 150 m/min. som er angitt i de to eksempler er temmelig moderate.

For å oppnå den sterkt økede gelatineringshastighet og dermed den hurtigere våtbinding som tilsiktes med den foreliggende oppfinnelse, er det nødvendig at Stein-Hall-viskositeten er langt høyere enn den som er eksemplifisert i britisk patentsøknad nr. 2 023 629 A, nemlig en viskositet på 50-120

s, som angitt i kravene. En høy Stein-Hall-viskositet innebærer at en mindre del av klebemidlets gelatinering må finne sted i bølgepappmaskinen, hvilket resulterer i en hurtigere våtbinding og/eller et lavere energiforbruk. Det medfører også en mindre inntrengning av klebemidlet i papiret og nedsetter dermed forbruket av klebemiddel og av energi som medgår til å gelatinere dette. Fagfolk anser det for umulig i praksis å gå

over en Stein-Hall-viskositet på rundt 80 s med et konvensjonelt "No-Carrier"-klebemiddel, hvis klebemidlet skal bevare tilstrek-kelig flyteevne til å kunne pumpes. Derimot har det overraskende vist seg at klebemidlet ifølge oppfinnelsen kan bevare til-strekkelig flyteevne ved Stein-Hall-viskositeter på opptil 120 s.

Klebemidlet ifølge oppfinnelsen kan fremstilles ved

å sette et pulver av fullstendig gelatinert stivelse til et på forhånd fremstilt énkomponent-klebemiddel inneholdende

delvis svellet stivelse og dispergere pulveret grundig, inntil det er dannet en homogen blanding. Pulveret tilsettes i slike mengder at der fåes et totalinnhold av stivelsestørrstoff på 10 - 40 vekt% og et vektforhold mellom fullstendig gelatinert og delvis svellet stivelse på fra 0,2:100 til

2:1.

Med særlig fordel kan klebemidlet fremstilles ved en ny fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen, hvilken utmerker seg ved at (a) fullstendig gelatinert stivelse, ugelatinert stivelse og vann kombineres i slike mengder at blandingen totalt får et inn-hold av 10-40 vekt% stivelsestørrstoff, med et vektforhold mellom fullstendig gelatinert stivelse og ugelatinert stivelse på fra 0,2:100 til 2:1, pH-verdien innstilles på 8-13 og blandin-gens temperatur holdes i området 20-75 C, inntil den har nådd en Stein-Hall-viskositet på 55-130 sekunder, hvorpå (b) svelningsreaksjonen avbrytes ved tilsetning av en reaksjons-inhibitor i en slik mengde at den endelige blanding får et gelpunkt på 52-75°C og en Stein-Hall-viskositet på 50-120 sekunder..

Mest fordelaktig fremstilles den fullstendig gelatinerte stivelse in situ ved at en blanding av ugelatinert stivelse og vann inneholdende 0,02-25 vekt% stivelse holdes ved en temperatur i området 20-100°C, eventuelt i nærvær av syre eller base, inntil stivelsen er fullstendig gelatinert.

Denne fremgangsmåte innebærer den fordel at der kun anvendes ett utgangsmateriale, nemlig ugelatinert stivelse, således at det ikke er nødvendig med separate - tanker for hver komponent. Dessuten sikres en fullstendig homogen dispergering av begge komponenter i blandingen.

Den sistnevnte fordel o<p>pnåes også hvis den fullstendig gelatinerte stivelse tilsettes i form av et fullstendig gelatinert stivelsespulver.

Klebemidlet ifølge oppfinnelsen kan på kjent måte tilsettes klebrigjørende middel og/eller konserveringsmiddel.

Denne tilsetning kan foretas på et hvilket som helst trinn

av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Den anvendte stivelsestype er i de etterfølgende eksempler maisstivelse, men hvetestivelse, potetstivelse, tapiocastivelse og lignende stivelsestyper er like velegnede. Disse stivelsestyper kan være umodifiserte eller kjemisk modifiserte, f.eks. oxyderte, syremodifiserte eller enzym-modifiserte, eller de kan være kjemiske derivater, dvs. stivelsesetere og -estere.

Reaksjonsinhibitoren i trinn(b) kan være en hvilken som helst tilsetning eller endring som bevirker at reaksjons-blandingens egenskaper avviker fra de som kreves for svelling av stivelsen. I denne henseende har det vist seg særlig effek-tivt at reaksjonsstopperen er borax, alun, et annet surt materiale, kaldt vann eller is.

I de følgende utførelseseksempler måles Stein-Hall-viskositeten i et standard Stein-Hall-beger ved 38 - 43°C, og de fundne viskositeter angis i sekunder.Et Stein-Hall-beger er et viskositetsmåleapparat i hvilket man måler den tid det tar for 100 ml klebemiddel å passere mellom to tapper gjennom en smal åpning. Destillert vann av romtemperatur passerer mellom de to tapper på 15 sekunder.

Som før nevnt måles gelatineringshastigheten i et standard Brabender-viskositetsmåleapparat, og de fundne gelatineringshastigheter angis i BU/min. I et Brabender-apparat måles viskositeten som funksjon av temperaturen og/eller tiden. De oppnådde viskositetsangivelser svarer ikke til noen annen form for viskositetsangivelser.

Den anvendte base er i eksemplene natriumhydroxyd, men kaliumhydroxyd eller andre basiske materialer er like anvende-lige.

Oppfinnelsen belyses nærmere i de følgende eksempler.

Eksempel 1

En blanding av 15 g umodifisert maisstivelse og 160 ml vann oppvarmes til 9 5°C. Etter 10 minutter er stivelsen fullstendig gelatinert, og det tilsettes 480 kaldt vann og 205 g umodifisert maisstivelse.

Til denne oppslemning settes 4 g NaOH i 40 ml vann ved 25°C. Denne blanding omrøres, og man lar den reagere i 15 minutter, hvoretter det tilsettes 3 g borsyre, og blandingen røres ferdig i 15 minutter. Det erholdte klebemiddel har en Stein-Hall-viskositet på 50 s, et gelpunkt på 65°C, en pH-verdi på 11,9 og en gelatineringshastighet på 3400 BU/min.

Eksempel 2

Dette eksempel illustrerer anvendelse av et fullstendig gelatinert maisstivelsespulver.

En blanding av 5 g fullstendig gelatinert maisstivelse

og 95 g umodifisert maisstivelse blandes med 310 g vann ved en temperatur på 38°C.

Til denne oppslemning settes 60 g vann inneholdende

3 g NaOH ved en temperatur på 54°C. Denne blanding omrøres,

og man lar den reagere i ca. 15 min., hvoretter det tilsettes

2 g borsyre, og blandingen omrøres i 15 min. Det erholdte klebemiddel har en Stein-Hall-viskositet på 52 s, et gelpunkt på 62°C, og en gelatineringshastighet på 4200 BU/min.

Det fremstilte klebemiddel ble benyttet for fremstilling av en bølgepapp bestående av 150 g/m<2> liner / 112 g/m<2> fluting / 110 g/m2 testliner / 112 g/m<2> fluting / 150 g/m<2> liner. Maskinhastigheten kunne økes med 69% sammenlignet med et tilsvarende tilfelle hvor det ble benyttet et konvensjonelt "NO-CARRIER"-klister med et gelpunkt på 58°C og en gelatineringshastighet på 1800 BU/min.

Eksempel 3

Dette eksempel illustrerer anvendelsen av konserveringsmiddel og klebriggjørende middel sammen med den fullstendig gelatinerte stivelse. En blanding av 73 ml vann, 0,5 g 37%-ig formalin, 0,5 g borsyre og 7 g maisstivelse oppvarmes til 95°C. Etter 10 minutter er stivelsen fullstendig gelatinert,

og der tilsettes 218 ml kaldt vann og 93 g maisstivelse.

Til denne oppslemning settes 2 g NaOH i 160 ml vann ved 25°C. Denne blanding omrøres, og man lar den reagere i 15 minutter, hvoretter der tilsettes 1 g. borsyre, og blandingen røres ferdig i 15 minutter. Det erholdte klebemiddel har en Stein-Hall-viskositet på 60 s, et gelpunkt på 66°C, en pH-verdi på 12 og en gelatineringshastighet på 3000 BU/min.

Det fremstilte klebemiddel ble benyttet for fremstilling av en bølgepapp bestående av 175 g/m liner / 127 g/m fluting / 127 g/m<2> fluting / 127 g/m<2> fluting / 175 g/m<2> liner. Maskinhastigheten kunne økes med 38% sammenlignet med et tilsvarende tilfelle hvor det ble benyttet et konvensjonelt "NO-CARRIER"-klister med et gelpunkt på 57°C og en gelatineringshastighet på 1600 BU/min.

Eksempel 4

Dette eksempel viser tilsetning av fullstendig gelatinert stivelse sist i prosessen.

En blanding av 100 g umodifisert maisstivelse og 310 ml vann ved 40°C tilsettes 2,9 g NaOH i 60 ml vann ved 52°C. Denne blanding omrøres, og man lar den reagere i 30 minutter, hvoretter der tilsettes 1,7 g borsyre., 0,7 g formalin og 2,5 g fullstendig gelatinert maisstivelse, og blandingen røres ferdig i 20 minutter. Det erholdte klebemiddel har en Stein-Hall-viskositet på 60 s, et gelpunkt på 63°C, en pH-verdi på 12,2 og en gelatineringshastighet på 4600 BU/min.

Eksempel 5

Dette eksempel viser fremstilling av et klebemiddel med høyt gelpunkt.

En blanding av 0,5 g fullstendig gelatinert maisstivelse og 100 g umodifisert maisstivelse blandes med 310 ml vann ved en temperatur på 39°C.

Til denne oppslemning settes 60 g vann inneholdende 2,9 g NaOH ved en temperatur på 53°C. Denne blanding omrøres, og

man lar den reagere i 20 minutter, hvoretter der tilsettes 1,7 g borsyre, 0,7 g formalin, 14,5 g fullstendig gelatinert maisstivelse og 5,6 g sitronsyre, og blandingen røres ferdig i 30 minutter. Det erholdte klebemiddel har en Stein-Hall-viskositet på 85 s, et gelpunkt på 75°C og en gelatineringshastighet på 3900 BU/min.'

Eksempel 6

Dette eksempel viser anvendelsen av en modifisert stivelse.

En blanding av 15 g sterkt oxydert maisstivelse og 160 ml vann oppvarmes til 95°C. Etter 10 minutter er stivelsen fullstendig gelatinert, og der tilsettes 480 ml kaldt vann og 205 g umodifisert maisstivelse.

Til denne oppslemning settes 4,5 g NaOH i 40 ml vann ved 25°C. Denne blanding omrøres og man lar den reagere i 25 minutter, hvoretter der tilsettes 3 g borsyre og blandingen røres ferdig i 30 minutter. Det erholdte klebemiddel har en Stein-Hall-viskositet på 62 s, et gelpunkt på 62°C, en pH-verdi på 12 og en gelatineringshastighet på 3300 BU/min.

Eksempel 7

Dette eksempel illustrerer fremstilling av et klebemiddel med lavt gelpunkt.

En blanding av 15 g fullstendig gelatinert maisstivelse og 160 ml vann ved en temperatur på 20°C tilsettes 480 ml vann ved 46°C og 205 g umodifisert maisstivelse.

Til denne oppslemning settes 4,5 g NaOH i 40 ml vann

ved 30°C. Denne blanding reagerer i 10 minutter, hvoretter der tilsettes 3 g borsyre,og blandingen røres ferdig i 20 minutter. Det erholdte klebemiddel har en Stein-Hall-viskositet på 70 s, et gelpunkt på 55°C, en pH-verdi på 12,2, og en gelatineringshastighet på 2400 BU/min.

Eksempel 8

Dette eksempel illustrerer fremstillingen av en blanding med særlig høy gelatineringshastighet.

En blanding av 100 g umodifisert maisstivelse og 310 ml vann ved 38°C tilsettes 2,9 g NaOH i 60 ml vann ved 55°C. Denne blanding omrøres, og man lar den reagere i 20 minutter, hvoretter der tilsettes 1,7 g borsyre, 0,7 g formalin, 5 g fullstendig gelatinert maisstivelse og 4,3 g sitronsyre, og blandingen røres ferdig i 25 minutter. Det erholdte klebemiddel har en Stein-Hall-viskositet på 51s, et gelpunkt på 75 C, en pH-verdi på 11,9 og en gelatineringshastighet på

7100 BU/min.

Ekempel 9

En blanding av 0,2 g fullstendig gelatinert maisstivelse og 100 g umodifisert maisstivelse blandes med 400 g vann ved en temperatur på 45°C.

Til denne oppslemning settes 60 g vann inneholdene 2 g NaOH ved en temperatur på 65°C. Blandingen omrøres, og den tillates å reagere i ca. 2 0 minutter, hvoretter det tilsettes 1,8 g borsyre og blandingen deretter omrøres i 15 minutter. Det erholdte klebemiddel har en Stein-Hall-viskositet på 75 s, et gelpunkt på 70°C, en pH-verdi på 10,2 og en gelatineringshastighet på 2600 BU/min.

Eksempel 10

En oppslemning av 30 g umodifisert maisstivelse og

o

93 g vann av temperatur 40 C tilsettes 18 g vann av temperatur

6 0°C og inneholdende 0,9 gNaOH. Blandingen omrøres og tillates å reagere i 10 minutter, hvoretter det tilsettes 0,5 g borsyre og blandingen omrøres i 10 minutter. Til den erholdte blanding

o

settes 610 g vann av temperatur 30 C, 1 g sitronsyre og 60 g fullstendig gelatinert maisstivelse. Det erholdte klebemiddel har en Stein-Hall-viskositet på 120 s, et gelpunkt på 71°C, en pH-verdi på 8,4 og en gelatineringshastighet på 2500 BU/min.

Claims (5)

1. Klebemiddel bestående av stivelse, vann og alkali i slike mengdeforhold at blandingen inneholder 10-40 vekt% stivel-sestørrstof f og har en pH-verdi i området 8-13 og et gelpunkt på 52-75°C, karakterisert ved at stivelsen består av fullstendig gelatinert stivelse og delvis svellet stivelse i et vektforhold på fra 0,2:100 til 2:1,idet det nevnte vektforhold og gelatineringsgraden av den delvis svellede stivelse er avpasset slik at klebemidlets Stein-Hall-viskositet er 50-120 sekunder.

2. Klebemiddel ifølge krav 1, karakterisert ved at stivelsen er umodifisert maisstivelse, og at vektforholdet mellom fullstendig gelatinert stivelse og delvis svellet stivelse er fra 0,5:100 til 1:1.

3. Fremgangsmåte ved fremstilling av et klebemiddel ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at (a) fullstendig gelatinert stivelse, ugelatinert stivelse og vann kombineres i slike mengder at blandingen totalt får et inn-hold av 10-40 vekt% stivelsestørrstoff, med et vektforhold mellom fullstendig gelatinert stivelse og ugelatinert stivelse på fra 0,2:100 til 2:1, pH-verdien innstilles på 8-13 og blandin-gens temperatur holdes i omradet 20-75 o C, inntil den har na„dd en Stein-Hall-viskositet på 55-130 sekunder, hvorpå (b) svelningsreaksjonen avbrytes ved tilsetning av en reaksjons-inhibitor i en slik mengde at den endelige blanding får et gelpunkt på 52-75°C og en Stein-Hall-viskositet på 50-120 sekunder.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at den fullstendig gelatinerte stivelse fremstilles in situ ved at en blanding av ugelatinert stivelse og vann inneholdende 0,02-25 vekt% stivelse holdes ved en temperatur i omra• det 2 0-1 00 oC, eventuelt i nærvær av syre eller base, inntil stivelsen er fullstendig gelatinert.

5. - Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at den fullstendig gelatinerte stivelse tilsettes i form av et fullstendig gelatinert stivelsespulver.