JPH0138146B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は澱粉をベースとした段ボール用接着剤
に関するものである。段ボールをつくる普通の方
法の一つは、波形のしわのあるローラーによつて
紙片にしわをつけ、その紙の一方の面上のひだの
頂上に接着剤を施し、“ライナー”と呼ばれるも
う一つの紙片をひだの頂上に、熱を用い高い圧力
で粘着することにより成る。

得られた物は、“片面”段ボールと呼ばれ、現
在の如く用いられる。しかし片面ボードを、“ダ
ブルバツカー”段階と呼ばれる段ボール製造機械
の第二段階へと送り“両面”（ダブルバツクとも
呼ぶ）段ボールを作ることが普通である。その
際、接着剤を反対側のひだの頂上に施し、第二の
紙のライナーをその反対側に、熱を用い比較的低
い圧力で粘着させる。第二の紙片を粘着すると
き、高い圧力を用いることは、波形のしわを押し
つぶしがちになる。これは、第二段階における接
着剤の問題を全く困難なものにする。

澱粉をベースとする段ボール用接着剤の処方
は、米国特許第2051025号（1936年８月18日ジエ
イ・ブイ・バウエル（J.V.Bauer）へ特許）及び
米国特許第2102037号（1937年12月21日同じくジ
エイ・ブイ・バウエルへ特許）に示されるように
スタイン―ホール（Stein―Hall）方法の出現以
来、広く用いられてきた。

スタイン―ホール型の接着剤は、二成分水系で
ある。この系の一つの成分は一般に、担体相とし
て機能する煮た或は糊化した澱粉物物質からな
る。第二成分又は第二相は生の、糊化してない澱
粉物質である。第二相は、接着剤を波形のしわを
つけたウエブのひだの頂上に施し、ライナーを接
着剤を塗布したひだに圧着し、それを糊化して構
造を進展させるために熱と圧力をかけた後にのみ
完全に機能するところの隠れた或いは潜在的接着
剤である。

接着剤中の生の澱粉物質は、ダンボール製造機
械に付属するホツトプレート―ドライヤー系を、
新しく組立てられたダンボールが通過するとき、
膨潤しそして糊化する。系はまた段ボールをある
程度乾燥し接着剤を十分に固めてそれが切断、切
開、及び板にたたむというような後続の操作をダ
ンボールが裂けることなしに出来るようになる。

ダンボールの接着における初期の接着度は初期
接着強度と云われる。この特性は、新しく形づく
つた段ボールが、切断、切開及び板にたたむとい
うような後続の工程で受ける瞬間的高せん断力に
抗する能力を決めるものであり、必ずしも最終的
な接着強度の指標ではない。

段ボールは切断、切開及びたたまれた後に、積
み上げられ貯蔵へと送られる。そこで接着剤は、
完全な強度へと硬化する。接着剤が乾燥し、完全
に硬化するまでは、段ボールはライナーを中シン
紙よりゆつくりとかつ強く切張ることによりはが
れるかも知れない。

30年代中ば以来、ダンボール用接着剤技術にお
ける大きな進歩の一つは、米国特許第3355307号
（1967年11月28日ジヨン・ジエイ・シユーンベル
ガー（John J.Schoenberger）とレイモンド・ピ
ー・チコ（Raymond P.Citko）へ特許）に示さ
れている。この特許は“無担体”系と云われる一
相の段ボール用接着剤を開示している。この接着
剤は、部分的に膨潤した澱粉粒を均一な相として
水性アルカリ性ビヒクル中に懸濁状態で約10〜約
40％の固形分含有量で含有しており且つ約20〜約
90秒のスタイン・ホール（Stein―Hall）粘度を
有している。担体相の除去は、操作上の大きな経
済性を可能にする。シユーンベルガー・チコの特
許において開示され特許請求された無担体型段ボ
ール用接着剤は、スタイン・ホール型接着剤処方
と同じ方法で施され、硬化される。

しかし、いくつかの無担体接着剤の欠点は、段
ボール製造の間にひだの頂点に接着剤を施与する
のを促進するような粘度を示さないという事にあ
る。

正確な部分的膨張度を得ることに固有の困難性
はこの粘度の厳密な制御を困難にする。結局、ひ
だの頂点への接着剤の均一な施与は全く困難とな
るであろう。

先の欠点は、米国特許出願番号No.795253（1977
年５月９日ガリー・エツチ・クライン（Gary H.
Klein）とメール・ジエイ・メンツエル（Merle
J.Mentzer）の出願）に示されている最近の進歩
によつて得られるようになつた高速段ボール製造
において特に明白である。比較的高速では、劣つ
たレオロジー特性をもつ接着剤の許される範囲は
対応して少くなる。

その特許出願（これの開示はその中の引用文献
によつてもなされる）は同一条件における非化工
澱粉よりも少くとも約30％、インストロン
（Instron）力―時間加熱曲線の下の面積が大き
く、また少くとも約30％、インストロン力―時間
冷却曲線の下の面積が大きいところの澱粉エステ
ルの加水分解により生成さる澱粉物質をその主成
分とする無担体接着剤についての開示を含んでい
る。この還元澱粉（又は加水分解した澱粉エステ
ル）は少くとも0.015の加水分解可能な置換度を
もつ澱粉エステルから最も都合よく生成される。

この澱粉物質がどのように機能するのかは、正
確にはまだ判らないけれども、非化工澱粉のよう
な慣用な澱粉物質を用いて従来得られていたより
も、通常少くとも約50％又は100％高い機械スピ
ードを可能にする能力を持つことが判つた。

より高速の運転スピード（１分当り180メータ
ーを越え、好ましくは230メーターを越える）を
可能にするこの特性は明らかに本質的重要性があ
る。それは生産性の本質的増加を可能にし、かつ
実質上、付加的な費用がかからずにそうするので
ある。

不幸にも、無担体接着剤に共通する上述の劣つ
たレオロジー特性の欠点は機械の運転スピードに
おけるこの増加を大いに制限することができる。
従つて、本発明の改良は、改良した、澱粉エステ
ルより誘導した接着剤のこの特定の種類にとつて
特に有用である。

本発明は、いくつかの特定の具体例についての
以下の詳細な説明により、より良く理解されるで
あろう。この説明中、別途明示ない場合は、部及
びパーセントは全て市販品について、重量で示
す。澱粉物質について市販品は重量で約12％の水
分を含む。

本発明に従つて無担体段ボール用接着剤組成物
を処方する。そのような接着剤の本質的な成分は
アルカリ、水及び部分的に膨張した状態にある澱
粉を含む。約20〜約90秒のスタイン・ホール粘度
を持つこの組成物に特定のフロー調整剤、即ち、
ラウリン酸またはステアリン酸カルシウムを加え
ることによつて調製する。このように調製された
混合物から、高速運転のために改良されたレオロ
ジー特性をもつ部分的に膨張した澱粉物質のアル
カリ性の水性分散物を生ずる。

本発明の接着剤のための澱粉物質は業界で知ら
れているものの中から選ぶことができる。即ち、
それは未化工澱粉又は公知の化工澱粉の形例えば
ポテト及びコーンスターチ若しくは酸化澱粉及び
デキストリンを含む化工澱粉あるいは澱粉誘導体
例えば澱粉エステル、ホスフエート、カチオン澱
粉又はこれらの類似物を包含する。一般に、澱粉
物質は接着剤の全重量の約10〜25％好ましくは18
〜22％を構成せねばならない。

本発明の好ましい実施例では、澱粉物質は澱粉
エステルの加水分解により生成される。少なくと
も約0.015の加水分解され得る置換度を持つこの
澱粉エステルは澱粉アセテート、澱粉スクシネー
トまたは澱粉アセテート―スクシネート混合物で
あるのが好ましい。これらは段ボール製造機械の
運転可能なスピードの根本的増加をもたらす。

本発明において用いられるアルカリは、最も一
般的には水酸化ナトリウムである。しかし他の一
般的な強アルカリを用いることもできる。この成
分は、使用する澱粉物質によつて、澱粉の重量の
約２％から６％の量で存在する。最も初期の技術
における澱粉物質に対しては約２〜４％好ましく
は２〜３％のアルカリ濃度が一般に用いられる。
本発明の澱粉エステル出発物質に対しては、しか
し、十分過剰のアルカリが加水分解を進めるため
に存在する必要がある。それ故、この種の澱粉物
質に対して、澱粉重量の約３〜６％好ましくは約
４〜５％のアルカリが好ましい。

本発明の接着剤中に存在する水の量は大きく変
わり得る。それは一般に、澱粉成分の特性及び澱
粉物質の部分的膨張の程度に大きく依存する。し
かし普通には、接着剤の処方は、全重量の約65〜
80％より好ましくは70〜85％の水を含有する。本
発明の接着剤における先述の主要成分に加えて、
他の一般的な添加物がもちろん存在しうる。これ
らの任意的添加物のうちホウ砂が最も一般的であ
る。この化学物質は一般に粘着性糊剤のゲル構造
を増加するために用いられる。更にそれは構成物
のゲル化温度を高くする傾向がある。一般に、澱
粉の全重量に対して最大約５％のホウ砂が構成物
中に混合されうる。最も普通の量としては約２〜
３％の間である。

本発明の無担体系においては、ホウ酸が膨張反
応の停止剤としても働くので、これを用いること
ができる。ホウ酸はすばやくホウ酸塩に転換し、
それからホウ酸を加える代りの代替物として機能
することができる。従つて本文で“ホウ砂”とい
う言葉が使われるとき、それはホウ酸の添加によ
つて存在することになるホウ酸塩を含んだ意味で
ある。

本発明の接着剤は、典型的には、ミキサー中で
低い温度（通常約10〜50℃）で澱粉物質と水を混
合し、制御された速さでアルカリを加えることに
より用意される。澱粉物質は膨張しはじめ、ゆつ
くりと粘度を増す。望ましい膨張度に達したとき
（通常ブルツクフイールド（Brookfield）、スタ
イン―ホール、或は同様の粘度を尺度とする）ホ
ウ酸を、反応を停止させるため加えることができ
る。

本発明のフロー調整剤は、一般に、膨張度が停
止された後に接着剤へ添加される。この段階にお
ける添加は、接着剤のレオロジー特性の制御を容
易にする。

本発明のフロー調整剤は、ラウリン酸およびス
テアリン酸カルシウムより成る群から選択され
る。これらのフロー調整剤は特に優れた効果を達
成することが判つている（後記実施例参照）。澱
粉コーテイングのための処方は段ボール用接着剤
のそれとは全く異つているにも拘らず（コーテイ
ングは通常80％までの極めて高い澱粉粘着剤固
体、顔料割合をとり、全く糊化した澱粉相を用い
る）、その技術におけるある種のフロー調整剤は、
ひだの頂点への接着剤の施与を容易にするような
改良されたレオロジー特性を得るために本発明の
情況において使用され得る。

本発明のフロー調整剤は澱粉物質の重量の４％
まで、好ましくは0.2〜３％の量で用いられねば
ならない。フロー調整剤の正確な量は特定の接着
剤及び用いるフロー調整剤によつて変化する。し
かし、この濃度範囲内でのフロー調整剤の最適な
使用は、容易に決定することができる。

上述の濃度範囲内の適当なフロー調整剤によつ
て接着剤を、15センチメートルに対し約75秒以下
の粘度に減少し及び／又は維持することができる
〔粘度はボストウイツク（Bostwick）粘度計を用
いる慣用のボストウイツク法により測定される
（フアンダメンタルズ・オブ・クオリテイコント
ロール・フオー・ザ・フードインダストリー
（Fundamentals of Quality Control for the
Food Industry）．エー・クラマー（A.Kramer）
著、エイビ・パブリツシング社（Avi
Publishing Co.）、ウエストポート、コネチカツ
ト（Westport，Conn.）、1966、P57〜58参照）〕。
好ましくは得られたボストウイツク粘度が15セン
チメーターに対し約20〜50秒の範囲内に留るべき
である。このボストウイツク粘度を持つ接着剤
は、段ボールに使用するのに特に適している。そ
のレオロジー特性はそれが段ボール製造時にひだ
の頂上に容易にかつ一様に施与されるということ
である。接着剤のこの性質は与えられた接着物に
とつて最大、最適の速度で運転することを可能に
し、それ故、高速運転と最大効率のためにその接
着剤の潜在能力を完全に現実のものとすることが
できる。

しかし、コーテイング技術のフロー調整剤の全
てが本発明に従つて使用されるのではない。紙の
コーテイング技術のフロー調整剤のいくつかは、
レオロジー特性についての望ましい効果をわけな
く持つのではない。同様にして望ましい効果とボ
ストウイツク粘度の減少を与えるようなものは、
作用においてかなりの変化がある。さらに、他の
種類の化合物、例えばラウリル酸のような脂肪酸
が、本発明においてフロー調整剤として用いられ
る。化学フロー調整剤の種類のどのメンバーがこ
こで有用であるかを決めるのは、それ故、経験を
もとにしてなされねばならない。

これらのフロー調整剤の性質は幾分予見できな
いが、ある種のものは魅力的である。それでフロ
ー調整剤の適当なグループには、尿素、チオ尿
素、ハロゲン化（特に塩化）アルカリ金属、６〜
20の炭素をもつ脂肪酸のアルカリ金属塩、６〜20
の炭素をもつ脂肪酸及びこれらの混合物が含まれ
る。

しかし、他のフロー調整剤を、本発明に従つて
用いることもできる。操作性は簡単な試験により
容易に求めることができる。たとえば15センチメ
ートルに対して約300秒のボストウイツク粘度を
もつ任意の接着剤組成中に公知の紙コーテイング
フロー調整剤を澱粉重量の４％で混合することに
より、本発明のための適当な調整剤は容易に判別
される。接着剤のボストウイツク粘度は、15セン
チメートルに対して75秒以下に減少されねばなら
ない。

本発明を更に理解するために以下に実施例を示
す。これらの実施例において、本発明に従つてフ
ロー調整剤として機能しない慣用の紙―コーテイ
ングフロー調整剤とも比較する。

標準的インストロン法 インストロン―テンジルテスター（引張り強さ
測定器）モデルTTにコンプレツシヨンロードセ
ル“CM”を装置とする。直径約22mmおよび高さ
約175mmのカルチユア―チユーブを恒温室中に装
置する。この恒温室は直径23mmで高さ約116mmの
金属製スリーブであり、3/16インチの銅製の管約
16フイートのジヤケツトで覆われておりそしてア
スベストラツプでカバーされている。この銅製管
は恒温浴で適当な導入管により結合されている。

試験するための澱粉スラリーはカルチヤーチユ
ーブの中に2.75インチの高さまで供給される。

カルチヤーチユーブは、銅製管を通して210〓
の温度の循環水で予め加熱されているスリーブ中
に沈められる。0.184インチの直径を有する熱電
堆をスラリーの上部表面から約１インチ／分の速
度でスラリー中に挿入させる。機械装置および記
録器を同時に作動せしめながら、熱電堆を0.02イ
ンチ／分の速度でスラリー中に挿入して行う。こ
の加熱周期を14分管継続せしめ、次いで熱水の循
課を停止せしめる。次に１分後、鋼管に氷水を15
分間循環させる。

記録器中に得られる曲線を力―時間―曲線と呼
ぶ。最初の15分間の分画を加熱周期および第二次
の15分間を冷却周期とする。

予め決定した量の未変性のコーンスターチを
110mlの水で処理してスラリーとなす。予め決め
た量の４％ｗ／ｖの硼砂（10モル）溶液および予
め決めた量の０％ｗ／ｖのNaOH溶液を添加す
る。全体の添加量が60mlとなるような充分量の水
を添加する。得られたスラリーは５分間放置す
る。次いでこれを直ちに予め製造した第二のスラ
リーに添加する。

第二のスラリーは試験用澱粉50ｇを水165ml中
に処理してスラリーとなす。第一のスラリーをこ
のスラリーと混合し、この混合物を15分間撹拌す
る。次いで直ちにこれをインストロンテスター上
で試験する。

未変性コーンスターチの試料をこれら標準条件
のもとで試験用澱粉として試験処理した。力―時
間―加熱および冷却曲線は上記の如くして作成さ
れおよびこれら分割の各々に於ける面積を別々に
測定する。

上記の方法は試験すべき澱粉原料について行
う。試験澱粉の加熱曲線に基づく面積は未変性コ
ーンスターチに於ける場合の面積に比較する。

これと同一のことを冷却曲線に於ける面積に付
いて行う。曲線の各々の分割に於ける面積は互い
に独立して処理されることは強要されなければな
らない。

このようにして測定された絶対面積はこの試験
方法により大部分が測定された絶対的な値であ
る。試験の決定的な要素はこれの絶対的な値では
なくて、同一試験条件のもとでおこなわれた、試
験澱粉の面積の未変性コーンスターチの面積に対
する比である。このことはキヤリヤー澱粉、硼砂
および水酸化ナトリウムの予め決めた量は同一で
あることを意味する。

インストロン試験は接着線上に於ける粘度およ
びゲル構造を共に正確に得ることは出来ないが波
形体結合の四囲の状況において高度のグリーン強
さを具現せしめる為の特殊の、第一次的の接着剤
性成分を性能についての比較用測定値を与えるこ
とができる。

機械操作速度に於いて希望する改良を得んとす
る為には、エステル物質は、共にインストロン加
熱および冷却周期の曲線に基づく面積において、
未変性コーンスターチと比較して少なくとも約30
％大きい面積を示さなければならないことが判つ
ている。

実施例 １ 0.03以上の加水分解可能置換度をもつ澱粉アセ
テートの1100ｇを45℃で3560mlの水中でスラリー
化する。澱粉スラリーに苛性ソーダ溶液（4.86重
量％）1000mlを約10分以上かけて加える。その結
果としての膨張反応は接着剤が700cpsの粘度に達
した後に18.4ｇのホウ酸を加えることによつて停
止される。

最終的な接着剤の粘度は20回転／分において
2000cps（ブルツクフイールド（Brookfield）粘
度）並に20秒（スタイン―ホール粘度）である。
接着剤のレオロジー特性は、ボストウイツク粘度
計で75mlの接着剤を15cm流すための時間を秒で計
ると（或はもしそれだけ流れないときは別に特記
する方法で計る）、15cmに対し300秒である。この
粘度は高速段ボール機械には受入れられない。

接着剤を小分けし、慣用の紙―コーテイングフ
ロー添加物を２重量％加える。混合したのちこれ
ら分けた剤は以下に比較する結果を示す： 接着剤 ボストウイツク粘度（15cmに対し） （対照標準、調整剤なし） （300秒） 尿素 30秒 アセトアミド 210秒 チオ尿素 90秒 アンモニウムチオシアネート 340秒 サリチル酸 112秒 塩化カリウム 78秒 ヨウ化カリウム 115秒 ラウリル酸 ２秒 ステアリン酸カルシウム 40秒 ジシアンジアミド 180秒 実施例 ２ 第二の対照標準接着剤は、実施例１と同様に作
られる。この接着剤を小分けしたものにHodag
PX―85（ポリエチレングリコールラウレートを改
変したもの）、ステアリン酸ナトリウム、及び重
亜硫酸ナトリウムを加える。固体重量で２％にお
いて、これら添加物は、当初の15cmまで360秒の
ボストウイツク粘度を以下のように変える： 接着剤 ボストウイツク粘度 Hodag，PX―85 11cmまで360秒 ステアリン酸ナトリウム 15cmまで330秒 重亜硫酸ナトリウム 15cmまで300秒 実施例 ３ 第三の対照標準接着剤は、実施例１と同様に作
られる。この接着剤を小分けしたものに
CORARES Ｈ―101（尿素ホルムアルデヒド樹脂
を改変したもの）、CORARES Ｈ―121（ケトン
アルデヒド樹脂）及び尿素を混合する。樹脂につ
いては、会報番号COS―28―01、「CORARES―
防水段ボール接着剤のための樹脂（Resins for
Waterproofing Corrugating Adhesives）」、コ
ーン産業家（Corn Industsial）、CPC国際部門
（ａ Division of CPC International）、イング
ルウツド・クリフス社（Englewood Cliffs）、ニ
ユー・ジヤージー州（New Jersey）に記載され
ている。固体重量で２％において、これらの添加
物は以下の結果を与える： 接着剤 ボストウイツク粘度（15cmまで） （対照標準、調整剤なし） 330 CORARES Ｈ―121 240 CORARES Ｈ―101 120 尿素 35 上述のデータは、紙コーテイング技術からのフ
ロー調整剤が本発明の接着剤組成に入れられたと
きのそれの特性における本質的変化を示す。上述
のうち、尿素、ラウリル酸及びステアリン酸カル
シウムが本発明に従つて特に有効である。そし
て、これらのうちラウリル酸は重量で約0.2％程
の低濃度で或は尿素及びステアリン酸カルシウム
の最適濃度の約10分の１で有効である。

更に、他の典型的なフロー調整剤（殊にチオ尿
素、塩化カリウム及びヨカ化カリウムは、ここで
有効ではあるがそれらは一般に段ボール機械の高
速運転を可能にするレオロジー特性を得るために
は本発明の範囲の最大濃度を必要とする。先述の
実施例において特に示したもの以外のフロー調整
剤が本発明の観点から使用可能性があることは容
易に評価されよう。これら個々の調整剤の見分け
と適当な濃度は（先に示したように）容易に判定
できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 部分的に膨脹した澱粉物質のアルカリ性水性
   分散体より成り、該分散体がフロー調整剤を添加
   する前に約20〜90秒のスタイン―ホール粘度を持
   つ、無担体段ボール用接着剤において、ラウリン
   酸およびステアリン酸カルシウムより成る群から
   選択されるフロー調整剤を澱粉物質重量の最大約
   ４重量％までを含有することを特徴とする、上記
   接着剤。 ２ 接着剤が更に、澱粉物質を基準として最大約
   ５重量％のホウ砂を含む、請求項１に記載の接着
   剤。 ３ 澱粉物質が接着剤を基準として約10〜25重量
   ％である請求項１記載の接着剤。