ES2285996T3 - Composicion adhesiva y aplicacion de la misma en la preparacion de papel y carton ondulado. - Google Patents
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Abstract
Composición de adhesivo con un contenido de sólidos secos de por lo menos 40% que comprende, además de los componentes típicos de adhesivos como sosa, bórax, hidróxido sódico, proteínas y polímeros no sintéticos, los siguientes ingredientes: (a) una dispersión de almidón y (b) una carga, caracterizada porque la carga es carbonato cálcico que tiene una distribución de diámetros de partículas en la que por lo menos el 40% de las partículas son menores que 2 micrómetros y porque la relación de almidón a carbonato cálcico es por lo menos 50:50.
Description
Composición adhesiva y aplicación de la misma en
la preparación de papel y cartón ondulado.
La presente invención describe una composición
de adhesivo que comprende sales inorgánicas y minerales, en la que
la sal es carbonato cálcico. La invención describe también el uso de
la composición de adhesivo en la preparación de papel y/o cartón
ondulado.
Los adhesivos a base de almidón se usan
ampliamente como adhesivos de papel y cartón, particularmente en la
industria del cartón ondulado en la que éste se fabrica en un
proceso continuo. En este proceso, primero se ondula una hoja de
papel en rodillos calentados y posteriormente se une una hoja de
papel de cubierta aplicando un adhesivo a base de almidón a las
crestas de las ondulaciones en una cara. El cartón ondulado que se
obtiene de acuerdo con este proceso es el denominado cartón
ondulado "de una sola cara" mientras que un cartón "de doble
cara" tiene papeles de cubierta unidas a las dos caras del cartón
ondulado.
En la producción de cartón ondulado es esencial
que el adhesivo de almidón pueda formar rápidamente una unión entre
las superficies del papel bajo condiciones en las que se puede
aplicar una presión relativamente alta (cartón de una sola cara) y
relativamente baja (cartón de doble cara) y en las que hay un
contacto bueno y extenso (cartón de una sola cara) y posiblemente
un contacto limitado (cartón de doble cara) entre las superficies
que se han de unir. Por lo tanto, es importante que la viscosidad
del adhesivo de almidón sea tal que permita su fácil aplicación a
una superficie en movimiento y que pueda sufrir un incremento rápido
causado por gelatinización del almidón.
La gelatinización rápida del almidón se favorece
por aplicación de temperaturas altas y por inclusión de hidróxido
sódico y de un compuesto de boro, como ácido bórico o bórax, en la
composición del adhesivo. Desde 1937 se ha usado ampliamente como
adhesivo el denominado almidón "Stein-Hall". En
esta aplicación, la composición de adhesivo se caracteriza porque
el almidón está presente en forma gelatinizada y no gelatinizada. El
almidón gelatinizado actúa como "portador" y es un agente
dispersante eficaz del almidón no gelatinizado. El almidón no
gelatinizado se gelatiniza sobre la superficie del papel originando
el incremento rápido deseado de la viscosidad. Variantes de esta
composición son los adhesivos de almidón Minocar y "sin
portador", en los que todo el almidón está en forma no
gelatinizada pero hinchada parcialmente, y adhesivos en los que una
gran parte del almidón (40 a 60%) está parcialmente hinchado y el
resto no hinchado y no gelatinizado. Un adhesivo
Stein-Hall típico para el cartón ondulado contiene
agua (81,26%), almidón no gelatinizado (14,81%), almidón
gelatinizado (2,96%), hidróxido sódico (0,56%) y bórax decahidrato
(0,41%).
Otra aplicación de estos tipos de adhesivos es
en la estratificación de papel. En este caso, el pegado por el
adhesivo se realiza en toda la superficie del papel.
Además del almidón, también se usan comúnmente
dispersiones de resinas sintéticas.
La patente
JP-62-273275 se refiere a una
composición de adhesivo para preparar cartón ondulado impermeable
al agua, que consiste en una composición de látex de caucho que
tiene una resistencia excelente al agua y facilidad de pegado, que
puede ser aplicada a temperaturas bajas y que evita la formación de
alabeo. Como carga se usa bicarbonato cálcico.
La patente JP 58-17183 se
refiere a un adhesivo para la producción de cartón ondulado. El
adhesivo es sólo para un proceso Stein-Hall. La
carga que se usa no tiene limitaciones especiales excepto el
diámetro medio, que es entre 1 y 15 \mum, y que debe ser una
sustancia usada en general como carga. Ejemplos de cargas son
carbonato cálcico, bicarbonato cálcico y caolín. Los ejemplos de la
patente usan bicarbonato cálcico y el contenido total de sólidos es
como máximo 37%.
Cuando se añade al cartón, el adhesivo final
contiene generalmente una cantidad limitada de sólidos secos, como
se puede ver por la composición de adhesivo antes especificada. Se
han indicado valores máximos de hasta aproximadamente 20 a 37%,
referido a peso seco, aunque se usa como media aproximadamente 25%
de sólidos secos. Cuando se usa almidón como agente de unión, hay
un límite de la cantidad máxima de almidón que se puede incluir en
la preparación del adhesivo. Con cantidades mayores de almidón, la
cantidad de agua no es suficiente para garantizar la adherencia
deseada. Además, cuando se añade más almidón la viscosidad es
demasiado alta.
La cantidad considerable de agua que se requiere
cuando se usa almidón (por ejemplo, con una aplicación de 10
g/m^{2} de un adhesivo con un contenido de 35% sólidos secos está
presente 22,1 g/m^{2} de agua) tiene inconvenientes importantes.
El primero de todos es que se disminuye la calidad y el segundo es
que se requiere una gran cantidad de energía para evaporar el agua.
Por lo tanto, sería deseable utilizar un adhesivo que tuviera un
contenido mucho mayor de sólidos. Dicho adhesivo constituye el
objeto de la presente invención.
La presente invención describe una composición
de adhesivo a base de almidón que tiene un contenido de sólidos
secos de por lo menos 40%, preferiblemente de por lo menos 43% y más
preferiblemente de por lo menos 46%. El incremento del contenido de
sólidos secos se consigue por adición de sales inorgánicas. Por lo
tanto, los adhesivos de la presente invención que tienen un
contenido de sólidos secos de por lo menos 40% comprenden, además
de los componentes típicos de adhesivos como sosa, bórax, hidróxido
sódico, proteínas y polímeros no sintéticos, los siguientes
ingredientes:
(a) una dispersión de almidón y
(b) una carga que es carbonato cálcico,
siendo la relación de almidón a carbonato
cálcico por lo menos 50:50, preferiblemente 60:40 y más
preferiblemente entre 60:40 y 90:10.
El carbonato cálcico se caracteriza porque tiene
una distribución de diámetros de partículas en la que por lo menos
el 40% de las partículas son menores que 2 micrómetros,
preferiblemente por lo menos el 50% son menores que 2 micrómetros y
más preferiblemente por lo menos el 60% son menores que 2
micrómetros.
El almidón usado en esta solicitud puede ser
cualquier tipo de almidón y puede estar en forma de almidón natural,
almidón modificado química o enzimáticamente, almidón modificado
físicamente y almidón que contiene fracciones trituradas (almidón
B) o combinaciones de los mismos.
Se ensayó el adhesivo a base de almidón de la
composición antes mencionada encontrándose que es particularmente
útil en aplicaciones de papel y cartón ondulado. Además, se
obtuvieron buenos resultados en estratificación.
La presente invención describe una composición
de adhesivo a base de almidón que tiene un contenido de sólidos
secos de por lo menos 40%, preferiblemente de por lo menos 43% y más
preferiblemente de por lo menos 46%.
El incremento del contenido de sólidos secos se
consigue por adición de sales inorgánicas. Típicamente el tamaño de
las partículas de la sal inorgánica es menor que el de las del
almidón. Los adhesivos de la presente invención que tienen un
contenido de sólidos secos de por lo menos 40% comprenden, además de
los componentes típicos de adhesivos como sosa, bórax, hidróxido
sódico, proteínas y polímeros no sintéticos, los siguientes
ingredientes:
(a) una dispersión de almidón y
(b) una carga que es carbonato cálcico,
siendo la relación de almidón a carbonato
cálcico por lo menos 50:50, preferiblemente 60:40 y más
preferiblemente entre 60:40 y 90:10.
El carbonato cálcico se caracteriza porque tiene
una distribución de diámetros de partículas en la que por lo menos
el 40% de las partículas son menores que 2 micrómetros,
preferiblemente por lo menos el 50% son menores que 2 micrómetros y
más preferiblemente por lo menos el 60% son menores que 2
micrómetros.
Cuando se usa en la preparación de papel o
cartón ondulado no se observan influencias negativas con respecto a
la viscosidad ni hay efectos negativos con respecto al incremento o
disminución de la temperatura de gelatinización. El carbonato
cálcico es inerte en el proceso de adherencia y, por lo tanto, no
influye en los procesos químicos que puedan tener lugar. Además, se
reduce notablemente la cantidad considerable de agua que tendría que
ser evaporada antes de la presente invención.
El almidón usado en esta solicitud puede ser
cualquier tipo de almidón en lo que se refiere a su origen y puede
estar en forma de almidón natural, almidón modificado química o
enzimáticamente, almidón modificado físicamente y almidón que
contiene fracciones trituradas (almidón B) o combinaciones de los
mismos. El almidón modificado físicamente está, por ejemplo, en
forma de almidón secado por rodillos o en forma de almidón
extrudido.
El almidón usado en la presente composición se
selecciona de almidones disponibles o empleados normalmente. El
almidón puede ser de trigo, maíz, patata, tapioca o guisantes. Como
en el pretratamiento del almidón, el almidón puede ser natural o
modificado química, enzimática o físicamente. Además, como en la
preparación normal de adhesivos a base de almidón, el almidón puede
estar pregelatinizado (parcialmente) o hinchado como es el caso en
los procesos Stein-Hall normal o Minocar o sin
portador. La composición de adhesivo de la presente invención es
adecuada para uso en los tres procesos mencionados.
\newpage
De particular interés son almidones de maíz,
trigo (también almidones B de trigo), patata, tapioca, arroz y
guisantes.
Una característica adicional de las
composiciones de acuerdo con la presente invención es que no
contienen látex, poli(acetato de vinilo) ni otros polímeros,
es decir, que no se han añadido polímeros sintéticos. Esto origina
mucho menos polución medioambiental. Además, cuando se recicle el
papel o cartón, el pegado posterior no es afectado por el material
adhesivo ya presente por lo que no hay que tomar precauciones
especiales.
Como ventaja adicional del producto adhesivo de
la presente invención se observa un incremento de la resistencia
física y de otras características físicas del papel o cartón
ondulado.
En el primer ejemplo (comparativo), en los
apartados (b) y (c) se demuestra que la preparación de una
composición de adhesivo que contiene cantidades grandes de
CaCO_{3} y en la que las partículas tienen un diámetro fuera del
intervalo reivindicado no es muy práctica. La adición de 40% de
CaCO_{3} no da un producto fácil de manipular. El tiempo para
obtener el producto totalmente disuelto es demasiado largo. Si no se
desea esperar tanto tiempo, es difícil regular la viscosidad al no
ser ésta constante a lo largo del tiempo.
El segundo ejemplo muestra en los apartados (b)
y (c) los buenos resultados cuando se usa el CaCO_{3}
especificado.
Los ensayos de laboratorio del ejemplo 3
demuestran que las características físicas del cartón preparado con
cola que contiene CaCO_{3} son mejores que cuando no se añade
CaCO_{3}.
(Comparativo)
(a) Se añadió CaCO_{3} a un adhesivo normal a
base de almidón después de su preparación y antes de la preparación
de la cola. Se determinó el efecto sobre la viscosidad,
sedimentación y adherencia.
Como CaCO_{3} se usó Etiqette Violette®. Este
producto tiene las siguientes características:
| Valor del pH (10%) | 9,5 | |
| Humedad | 0,37% | |
| Densidad aparente (suelto) | 712 g/l | |
| Densidad aparente (comprimido) | 908 g/l | |
| Análisis granulométrico | ||
| >200 \mum | 43,6% | |
| >100 \mum | 82,9% |
El producto se apelmazó durante el tamizado. El
tamaño medio de las partículas de CaCO_{3} proporcionado en la
hoja de datos del producto es 2,5 \mum. Nótese que este CaCO_{3}
no está dentro de la especificación del CaCO_{3} reivindicado en
la presente invención.
(b) Primero se preparó la cola, seguido de la
adición del CaCO_{3}.
El producto es uno a base de C*Gum® 20412
(Cerestar), que es una mezcla de diferentes almidones naturales. El
producto contiene 30% de almidón natural, 2,5% de almidón
gelatinizado, 0,47% de sosa cáustica y 0,99% de bórax.
Se siguió el siguiente procedimiento:
- 300 partes de agua
- 22 partes de C*Gum 20412
- 4 partes de sosa cáustica; agitar a 1.000 rpm y 50ºC durante 30 minutos
- 550 partes de agua
- 342 partes de C*Gum 20412
- 3,6 partes de bórax; agitar a 1.420 rpm y 30ºC durante 30 minutos.
\newpage
La viscosidad final Stein-Hall
de este producto fue 42 s y la temperatura de gelificación
49,5ºC.
Se añadieron 180 partes de CaCO_{3} a 900
partes de cola preparada y se agitó la mezcla a 1.420 rpm y 30ºC
durante 5 minutos. La viscosidad Stein-Hall de la
mezcla fue 74 s, medida en el medio fluido cuando no todo el
CaCO_{3} se había dispersado. La temperatura de gelificación fue
47,5ºC. Después de agitar a 600 rpm y 35ºC durante 3 horas, se
disolvió todo el CaCO_{3} y la viscosidad
Stein-Hall fue 68 s. Después de dejar en reposo a
temperatura ambiente durante 18 horas no se formó precipitado y la
viscosidad Stein-Hall fue 83 s después de agitar a
1.420 rpm durante 5 minutos. Las propiedades adhesivas medidas
después de 3 horas (ondulado C, 15 s, 150 \mum, 185ºC) fueron
comparables a las del ejemplo 2.
(c) En un segundo ensayo se añadió el CaCO_{3}
al almidón antes de la preparación del adhesivo, esto es, se
mezclaron 600 partes de C*Gum 20412 con 400 partes de CaCO_{3}.
Esta mezcla tenía un pH de 8,1 y un contenido de sólidos secos de
90,5%. La mezcla contenía 40,7% de almidón natural, 4% de almidón
gelatinizado, 0,6% de sosa cáustica y 0,6% de bórax. La cola se
preparó de la manera siguiente:
- 300 partes de agua
- 35 partes de la mezcla
- 5 partes de sosa cáustica; agitar a 1.000 rpm y 50ºC durante 30 minutos
- 550 partes de agua
- 548 partes de la mezcla
- 3,6 partes de bórax; agitar a 1.420 rpm y 30ºC durante 30 minutos.
La viscosidad final de este producto fue 66 s y
la temperatura de gelificación 47ºC. El producto contenía una
cantidad grande de CaCO_{3} sin dispersar.
Después de agitar a 600 rpm y 35ºC durante 3
horas, todavía no se había dispersado totalmente el CaCO_{3} y la
viscosidad Stein-Hall era 97 s. Después de agitar
más a 600 rpm y 35ºC durante 22 horas, se había disuelto totalmente
el CaCO_{3} y la viscosidad Stein-Hall era 119 s.
Las propiedades adhesivas medidas después de 3 horas (ondulado C,
15 s, 150 \mum, 185ºC) fueron comparables a las del ejemplo 2.
Se deduce que el CaCO_{3} usado en este
ejemplo no es aplicable en la práctica. El tiempo necesario para
obtener el producto totalmente disuelto es demasiado largo. Si no se
desea esperar tanto tiempo, es difícil regular la viscosidad al no
ser ésta constante a lo largo del tiempo.
(a) Se añadió CaCO_{3} a un adhesivo normal a
base de almidón después de su preparación y antes de la preparación
de la cola. Se determinó el efecto sobre la viscosidad,
sedimentación y adherencia.
Como CaCO_{3} se usó Hydrocarb® OG. Este
producto tiene las siguientes características:
| Valor del pH (10%) | 9,0 | |
| Humedad | <0,3% | |
| Densidad aparente (suelto) | 620 g/l | |
| Densidad aparente (comprimido) | 770 g/l | |
| Análisis granulométrico | ||
| >200 \mum | 32,9% | |
| >100 \mum | 83,8% |
El producto se apelmazó durante el tamizado. El
tamaño medio de las partículas de CaCO_{3} proporcionado en la
hoja de datos del producto es 1,6 \mum.
(b) Primero se preparó la cola, seguido de la
adición del CaCO_{3}.
El producto es uno a base de C*Gum® 20412
(Cerestar), que es una mezcla de diferentes almidones naturales. El
producto contiene 30% de almidón natural, 2,5% de almidón
gelatinizado, 0,47% de sosa cáustica y 0,99% de bórax.
\newpage
Se siguió el siguiente procedimiento:
- 300 partes de agua
- 22 partes de C*Gum 20412
- 4 partes de sosa cáustica; agitar a 1.000 rpm y 50ºC durante 30 minutos
- 550 partes de agua
- 342 partes de C*Gum 20412
- 3,6 partes de bórax; agitar a 1.420 rpm y 30ºC durante 30 minutos.
La viscosidad final Stein-Hall
de este producto fue 35 s y la temperatura de gelificación
51,0ºC.
Se añadieron 180 partes de CaCO_{3} a 900
partes de cola preparada y se agitó la mezcla a 1.420 rpm y 30ºC
durante 5 minutos. La viscosidad Stein-Hall de la
mezcla fue 46 s, medida en el medio fluido cuando todo el
CaCO_{3} se había dispersado. La temperatura de gelificación fue
52,0ºC. Después de agitar a 600 rpm y 35ºC durante 3 horas, la
viscosidad Stein-Hall era 47 s. Después de dejar en
reposo a temperatura ambiente durante 18 horas no se formó
precipitado y la viscosidad Stein-Hall era 56 s
después de agitar a 1.420 rpm durante 5 minutos. Las propiedades
adhesivas medidas después de 3 horas (ondulado C, 15 s, 150 \mum,
185ºC) fueron comparables a las del ejemplo 1.
(c) En un segundo ensayo se añadió el CaCO_{3}
especificado al almidón antes de la preparación del adhesivo, esto
es, se mezclaron 600 partes de C*Gum 20412 con 400 partes de
CaCO_{3}. Esta mezcla tenía un pH de 8,8 y un contenido de
sólidos secos de 89,3%. La mezcla contenía 40,7% de almidón natural,
4% de almidón gelatinizado, 0,6% de sosa cáustica y 0,6% de bórax.
La cola se preparó de la manera siguiente:
- 300 partes de agua
- 35 partes de la mezcla
- 5 partes de sosa cáustica; agitar a 1.000 rpm y 50ºC durante 30 minutos
- 550 partes de agua
- 548 partes de la mezcla
- 3,6 partes de bórax; agitar a 1.420 rpm y 30ºC durante 30 minutos.
La viscosidad final de este producto fue 43 s y
la temperatura de gelificación 52ºC. El producto no contenía
CaCO_{3} sin dispersar.
Después de agitar a 600 rpm y 35ºC durante 3
horas, se había disuelto totalmente el CaCO_{3} y la viscosidad
Stein-Hall era 44 s. Después de agitar más a 600 rpm
y 35ºC durante 22 horas, la viscosidad Stein-Hall
fue 69 s. Las propiedades adhesivas medidas después de 3 horas
(ondulado C, 15 s, 150 \mum, 185ºC) fueron comparables a las del
ejemplo 1.
Se deduce que el CaCO_{3} usado en este
ejemplo es muy aplicable en la práctica.
La viscosidad final se desarrolló mucho más
rápidamente y es estable en comparación con la del producto obtenido
de acuerdo con el ejemplo 1.
Se unió ondulado C (200 g de papel kraft de
cubierta + 200 g de papel kraft de cubierta) con 125 g de papel
kraft de cubierta y una película de cola de 0,11 mm con los
adhesivos siguientes:
(a) Adhesivo de almidón sin CaCO_{3}:
sustancia seca 33%; viscosidad Stein-Hall 51 s;
punto de gelificación 50ºC.
(b) Adhesivo de almidón con el CaCO_{3}
especificado (Hydrocarb OG): sustancia seca 45%; viscosidad
Stein-Hall 50 s; punto de gelificación 49,5ºC.
El ensayo de la resistencia al aplastamiento en
plano se realizó de acuerdo con la norma FEFCO número 6, de julio de
1985.
El ensayo de resistencia al aplastamiento en los
bordes se realizó de acuerdo con la norma FEFCO número 8, de 1982,
con la última modificación de marzo de 1997.
El ensayo de la resistencia al estallido se
realizó de acuerdo con la norma FEFCO número 4, de noviembre de
1994, con la última modificación de marzo de 1997.
Los resultados muestran que las características
físicas del cartón preparado con cola que contiene CaCO_{3} son
mejores que cuando no se añade CaCO_{3}.
Claims (7)
1. Composición de adhesivo con un contenido de
sólidos secos de por lo menos 40% que comprende, además de los
componentes típicos de adhesivos como sosa, bórax, hidróxido sódico,
proteínas y polímeros no sintéticos, los siguientes
ingredientes:
(a) una dispersión de almidón y
(b) una carga,
caracterizada porque la carga es
carbonato cálcico que tiene una distribución de diámetros de
partículas en la que por lo menos el 40% de las partículas son
menores que 2 micrómetros y porque la relación de almidón a
carbonato cálcico es por lo menos 50:50.
2. Una composición de adhesivo de acuerdo con la
reivindicación 1, en la que la relación de almidón a carbonato
cálcico es por lo menos 60:40, preferiblemente entre 60:40 y
90:10.
3. Una composición de adhesivo de acuerdo con la
reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizada porque
el carbonato cálcico tiene una distribución de diámetros de
partículas en la que por lo menos el 50% de las partículas son
menores que 2 micrómetros y preferiblemente por lo menos el 60% son
menores que 2 micrómetros.
4. Una composición de adhesivo de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque el contenido de sólidos secos es por lo
menos 43%, preferiblemente por lo menos 45%.
5. Una composición de adhesivo de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que el
almidón se selecciona del grupo que consiste en almidón natural,
almidón modificado química o enzimáticamente, almidón modificado
físicamente y almidón que contiene fracciones trituradas (almidón B)
o combinaciones de los mismos.
6. Un proceso para estratificar papel u ondular
cartón, que comprende las etapas de pegar entre sí el papel o pegar
el cartón ondulado con una composición de adhesivo de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.
7. Papel o cartón ondulado preparado usando una
composición de adhesivo de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| GB9926423 | 1999-11-09 | ||
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| ES2285996T3 true ES2285996T3 (es) | 2007-12-01 |
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Family Applications (1)
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| ES (1) | ES2285996T3 (es) |
| GB (1) | GB9926423D0 (es) |
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