DD226581A1

DD226581A1 - Modifizierter staerkeklebstoff

Info

Publication number: DD226581A1
Application number: DD84267371A
Authority: DD
Inventors: Achim Bohlmann
Original assignee: Verpackung Forschzent
Priority date: 1984-09-18
Filing date: 1984-09-18
Publication date: 1985-08-28
Also published as: HUT39761A; DE3524589A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen modifizierten Staerkeklebstoff fuer die wasserfeste Verklebung von Papier und Karton und dgl. Sie bezweckt die Vermeidung eines gesundheitsschaedigenden Einflusses bei Verarbeitbarkeit auf fuer waessrige Systeme ueblichen Maschinen, indem der Austritt von Formaldehyd vermieden wird. Dies wird erreicht, indem ein Gemisch, bestehend aus 5 bis 99,5 Masse-% Staerke und 95 bis 0,5 Masse-% eines Kondensationsproduktes aus 1 Mol Cydohexanon und 0,8 bis 3 Mol Formaldehyd zu einem Anteil von 15 bis 85 Masse-% in Wasser dispergiert ist.

Description

Dresden, den 6.8.1984 44-Ho/bi - P 53

Modifizierter Stärkeklebstoff Anwendungsgebiet der Erfindung

Oie Erfindung betrifft einen modifizierten Stärkeklebstoff für die wasserfeste Verklebung von Papier und Karton und dgl.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit, wie sie z.B. notwendig ist in der Wellenbahn von Wellpappe, wird erzielt durch Imprägnieren des Wellenmaterials oder durch Verkleben von zwei 3ahnen untereinander. Dabei wird verlangt, daß die Klebeverbindüngen auch bei einer hohen relativen Luftfeuchtigkeit die erhöhte mecnanische Festigkeit gewährleisten. Von Wellpappe wird weiterhin verlangt, daß die Klebeverbindungen der Weilenbahn mit den Deckbahnen auch bei Wassereinwirkung erhalten bleibt, schließlich sollen die KlebeverDindungen in den üblichen Maschinen, die für die Anwendung wäßriger Systeme ausgelegt sind, ausführbar sein.

Bekannt ist der Einsatz von Klebstoffen auf Basis synthetischer Polymere unter Zusatz verschiedener Harze oder auf Basis von harzverstärkten Leimen.

Aus DE-OS 1800834 ist ein Wellpappenklebemittel, bestehend aus 10 bis 40 Masse% Stärkefeststoff und einem Zusatz von 2 bis 25 Teilen Harnstoff-Formaldehyd- oder Melamin-Formaldehyd-Harz: auf 100 Teile Stärke mit einem pH-Wert von 8 bis 13, einem Gelierungspunkt von 57 bis 71° C und einer Stein-Hall-Viskosität

von 15 bis 60 Sekunden bekannt. Dabei erfolgt die pH-Einstellung und der Abbruch der Reaktion durch den Zusatz geringer Mengen von Alaun oder Borax.

Aus DE-OS 2340509 ist bekannt, daß der Stärke während des alkaiischen Aufschlusses Harnstoff und Formaldehyd als Umsetzungsprodukt aus beiden Reaktionspartnern hinzugefügt wird, wobei 0,5 bis 1,6 Mol Formaldehyd mit 1 Mol Harnstoff bei Temperaturen von 20 bis 10O⁰C und einem pH £ 10 reagieren. Der Harnstoff kann bis zu 10 % durch andere mit Formaldehyd kondensierbare Stoffe, wie Phenol, Thioharnstoff, Dicyandiamid oder Melamin ersetzt werden·

USP 3984275 beschreibt eine Stärkeklebstoffkomposition mit einem Feststoffgehalt von 20 bis 65 Masse% bei einem Stärkeanteil von 15 bis 35 Masse%. Hinzugefügt werden 8 bis 12 Masse% EVA-Copolymer, 2 bis 4 Massel Polyvinylacetat und 0,01 bis 0,2 Masseteile eines wasserresistenten Harzes, bezogen auf Stärke. Als Harze werden angeführt Harnstoff- und Melamin-Formaldehyd-Kondensationsharze, bei denen das Verhältnis Formaldehyd zu Harnstoff 1,5 bis 2,1 beträgt.

Aus USP 4400480 ist eine Klebstoffkomposition für die Herstellung von Wellpappe bekannt, die aus 10 bis 40 Masse% ungelatinierter und gelatinierter Stärke mit einem Alkaligehalt von 0,3 bis 5 Masse%, bezogen auf Stärke bei einem Wassergehalt von 54 bis 89 Massel und 5 Masse% Borax besteht. Hinzugefügt werden 0,3 bis 10 Massel, bezogen auf den trockenen Stärkeanteil, wasserlösliches Reaktionsprodukt aus Aceton und Formaldehyd, das bei 20-80⁰C unter alkalischen Bedingungen bei einem Molverhältnis von 1 Mol Aceton zu 2 bis 5,7 Mol Formaldehyd erzeugt wurde. Unter den Bedingungen verbleibt ein nichtreagierter Anteil von 0,1 bis 2 Massel Formaldehyd.

Aus USP 4094718 ist ein mit Polyvinylalkohol modifizierter Stärkeklebstoff für die Herstellung von Wellpappe bekannt, der bis 20 Massel Stärke (ungelatiniert : gelatiniert = 85 % : 15 %) und bis 5Masse% Polyvinylalkohol enthält. Zu der alkalischen Stärkelösung werden geringe Mengen Borax und 3 bis 7 Massel eines Harzes aus der Kondensation von Harnstoff/For-

maldehyd, Keton/Formaldehyd, Melamin/Formaldehyd und Resorcinol/Formaldehyd hinzugefügt.

Nachteilig ist bei diesen Lösungen, daß die Klebstoffe nach ihrer Anwendung Formaldehyd abgeben, so daß damit geklebte Gegenstände gesundheitsschädlich sind. Dadurch ist beispielsweise die Anwendung zur Herstellung von Verpackungsmitteln für Lebensmittel nicht möglich.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Klebstoffes, der bei seiner Anwendung keinen gesundheitsschädigenden Einfluß ausübt, feuchtigkeitsbeständige Verklebungen von Papier sichert und auf üblichen Maschinen, die für die Anwendung wäßriger Systeme ausgelegt sind, verarbeitbar ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung hat die Aufgabe, kein freies Formaldehyd zuzulassen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem ein Gemisch, bestehend aus 5 bis 99,5 Massel Stärke und 95 bis 0,5 Masse%, jeweils auf die Gesamtmasse des Gemischs bezogen, eines Kondensationsproduktes aus 1 Mol Cyclohexanon und 0,8 bis 3 Mol Formaldehyd zu einem Anteil von 15 bis 85 Masse%, bezogen auf die Gesamtmasse der Dispersion, in Wasser dispergiert ist. Die Stärke kann aus Kartoffeln oder Getreide z.B. Weizen, Mais oder Roggen oder einer anderen pflanzlichen Stärkequelle gewonnen sein. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind im Cyciohexanonring des Cyclohexanon-Formaldehydharzes ein oder z.vei Wasserstoffatome durch Alkyl-, Allyl-, Aryl-, Alkoxy- oder Aryloxy-Gruppen ersetzt. Im Gemisch können auch 0,25 bis 10 Mas- se% Polyvinylalkohol oder nichtinogene Tenside auf Basis höhermolekularer Polyäthylenglycole oder Alkylpolyglycolether zur Stabilisierung der Dispersion eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsforra der Erfindung liegt das Cyclohexanon-Formaldehydharz im Gemisch mit einem Anteil von 0,5 bis 20 Massel, bezogen auf die Gesamtmasse des Gemischs vor.

Ausfuhrunqsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem AusfUhrungsbeispiel näher erläutert

Auf ein Wellenpapier mit einer fiächenbezogenen Masse von 125 g/m wird mittels Walzenauftrag ein Klebstoff mit einer flächen-

2 bezogenen Masse von 21 g/m Feststoff folgender Zusammensetzung

aufgetragen :	27	%
Stärke	Λ	ty
Cyclohexanon-Formaidehydharz:	*+	/0
(t>O%ige Lösung)	68	«y /O
Wasser	1	/q
Polyvinylalkohol

Dieses Papier wird zwischen einem Walzenpaar mit einem gleichen

Wellenpapier mit einer flächengezogenen Masse von 125 g/m zusammengeführt und in einem auf 175 C erhitzten Riffelwalzenpaar gewellt.

Zum Vergleich wurde ein Wellenpapier mit einer flächenbezogenen

2 2

Masse von 125 g/m mittels Walzenauftrag mit ca. 20-22 g/m Feststoff einer reinen Stärke vollfiächig beschichtet und mit einem Wellenpapier mit einer flächenbezogenen Masse von 125 g/m zusammengeführt und in einem auf 175 C ernitz-ten Riffelwaizenpaar gewellt. Die so hergestellten gewellten Papiere wurden durch Verkleben mit je einer oberen und einer unteren Deck-

bahn von 175 g/m zu Wellpappe weiterverarbeitet.

Die erzeugten Wellpappen wiesen folgende Kennwerte auf: Tabelle 1

,,„_..,. Reiner Modifizierter

i^ennwen: Stärkeklebstoff Stärkeklebstof f

Flachstauchwiderstand K Pa 399 603

Kantenstauchwiderstand „ _,„

N cm ~^{2 53 72}

— i. _

Knickwiderstand N cm 59 74

Serstwiderstand B₁₀ K Pa b25 9UO

Durchstoßarbeit 3 6,a 7,0

zu Tabelle 1

Kennwert

Reiner Stärkeklebstoff

Modifizierter Stärkeklebstoff

Stauchwiderstand N der Faltschachtel mit einer 5 Grundfläche von 41 χ 31 cm berechnet aus dem Kantenstauchwiderstand

920

1110

Entscheidende Verbesserungen durch den Einsatz des modifizierten Stärkeklebstoffs wurden bei den Kennwerten der Wellpappe

10 - Flachstauchwiderstand - Kantenstauchwiderstand

erzielt, die eine Einordnung der doublierten Wellpappe in die Wellpappe 5fach nach TGL 3195/02 gestattet. Durch die Doubiierung der Wellenbahn mit dem modifizierten Stärkeklebstoff ist die Einsparung der mittleren Papierbahn möglich.

Neben der Verbesserung der Werkstoffkennwerte der Wellpappe wird durch den erfindungsgeraäßen Klebstoff eine wasserbeständige Verbindung erhalten. Es wurden Laminate aus Karton 175 g/m bei ca. 185 C mit herkömmlicher Stärke und mit modifiziertem Stärkeklebstoff hergestellt. Nach dem Konditionieren bei 20°C und 65 % relativer Luftfeuchtigkeit wurden die 15 ram breiten Streifen 1, 5 oder 24 Stunden in Wasser gegeben. Am Ende des Zeitraumes wurden die Laminate mit saugfähigem Papier ausgedrückt, um das überschüssige Wasser zu entfernen. Die Abschälbeständigkeit wurde mittels eines Schälrades entsprechend TGL 29784 ermittelt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt

Tabelle 2

Klebstoff

Schälkraft N*cm nach Wassereinwirkung

1 Stunde 5 Stunden 24 Stunden

1 Stärke

2 modifizierter Stärkeklebstoff entsprechend Erfindung

1,0*

1,45^s

Delaminierung des Klebstoff-Filmes

l,09^ä

0,94

*beim Laminat erfolgte Aufspaltung im Karton bei unbeschädigter Klebeverbindung

Der modifizierte Stärkekiebstoff, der Cyclohexanon-Formaldehydkondensatharz enthielt, ergab somit Bindungen, die auch nach 24stündiger Wassereinwirkung eine höhere Festigkeit aufwiesen als die Spaltfestigkeit des Kartons, während die mit Stärke hergestellten Laminate durch längere Wassereinwirkung aufspalteten,

Eine Untersuchung der Feuchtigkeitsbeständigkeit von Faltschachteln aus doublierter Wellpappe bei Einsatz von herkömmlichen Stärkeklebstoff mit modifiziertem Stärkeklebstoff für die Laminierung der Wellenbahn ergab hinsichtlich des Stauchwiderstandes die in Tabelle 3 angeführten Ergebnisse. Tabelle 3

Stauchwiderstand in N , Wellpappe laminiert mit

„ ..,. ,. herkömmlichen! modifiziertem

Prüf bedingungen Stärkeklebstoff StärJ<eklebstof f

Faltschachtel Faltschachtel 304 χ 253 χ 171 320 χ 190 χ 180

Ausgangswert bei 20⁰C und 65 Luftfeuchte

20⁰C und 65 % rel, 2365 · ' 2430

Lagerung bei 20⁰C

und 90 % rel, Luftfeuchte

2 Stunden 1765 1845

6 Stunden 1422 1600

8 Stunden 1104 1615

Die Faltschachteln aus Wellpappe mit einer Wellenbahn, die mit dem modifizierten Stärkeklebstoff laminiert wurde, streben mit zunehmender Lagerungszeit bei erhöhter Luftfeuchtigkeit einen Endwert des Stauchwiderstandes an, der ca» 65 % des Ausgangswertes bei Normalbedingungen von 20°G und 65 % relativer Luftfeuchte beträgt

Bei vergleichsweise hergestellten Faltschachteln aus Wellpappe

mit einer Wellenbahn, die mit herkömmlichen Stärkeklebstoff laminiert wurde, sinkt der Stauchwiderstand bei zunehmender Lagerzeit bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 90 % kontinuierlich, so daß deren Schutzwirkung unter diesen Bedingungen abnimmt. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Wellpappe stellt somit einen Verpackungswerkstoff speziell für den Export in Ländern mit tropischem Klima dar. •Reizende und toxische flüchtige Bestandteile wie bei der Verwendung von Resorcin, Harnstoff, Melamin und Aceton mit Formaldehyd wurden vermieden, wodurch keine zusätzliche Belastung der der Maschine umgebenden Luft eintritt.

Claims

Patentansprüche

1. Modifizierter Stärkeklebstoff für die wasserfeste Verklebung von Papier, Karton und dgl., dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch, bestehend aus 5 bis 99,5 Masse% Stärke und 95 bis 0,5 Masse%,jeweils auf die Gesamtmasse des Gemische bezogen, eines Kondensationsproduktes aus 1 Mol Cyclohexanon und 0,8 bis 3 Mol Formaldehyd zu einem Anteil von 15 bis 85 Masse%, bezogen auf die Gesamtmasse der Dispersion, in Wasser dispergiert ist·

2. Modifizierter Stärkeklebstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Cyclohexanonring des Cyclohexanon-Formaldehydharzes ein .oder zwei i/Vasserstoffatome durch Alkyl-, Allyl-, Aryl-, Alkoxy- oder Aryloxy-Gruppen ersetzt sind.

3. Modifizierter Stärkeklebstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich 0,25 bis 10 Massel eines stabilisierenden Dispersionsmittels, z.B." Polyvinylalkohol, höhermolekulare Polyethylenglycole oder Alkylpolyglycolether, bezogen auf die Gesamtmasse der Dispersion ohne das stabilisierende Dispersionsmittel enthalten sind«

4. Modifizierter Stärkeklebstoff nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Cyclohexanon-Formaldehydharz im Gemisch mit einem Anteil von 0,5 bis 25 Masse%, bezogen auf die Gesamtmasse des Gemischs, vorliegt.

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