ES2263775T3 - Adhesivos stein-hall de elevado contenido en materia seca y metodo de preparacion del mismo. - Google Patents
Adhesivos stein-hall de elevado contenido en materia seca y metodo de preparacion del mismo.Info
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Abstract
Método para preparar un adhesivo Stein-Hall que comprende las fases de: u preparar un componente vehículo gelatinizando al menos una parte del total de almidón que hay en el adhesivo en un medio alcalino; u diluir el componente vehículo con un volumen de agua; y u añadir el almidón secundario restante; donde, en una primera fase, dicho componente vehículo se prepara empleando parte de la base y, en una segunda fase, el componente vehículo se diluye con un volumen de agua, seguido de adición de al menos una parte del almidón secundario, caracterizado porque se prepara un adhesivo Stein Hall de elevado contenido en materia seca, de entre un 32 y un 45% en peso de partículas sólidas de almidón en seco, usando un único recipiente de mezcla, donde, en la primera fase, dicho componente vehículo se prepara en tal único recipiente de mezcla y, en una tercera fase, se añade la base restante en forma diluida junto con el almidón secundario.
Description
Adhesivos Stein-Hall de elevado
contenido en materia seca y método de preparación del mismo.
La presente invención se refiere a un método
para preparar un adhesivo Stein Hall que comprende las fases de:
- -
- preparar un componente vehículo gelatinizando al menos una parte del total del almidón en el adhesivo en un medio alcalino;
- -
- diluir el componente vehículo con un volumen de agua; y
- -
- añadir el almidón secundario restante,
donde, en una primera fase, dicho componente
vehículo se prepara utilizando parte de la base y, en una segunda
fase, el componente vehículo se diluye con un volumen de agua,
seguido de adición de al menos una parte del almidón secundario.
La invención también se refiere a un adhesivo
Stein Hall de elevado contenido en materia seca (denominado también
adhesivo o cola Stein Hall de alta concentración) con entre un 32 y
un 45% en peso de partículas sólidas de almidón en seco que se
obtiene empleando tal método.
Los adhesivos basados en almidón son bien
conocidos en la industria del cartón ondulado. Entre los adhesivos
utilizados, los adhesivos de tipo Stein Hall son los más
comunes.
Es generalmente conocido que los adhesivos Stein
Hall comprenden un componente vehículo de adhesivo que se obtiene
gelatinizando aproximadamente entre un 10 y un 20% del almidón total
de la cola usando sosa cáustica. La pasta resultante se enfría y
diluye a continuación con agua y el almidón restante se añade
después como almidón granulado natural. También se añade bórax
(entre 1,5 y 2,5%).
En la US 4.917.870 por ejemplo, se describe un
equipo empleado para preparar colas de almidón. El equipo comprende
un eje sustancialmente vertical; este recipiente está provisto de un
agitador que actúa en su nivel inferior; también comprende tubos
para suministrar al recipiente todos los componentes de la cola a
fabricar, introduciéndose el almidón neumáticamente en forma de
polvo a través de un tubo. El tubo atraviesa la pared del recipiente
desde fuera hacia adentro en un nivel próximo a la parte inferior
del recipiente y en los alrededores del agitador. La preparación de
las colas de almidón comprende las fases de: primero introducir agua
en el tanque, añadir almidón de maíz, calentar el almidón, mezclar
con agua y después añadir una disolución de NaOH, y posteriormente
añadir agua de nuevo, el resto del almidón y finalmente bórax.
En estas circunstancias, la concentración máxima
de almidón total en este tipo de formulaciones Stein Hall no
sobrepasa el 25%, aunque se han documentado valores de hasta un 30 a
un 37% en peso seco. Estos altos valores se obtuvieron cuando se
redujo la viscosidad del vehículo mediante a una reacción de
oxidación o equivalente.
La desventaja de estos adhesivos de baja
concentración consiste en que tienen altos contenidos en agua, una
velocidad de adhesión reducida y se retrasa el secado de la capa de
adhesivo en la fase de adhesión. Además, los adhesivos con un
contenido más elevado de materia seca consumen menos energía ya que
se tienen que evaporar cantidades menores de agua.
Por tanto, se prefieren concentraciones de
almidón más elevadas en la cola. Aunque, también se sabe que, cuando
se usa almidón como agente aglutinante, hay un límite en la cantidad
máxima de almidón que se puede emplear. Con grandes cantidades de
almidón, la cantidad de agua se hace insuficiente para garantizar la
adhesión deseada y al mismo tiempo la viscosidad aumenta
demasiado.
En el estado de la técnica anterior ya ha se han
descrito adhesivos basados en almidón. En la EP 0 038 627 se
describe un adhesivo basado en almidón compuesto por una fracción de
almidón completamente gelatinizada y una fracción de almidón
parcialmente hinchada, esto en una proporción entre 0,2:100 y 2:1.
El adhesivo puede contener entre un 10% y un 40% en peso de
partículas sólidas de almidón en seco. La fracción gelatinizada se
obtiene mediante tratamiento térmico a 95ºC o más y no vía mezcla
con bases concentradas como en una formulación Stein Hall clásica.
De hecho, es un adhesivo tipo no-vehículo al cual se
añade una fracción de almidón gelatinizado para mejorar la
pegajosidad en húmedo del adhesivo.
En la EP 0 576 221 se describen composiciones de
adhesivo que comprenden entre el 15 y el 35% en peso de partículas
de almidón sólidas. Una cantidad sustancial del almidón se hincha
parcialmente (preferentemente entre el 20 y el 50%).
La EP 0 376 301 describe un adhesivo que se
prepara tratando una lechada de almidón en un horno de cocción de
chorro a una temperatura de entre 120 y 200ºC para obtener una
dispersión gelatinizada. El almidón no gelatinizado se añade después
a esta dispersión gelatinizada. El contenido total de partículas de
almidón sólidas en esta fórmula, tal como se ilustra en el ejemplo,
varía entre el 32 y el 40%.
También en la GB 1 571 336 se describe un método
para preparar un adhesivo acuoso basado en almidón. En este método,
se prepara un componente vehículo de almidón molecularmente disperso
a un contenido en sólidos de entre un 3% y un 40% en peso cociendo
una lechada de almidón en un horno de cocción de chorro. El
componente vehículo se mezcla después con una lechada de almidón no
gelatinizado. La base se añade a la mezcla resultante.
Los adhesivos descritos en estas solicitudes no
son composiciones Stein Hall típicas.
En la EP 1 101 809 se describen adhesivos
basados en almidón con elevado contenido de materia seca que
contienen como mínimo un 40% y preferentemente al menos un 46% de
materia seca. Este alto contenido en materia seca se consigue
añadiendo sales inorgánicas, preferentemente carbonato de calcio, al
adhesivo basado en almidón. La relación almidón/carga es de al menos
60:40. El adhesivo puede ser de tipo Stein-Hall, sin
vehículo o tipo Minocar.
En la EP 0 409 240 se describe un adhesivo con
una lechada de almidón a alta concentración que comprende entre un
20 y un 60% en peso de partículas de almidón sólidas. Este adhesivo
se estabiliza añadiendo una goma, por ejemplo goma xantano o
rhamsan, y algún hidróxido de sodio.
En la WO 9850478 se describen composiciones
adhesivas de alto contenido en secos que contienen una cantidad
sustancial de un silicato alcalino soluble en agua, junto con
almidón, bórax e hidróxido de sodio. En los ejemplos se describen
composiciones adhesivas que contienen hasta un 45% de partículas
sólidas.
Parte de los documentos del estado anterior de
la técnica citados no se refieren a adhesivos de tipo Stein Hall,
por ejemplo la EP 0 038 627, la EP 0 576 221, la EP 0 376 301 y la
EP 0 409 240.
Los otros dos documentos citados, es decir la EP
1 101 809 y la WO 9850478, pueden comprender adhesivos de tipo Stein
Hall aunque difieren sustancialmente de las formulaciones estándar
en que contienen material de carga inorgánico que proporciona el
elevado contenido en materia seca de la cola.
En el estado de la técnica, se describen más
adhesivos de tipo Stein Hall con elevado contenido en materia
seca.
En la US 3.912.531 se describen adhesivos de
elevado contenido en materia seca de tipo Stein Hall que contienen
hasta un 40% en peso de partículas de almidón.
Sin embargo, la desventaja de este tipo de
adhesivos Stein Hall de elevado contenido en materia seca consiste
en que se producen usando un almidón fluidizado, con una fluidez de
entre 25 y 90, como almidón vehículo o como parte del almidón
vehículo.
La EP 0 049 009 también describe colas de tipo
Stein Hall con un elevado contenido en materia seca. El problema de
fondo de este documento de patente es cómo obtener una cola de alto
DS final en la que la viscosidad no aumente sustancialmente y en la
que la mezcla se pueda ir bombeando. De hecho, la cola debe mostrar
estabilidad de almacenamiento y una viscosidad viable.
En este documento de patente se afirma que no se
pueden obtener colas con un elevado contenido en materia seca con la
tecnología convencional para preparar adhesivos tipo Stein Hall (que
tienen un bajo contenido en materia seca). Como ya se ha descrito,
el método con el que se preparan estos tipos de colas de Stein Hall
consiste en preparar el vehículo y después diluirlo para reducir la
alcalinidad. Cuando no se reduce la alcalinidad, la adición de un
almidón secundario afectaría haciendo que se hinche el gránulo y se
desestabilice la viscosidad. Sin embargo, si se tienen que obtener
colas con un elevado contenido en materia seca, la dilución es
insuficiente para evitar una hinchazón no deseada del gránulo.
Además de esto, la combinación de un vehículo menos diluido y una
alta concentración de almidón secundario da como resultado una
composición no viable.
La solución a este problema que se propone en la
solicitud EP 0 049 009 consiste en oxidar el componente vehículo y
después gelatinizar el almidón oxidado en presencia de la cantidad
necesaria de hidróxido de sodio, reduciendo así la viscosidad del
vehículo a un valor que hace posible añadir el almidón secundario
necesario. Este almidón secundario se añade después hasta alcanzarse
un 40% de contenido en sólido en la cola. Se debe hacer hincapié en
que el componente vehículo de almidón en la cola representa más del
14% de la materia seca de almidón presente en la cola.
La desventaja de este método es que se obtienen
colas con un elevado contenido de enteria seca teniendo que
emplearse almidones con una viscosidad reducida en el componente
vehículo.
Los almidones de viscosidad reducida que se
mencionan en los documentos de patente del estado de la técnica son
normalmente almidones fluidizados o almidones oxidados donde los
almidones fluidizados se obtienen mediante degradación química o
enzimática.
En la US 6.048.391 se describe un proceso para
preparar una cola basada en almidón para fabricar un cartón
ondulado. El proceso se realiza en un sistema que incluye un primer
recipiente de mezcla relativamente grande que contiene un agitador.
Un segundo recipiente de mezcla más pequeño se conecta al primer
recipiente de mezcla mediante una vía de recirculación. El segundo
recipiente de mezcla más pequeño contiene medios para ejercer una
fuerza de cizallamiento mayor que la fuerza de cizallamiento que se
ejerce en el primer recipiente más grande. El proceso se lleva a
cabo en dos fases. En una primera fase se suministra agua y almidón
para formar un vehículo en el primer recipiente de mezcla, y
después se transporta la el vehículo resultante al segundo
recipiente de mezcla. Se añade primero lejía de forma controlada en
el segundo recipiente de mezcla para preparar el vehículo. En una
segunda fase, se añade más cantidad de almidón, agua, bórax y una
segunda dosis de lejía al vehículo mientras está en el recipiente
pequeño.
La desventaja de este sistema es que se
proporciona un recipiente de mezcla adicional en el que se introduce
un bucle circulante. De este modo, se proporciona una técnica más
compleja y más costosa. Además, los adhesivos Stein Hall que se
obtienen con este método no tienen un contenido elevado en materia
seca.
El propósito de la invención consiste en
preparar un adhesivo Stein Hall que no presente las desventajas
mencionadas anteriormente.
Este propósito se consigue proporcionando un
método para preparar un adhesivo Stein Hall que comprende las fases
de:
- -
- preparar un componente vehículo gelatinizando como mínimo una parte del total de almidón que hay en el adhesivo en un medio alcalino;
- -
- diluir el componente vehículo con un volumen de agua; y
- -
- añadir el almidón secundario restante;
donde, en una primera fase, dicho componente
vehículo se prepara empleando parte de las bases y, en una segunda
fase, el componente vehículo se diluye con un volumen de agua,
seguido de adición de al menos una parte del almidón secundario,
preparándose un adhesivo Stein Hall con un elevado contenido en
materia seca, de entre un 32 y un 45% en peso de partículas sólidas
secas de almidón, usando un único recipiente de mezcla, donde, en la
primera fase, dicho componente vehículo se prepara en el recipiente
de mezcla único y, en una tercera fase, se añade la base restantes
en forma diluida junto con el almidón secundario.
En un método preferente según la invención, la
adición del almidón secundario restante y de la base se desarrolla
por etapas.
Esto tiene la ventaja de que el almidón
secundario no se somete directamente a concentraciones alcalinas
excesivamente altas, evitando así que se hinche de manera prematura
el almidón secundario.
En un método especialmente preferente según la
invención, la adición de la base y el almidón se realiza en al menos
dos etapas.
En un método específico según la invención,
durante la primera fase se prepara un componente vehículo que
contiene entre un 2 y un 9% del total de almidón mezclando el
almidón con agua y la base hasta que el almidón se gelatiniza.
En un método más específico según la invención,
en la primera fase el contenido de base en el componente vehículo es
normalmente inferior a 2/3 de la cantidad total necesaria en la
formulación adhesiva.
En otro método específico según la invención, en
la segunda fase el componente primario se diluye con un volumen de
agua que corresponde a entre un 60 y un 85% del volumen del
componente vehículo.
En un método más específico según la invención,
en la segunda fase se añade entre un 50 y un 75% del almidón
secundario.
En un método preferente según la invención,
después de la tercera fase se añade bórax.
La ventaja de esto consiste en que se mejora la
pegajosidad inicial y se regula la capacidad de retención y
penetración de agua en el adhesivo.
El propósito de la invención se consigue también
proporcionado un adhesivo Stein Hall de un alto contenido en materia
seca obtenido con un método tal como el descrito, que
- -
- contiene entre un 32 y un 45% de almidón natural o estabilizado;
- -
- la proporción entre el vehículo de almidón y el almidón secundario está comprendida entre 1:50 y 1:11;
- -
- presenta una viscosidad Bauer comprendida entre 21 s y 60 s; y
- -
- la concentración de base en la cola es suficiente como para proporcionar un SGP (punto de comienzo de la gelatinización) de entre 45ºC y 53ºC.
En un adhesivo Stein Hall de alto contenido en
materia seca preferente según la invención, el almidón natural o
estabilizado se obtiene a partir de cereales, tubérculos o
raíces.
El método para preparar las colas de la
invención comprende varias fases consecutivas;
- -
- durante la primera fase, se prepara un componente vehículo que contiene entre el 2 y el 9% del total de almidón mezclando el almidón con agua y bases hasta que el almidón se gelatiniza. El contenido de base en el componente vehículo es normalmente inferior a 2/3 de la cantidad total necesaria en la formulación del adhesivo;
- -
- durante la siguiente fase, el componente vehículo se diluye con un volumen de agua que corresponde a entre un 60 y un 85% del volumen del componente vehículo, seguido de adición de al menos la mitad y como máximo el 75% del almidón secundario;
- -
- en otra fase, se añade la base restante en forma diluida junto con el almidón secundario.
La adición del almidón restante y la base se
puede realizar al mismo tiempo o por etapas. Cuando la adición se
realiza simultáneamente, se debe tener cuidado de no exponer el
almidón directamente a la base.
Durante la adición por etapas, la base se añade
primero a la mezcla de las fases primera y siguiente, seguido de
adición del almidón secundario restante. La adición por etapas de
bases y almidón se lleva cabo, preferentemente, en dos o más fases.
Finalmente se añade el bórax para acabar la cola.
Los adhesivos de tipo Stein Hall de elevado
contenido en materia seca según la invención tienen las siguientes
propiedades:
- \bullet
- contienen entre un 32 y un 45% de almidón natural o estabilizado;
- \bullet
- la proporción entre el vehículo de almidón y el almidón secundario está comprendida entre 1:50 y 1:11;
- \bullet
- presenta una viscosidad Bauer comprendida entre 21 s y 60 s; y
- \bullet
- la concentración de base en la cola es suficiente como para proporcionar un SGP (punto de comienzo de la gelatinización) de entre 45ºC y 53ºC.
El almidón natural o estabilizado se puede
obtener a partir de cereales, tubérculos o raíces. Ejemplos típicos
son los almidones obtenidos a partir de maíz, trigo, cebada, patata,
tapioca o arrurruz, incluyendo los almidones del tipo ceroso y lo de
alto contenido en amilasa.
Los almidones estabilizados mencionados en la
solicitud corresponden a almidones que se han tratado física y/o
químicamente para obtener almidones menos sensibles a las bases a
temperatura ambiente o ligeramente alta. Como resultado de esto, se
evita que se hinchen de manera prematura y/o se gelatinicen de
manera incontrolada.
La ventaja de los adhesivos Stein Hall de
elevado contenido en materia seca según la invención y que se
producen según el método de la invención consiste en que no es
necesario utilizar almidones con una viscosidad reducida en el
componente vehículo, mientras que los adhesivos correspondientes
siguen presentando una excelente estabilidad de almacenamiento y
viscosidades viables. Sólo contienen almidones naturales o
estabilizados. Además, se obtiene una cola final de elevado
contenido en materia seca bombeable.
A continuación, se ilustra la presente invención
con los siguientes ejemplos que no pretenden limitar el objeto de la
invención como tal o según se expresa en las reivindicaciones
anexas.
Se preparó una cola de elevado contenido en
materia seca de la siguiente manera:
En un recipiente de 2.000 l, se preparó primero
el componente vehículo. Para ello, se mezclaron 16 l de una
disolución de NaOH al 30% en peso en una dispersión que contenía 28
kg de almidón de trigo estabilizado y 650 l de agua. La mezcla se
removió con un mezclador de alta cizalla a 1.500 rpm durante 10
minutos, dejando que se gelatinizara el almidón. El almidón del
componente vehículo corresponde al 3,25% del almidón total contenido
en la cola (proporción 1:30).
\newpage
En una fase posterior, se añadieron 550 l de
agua corriente al vehículo junto con 550 kg de almidón de trigo
estabilizado y 3 kg de bórax. Se mezcló todo a 1.500 rpm durante 5
minutos más.
Antes de añadir el resto de las bases y del
almidón, se diluyeron primero los 12 l restantes de disolución de
NaOH al 30% en peso con 100 l de agua.
A continuación se añadieron al recipiente 37 l
de base diluida y después 200 kg de almidón de trigo estabilizado.
Se removió esta mezcla durante 5 minutos antes de añadir una segunda
cantidad de 37 l de base y 138 kg de almidón. Se removió de nuevo la
mezcla intensamente. Finalmente, se añadieron los 38 l restantes de
base y los 6,5 kg de bórax mientras se removía la cola.
La formulación de adhesivo así preparada
comprende un 40% en peso de partículas sólidas de almidón y está
formada por:
\vskip1.000000\baselineskip
| Agua: | 1.300 l |
| Almidón: | 866 kg |
| Volumen: | 1.820 l |
| NaOH: | 6,25 g/l |
| Bórax: | 5,21 g/l |
\vskip1.000000\baselineskip
La cola así preparada presenta las siguientes
propiedades:
\vskip1.000000\baselineskip
| Directamente tras la preparación | Después de 30 minutos | Después de 6 horas | |
| Bauer (segundos) | 22 | 25 | 27 |
| Brookfield (mPas, 20 rpm) | 480 | 500 | 710 |
| SPG: 47ºC |
\vskip1.000000\baselineskip
En este ejemplo se describe una cola que
contiene un 40% en peso de partículas sólidas de almidón de maíz. En
un recipiente de 1.500 l se dispersaron 24 kg de almidón de maíz en
440 l de agua. A esta dispersión se añadieron 12 kg de NaOH al 33%
en peso y se removió la mezcla con un mezclador de alta cizalla a
1.500 rpm durante 12 minutos. El almidón que hay en el componente
vehículo corresponde al 4,2% del contenido total de almidón en la
cola (proporción 1:24).
En una fase posterior, se añadieron 320 l de
agua seguido de 4,5 kg de bórax y se removió la mezcla intensamente
durante 3 minutos. Después se añadieron 300 kg de almidón al
componente vehículo y se dispersaron de manera homogénea mezclando a
1.500 rpm durante 3 minutos más. Antes de añadir el resto de la base
y el almidón, se diluyó esta parte de base adicional (10 kg de NaOH
al 33%) con 100 l de agua.
Así, se añadieron al recipiente 37 l de base y
después 151 kg de almidón de maíz estabilizado y se removieron a
1.500 rpm durante 3 minutos. A continuación se añadió una segunda
cantidad de base y 100 kg de almidón y se dispersaron. Finalmente,
mientras se estaba removiendo esto, se añadieron los 35 l restantes
de base junto con 4 kg de bórax.
La formulación de adhesivo así preparada
comprende un 40% en peso de partículas sólidas de almidón y está
formada por:
| Agua: | 860 l |
| Almidón: | 575 kg |
| Volumen: | 1.200 l |
| NaOH | 6,25 g/l |
| Bórax: | 6,25 g/l |
La cola así preparada presenta las siguientes
propiedades:
| Directamente tras la preparación | |
| Viscosidad Bauer (segundos) | 48 |
| Brookfield (mPas, 20 rpm) | 1.600 |
| SGP: 48,5ºC |
Claims (10)
1. Método para preparar un adhesivo
Stein-Hall que comprende las fases de:
- \bullet
- preparar un componente vehículo gelatinizando al menos una parte del total de almidón que hay en el adhesivo en un medio alcalino;
- \bullet
- diluir el componente vehículo con un volumen de agua; y
- \bullet
- añadir el almidón secundario restante;
donde, en una primera fase, dicho componente
vehículo se prepara empleando parte de la base y, en una segunda
fase, el componente vehículo se diluye con un volumen de agua,
seguido de adición de al menos una parte del almidón secundario,
caracterizado porque se prepara un
adhesivo Stein Hall de elevado contenido en materia seca, de entre
un 32 y un 45% en peso de partículas sólidas de almidón en seco,
usando un único recipiente de mezcla, donde, en la primera fase,
dicho componente vehículo se prepara en tal único recipiente de
mezcla y, en una tercera fase, se añade la base restante en forma
diluida junto con el almidón secundario.
2. Método según la reivindicación 1,
caracterizado porque la adición del almidón secundario
restante y de la base se efectúa por etapas.
3. Método según la reivindicación 2,
caracterizado porque la adición de la base y el almidón se
efectúa en al menos dos etapas.
4. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque durante la
primera fase se prepara un componente vehículo que contiene entre un
2 y un 9% del contenido total de almidón mezclando el almidón con
agua y bases hasta que se gelatiniza todo el almidón.
5. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque durante la
primera fase el contenido de base en el componente vehículo es
normalmente inferior a 2/3 de la cantidad total necesaria en la
formulación adhesiva.
6. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque durante la
segunda fase, el componente vehículo se diluye con un volumen de
agua que corresponde a entre un 60 y un 85% del volumen del
vehículo.
7. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque durante la
segunda fase, se añade entre un 50 y un 75% de almidón
secundario.
8. Método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque después de
la tercera fase se añade bórax.
9. Adhesivo Stein Hall de elevado contenido en
materia seca obtenido mediante el método según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
- \bullet
- contiene entre un 32 y un 45% de almidón natural o estabilizado;
- \bullet
- la proporción entre el almidón primario y el almidón secundario está comprendida entre 1:50 y 1:11;
- \bullet
- presenta una viscosidad Bauer comprendida entre 21 s y 60 s; y
- \bullet
- la concentración de bases en la cola es suficiente como para proporcionar un SGP (punto de comienzo de la gelatinización) de entre 45ºC y 53ºC.
10. Adhesivo Stein Hall de elevado contenido en
materia seca obtenido mediante el método según la reivindicación 9,
caracterizado porque el almidón natural o estabilizado se
obtiene a partir de cereales, tubérculos o raíces.
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