NO762527L - - Google Patents

Description

"Klebemiddel og : fremgangsmåte til

fremstilling derav" .

Oppfinnelsen vedrører stivelsebaserte korrugerende klebemidler og fremgangsmåter for fremstilling av disse. Oppfinnelsen vedrører også fremgangsmåter for sammenbinding av gjenstander, spesielt laminerte gjenstander av fibrøst cellulosevev, og mer spesielt produksjon av papp for anvendelse ved produktsjon av korrugerte beholdere. Oppfinnelsen vedrører også gjenstander fremstilt ved anvendelse av de nye klebemiddelpreparater.

Én vanlig metode å lage korrugert papp på består i å korrugere en papirstrimmel ved hjelp av en korrugert valse, på-føre et klebemiddel på endene av rillene i korrugeringene på én side og å klebe en annen papirstrimmel kalt en "liner", på rilleendene ved anvendelse av varme og under høyt trykk.

Dette produkt, kalt "ensidig" korrugert papp kan anvendes som det er. Imidlertid er det vanlig å lage "dobbelt-sidig" , også kalt "double back" papp ved å sende det ensidige pappstykke inn i det annet trinn av korrugeringsmaskinen kalt "double backer"-trinnet.Betegnelsen "single facer" refererer generelt til første trinn i maskinen. Et klebemiddel påføres de motsatte rilleender, og et annet papirlag ("liner") klebes til den nevnte motstående side ved anvendelse av varme og under et relativt lite trykk. Det faktum at anvendelsen av et høyt trykk i klebningen av den annen papirstrimmel ville ha tendens til å knuse korrugeringene gjør klebeproblemet i det annet trinn nokså vanskelig.

Stivelsebaserte korrugerende klebemiddelblandinger har vært i utstrakt bruk siden Stein-Hall's teknologi dukket opp, noe som er beskrevet i US-patentskrift 2.051.025 og 2.102.937.

Et klebemiddel av Stein-Hall-type er et vandig to-komponentssystem. Én komponent i dette system lages generelt av et kokt eller gelatinert stivelsemateriale, som tjener som en bærerfase. Andre materialer som kan danne relativt viskøse, vandige oppslemminger, f.eks. karboksymetylcellulose, kan også anvendes som bærerfase.

Den annen komponent eller fase lages av et rått, ugelatinert stivelsemateriale. Denne annen fase er en latent eller potensiell klebemiddelfase. Det vil si at klebekarakteri-stikaene til et slikt preparat ikke er fullt utviklet før etter at klebemidlet er påført på endene av rillene i den korrugerte vev, "liner"en er blitt presset mot de klebemiddelbelagte riller og varme og trykk er blitt påført. Varmen forårsaker at det granulæré stivelsemateriale gelatinerer og utvikler strukturen.

Svellingen og gelatineringen av den latente klebemiddelfase finner sted når den nylig sammensatte korrugerte plate føres gjennom et varmt platetørkesystem som er tilknyttet en korrugeringsmaskin. Dette system tørker også delvis den korrugerte plate og bringer klebemidlet til å stivne tilstrekkelig til at det kan utsettes for påfølgende operasjoner, f.eks. trimming, kløving og arkdannelse uten delaminering.

Den første grad av klebeevne i bindingen i den korrugerte plate betegnes som den "grønne" bindstyrke. Dette karakteristikum bestemmer den nylig dannede korrugerte plates evne til å motstå de øyeblikkelige høye skjærkrefter som utvikles under påfølgende forarbeidelsesoperasjoner, f.eks. trimmingen, kløvingen og arkdannelsene, og er ikke 'nødvendigvis en indikasjon på den endelige bindstyrke.

"Grønn" bindstyrke, eller for lettvinthets skyld "grønn" styrke, er en hovedbegrensende faktor som styrer drifts-hastigheten med hvilken korrugerte plater kan fremstilles på en bestemt maskin. En erfaren maskinoperatør vil ofte kjøre en maskin i den største hastighet som det er mulig uten at platen delamine res under trimming, kløving eller arkdannelse. Siden motstanden mot delaminering er et karakteristikum som er direkte avhengig av "grønn" styrke, så spiller karakteristikaene til korrugeringsklebemidlet en direkte rolle i maskinens effektivitet, som på sin side bestemmer returhastigheten på det fikserte ut-styr som maskinen representerer.

Etter at den korrugerte plate er trimmet, kløvet og arkdannet, stables den og sendes til lager, hvor klebemidlet herder til full styrke. inntil bindingen er tørr og fullt ut-herdet, kan den korrugerte plate delamineres ved at man langsomt og fast trekker "liner"en vekk fra det korrugerte ark.

Siden midten av 30-årene er ett av de størte fremskritt som er gjort på området korrugeringsklebemiddelteknologi det som er åpenbart i US-patentskrift 3.355.307. Dette patent åpenbarer et enkeltfase-korrugerende klebemiddel som betegnes som et "ikke-bærer"-system, hvor delvis svellede stivelsegranuler er tilstede som en homogen fase, suspendert i et vandig, alkalisk løsningsmiddel. Elimineringen av bærerfasen gjorde det mulig å oppnå vesentlige driftsøkonomiske resultater.Korrugerings-klebemidlet av ikke-bærertype som er åpenbart og beskyttet i US-patent 3.355.307, ble påført og herdet på samme måte som klebemiddelpreparatene av Stein-Ha11-type.

Andre tekniske fremskritt på korrugeringsklebemiddel-området vedrørte primært bygging i fuktighetsresistens, generelt ved tilsetning av syntetiske harpikser, f.eks. av urea/formaldehyd, fenol/f.ormaldehyd og • resorcinol/formaldehyd .

US-patentskriftene 2.051.025 og 2.102.937 represen-. terte et betydelig teknisk fremskritt i sin tid. Paténtinnehav-eren rapporterte at anvendelsen av hans klebemiddelsystemer tillot drift av korrugert-platemaskiner opp til 20% hurtigere enn hva som ville være mulig under anvendelse av de tidligere kjente klebemiddelpreparater.Klebemiddelpreparatene som var kjent fra teknikkens stand, inkluderte preparater som var basert på natrium-silikat og slike som var basert på anvendelse av gelatinert stivelse eller modifisert stivelse, f.eks. dekstriner.

I systemet av Stein-Hall-type var, i henhold til de ovennevnte US-patenter, den tid som ble krevet for å danne en klebemiddelbinding mellom den korrugerte "interliner" og et "liner"- eller "facer"-ark i alt vesentlig uavhengig av den hastighet med hvilken fuktigheten i klebemidlet avdrives ved hjelp av varme eller absorberes av papiret. I henhold til de nevnte patenter avhang den tid som var nødvendig for å danne klebemiddelbindingen hovedsakelig av den tid som var nødvendig for å bevirke gelatinering av de granulære stivelsepartikler som var suspendert i den gelatinerte stivelsebærerfase. Etter hvert som denne granulære stivelse gelatinerte, ble vann tatt opp, og klebemidlets viskositet steg hurtig, slik at det dannet seg en øyeblikkelig "grønn" binding. Patentinnehaveren anså at tapioksa-, rug- og potetstivelse iboende var meget bedre enn mais-, hvete- og risstivelse for fremstilling av "korrugerende klebemidler i overenstemmelse med hans frembringelser.

Patentinnehaveren beskrev 4 hovedfaktorer som han studerte for å bestemme stivelsens egnethet for anvendelse som den latente klebemiddelkomponent i hans system. Disse 4 faktorer var: 1. Den tid som var nødvendig for fullstendig gelatinering av dens granulære stivelse ved hjelp av varmepåføringen på korrugeringsmaskinen.

2. Den temperatur som stivelsen gelatinerer ved.

3. Den viskositet som utvikler seg etter gelatineringen. 4. Den grad av klebrighet som utviklet seg etter gelatineringen.

Imidlertid indikerer senere utviklinger at den "grønne" bindstyrke signifikant er avhengig av fordampningen av fuktighet fra bindingsstedet, kfr.Thayer&Thomas: Analysis Of the Glue Lines in Corrugated Board; TAPPI; 22nd Corrugated Containers Conference, mai 1971..

Det er nå oppdaget at en utvalgt klasse av stivelsematerialer viser overlegne egenskaper når de anvendes som klebemiddelkomponent i et korrugerende klebemiddelpreparat. Én; måte å dra fordel av disse egenskaper på er å anvende maskinhastigheter som ordinært er fra 50 til 100% høyere enn hva som har vært an-sett mulig med konvensjonelle korrugeringsklebemiddelpreparater av Stein-Hall-type, eller med de mer nylig innførte ikke-bærer-korrugerende klebemiddelpreparater, ved generelt de samme nivåer méd hensyn til klebemiddelbruk.

Sagt på en annen måte er det oppnådd overlegne resultater når den primært aktive klebemiddelkomponent i et korrugerende klebemiddelpreparat er et forsåpbart stivelseestermateriale som oppviser minst ca. et-30% større areal under enInstron kraft/tid-oppvarmningskurve og minst ca. 30% større areal under en Instron kraft/tid-avkjølingskurve, sammenlignet med umodifisert maisstivelse under de samme testbetingelser.

Foretrukne klebemiddelpreparater i henhold til oppfinnelsen er basert på anvendelse av primære klebemiddelkomponenter som er forsåpbare stivelseestere med en forsåpbar substitusjonsgrad (D.S.) på minst ca 0,015. Som anvendt her, betyr "forsåpbar substitusjonsgrad" den totale D.S. for alle forsåpbare estergrupper på stivelsemolekylet. Spesielt foretrukne stivelseestermaterialer er stivelseacetat, stivelsesuksinat og

i

stivelseacetatsuksinat. Én eller flere av disse aktive klebemiddelkomponenter kan med fordel anvendes enten i en resept av Stein-Hall-type eller i en resept av ikke-bærertype, méd like overlegne forbedringer i'forhold til teknikkens stand.

Den mest foretrukne klebemiddelkomponent er et stivelseacetatsuksinat som har en forsåpbar substitusjonsgrad (D.S.) i området fra ca. 0,025 til ca. 0,045. Disse D.S.-nivåer representerer områder som er anvendelige på stivelseacetatsuksinat. Andre derivater som er nyttige i overensstemmelse med oppfinnelsen, vil ha sine egne foretrukne D.S.-områder. Generelt, hvis D.S.-nivået er for lavt, vil det avledede materiale ikke oppvise sig-. nifikant forbedring overfor umodifisert maisstivelse ved anvendelse i et korrugeringsklebemiddelpreparat. Hvis D.S.-nivået er for høyt, så kan gelatineringstemperaturen være ubrukbar.

Det .spesifikke materiale som er identifisert for anvendelse i overensstemmelse med oppfinnelsen, er stivelsederivater som er identifisert ovenfor. Disse stivelsederivater kan fremstilles umiddelbart før bruk, dvs. in situ på korrugeringsmaskinen, eller de kan fremstilles på forhånd og innblandes i korrugeringsklebemiddelpreparater i likhet med andre stivelsematerialer som skal anvendes for slike formål i overensstemmelse med tidligere kjent praksis.

Det er også mulig å benytte modifiserte stivelsematerialer som kan fremstilles av de ovenfor omtale stivelseestere. Disse modifiserte stivelsematerialer fremstilles ved i alt vesentlig fullstendig å forsåpe stivelseesterne og fjerne de salter som derved dannes. Det resulterende modifiserte stivelsemateriale kan så tørkes. Selv om derivatet er blitt i alt vesentlig fullstendig fjernet fra stivelsematerialet, bevarer den modifiserte stivelse de velgjørende egenskaper ved estermaterialet.

Selv om grunnen til at de spesielle materialer som

er identifisert ved foreliggende oppfinnelse, ikke fullt ut forstås med hensyn til at de er overlegne for anvendelse spesielt for korrugeringsklebemidler, kan det fremsettes den teori at de ikke bare utvikler uvanlig høy viskositet ved gelatinering, men at de i tillegg .tilveiebringer høy "grønn" styrke uten nødvendig-heten av løsningsmiddel fordampning.

Selv om den endelige form av de nyttige stivelsematerialer i henhold til oppfinnelsen ikke er kjent, er det kjent at estermaterialene forsåper i alt vesentlig fullstendig i løpet av et kort tidsrom i den omgivelse som er tilstede i blande-apparaturen i korrugeringsmaskinen.

Oppfinnelsen vil bli bedre forstått ved en mer detalj-ert forklaring av forskjellige spesifikke utførelsesformer. Alle deler og prosenter angir vekt, på kommersiell basis, med mindre annet utrykkelig er angitt. Den komersielle basis for stivelse-materialene inkluderer ca. 12% fuktighet.

Den riktige utvelgelse av den primære aktive klebemiddelkomponent er av stor betydning for den riktige utførelse av oppfinnelsen. Ved fremstilling av forsåpbare stivelseestere for bruk som de primære aktive klebemiddelkomponenter kan utgangs- . stivelsematerialet tas fra hvilken som helst vegetabilsk kilde. Stivelse som stammer fra ikke-voksholdige kornkilder, f.eks. mais, hvete, ris og sorghum, foretrekkes.Betegnelsen "stivelse" brukes her grovt sett for å.omfatte mel, umodifisert stivelse og retur-korn, såkalt "tailings". Maisstivelse er et foretrukket utgangsstivelsemateriale.

Utgangsstivelsen forestres, som det skai beskrives,

for fremstilling av den primære aktive klebemiddelkomponent som

har de ønskede karakteristika i overensstemmelse med oppfinnelsen.

I et typisk korrugeringsklebémiddelpreparat er det ' vanlig å tilsette foraks og kaustiksoda for å øke klebemiddel-styrken og klebrigheten, og for a justere gelatineringstemperaturen. Ved anvendelse av et klebemiddelpreparat av enten bærertype eller ikke-bærertype må Stein-Hall-viskositeten til preparatet ligge innen det konvensjonelle område for å gjøre det mulig å påføre en adekvat klebemiddelmengde på rilleendene ved alle maskinhastigheter. For å være strekkbart på en korrugeringsmaskin, må et klebemiddelpreparat generelt ha en Stein-Hall-viskositet i området fra ca. 20 til ca. 100 sekunder. Stein-Håll-viskositeten til preparatet vil være avhengig av den spesielle korrugeringsmaskin .

Med mindre annet er angitt, er de materialer som her

er beskrevet,slike som skal tilsettes for dannelse av klebemiddelpreparatet. I den spesielle omgivelse av klebemiddelpreparatet kan formen av visse materialer forandres. Eksempelvis vil stivelseesteren forsåpe i et typisk korrugeringsklebemiddelpreparat.

Denne vil redusere den aktuelle alkalimengde som er tilstede. Boraksen kan være tilstede i forskjellige former eller som en likevektsblanding av disse former, primært avhengig av preparatets

pH-verdi.

Som tidligere beskrevet, er det standard praksis i korrugeringsindustrien å tilsette alkali og boraks til klebemiddelpreparatene. Selv om preparater som ikke inkluderer disse materialer, kan anvendes som korrugeringsklebemidler, foretrekkes det å inkludere begge disse materialer til preparatene i henhold til oppfinnelsen.

Boraksen benyttes generelt for å øke klebemiddel-pastaens gelstruktur. Imidlertid kan et overskudd av boraks ha en ugunstig virkning på herdebindingsstyrken. I tillegg har boraks tendens til å øke preparatets geltemperatur. Generelt kan opp til ca. 5% boraks (10 mol) innarbeides i preparatene.

En mer vanlig mengde ville være ca. 2% til ca. 3%. Prosentene

er basert på det totale stivelsemateriale som er tilstede i preparatet, inklusive både det primære aktive klebemiddelmateriale og bærermaterialet. Hvis 5 mol boraks skal anvendes istedenfor 10 mol, er det nødvendig å kompensere for det reduserte hydrati-seringsvann. I ikke-bærersystemer kan borsyre anvendes som reak-sjons stopper . Borsyren vil hurtig bli omdannet til et borat og er da istand til å tjene som erstatning for tilsatt boraks. I denne forbindelse vil betegnelsen "boraks" inkludere de borater som er tilstede på grunn av tilsetning av borsyre.

Et hvert standard alkali kan anvendes. Imidlertid anvendes vanligvis natriumhydroksyd, av økonomiske grunner. Alkaliet tjener til å redusere geltemperaturen til klebemiddelpreparatet til et lett strekkbart punkt. Generelt vil dette være i området fra ca. 62,8°C til ca. 65,5°C, men kan for noen formål variere fra ca. 60,0 til ca. 71,1°C. Det er viktig at store alkalimengder ikke anvendes i noe korrugeringsklebemiddelpreparat, hva enten det er konvensjonelt eller i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse, da alkali har tendens til å redusere gél-strukturdanneise. Generelt kan opp til ca. 5% alkali (beregnet som natriumhydroksyd) anvendes, basert på totalt stivelsemateriale i systemet. Mer vanlige mengder ville være fra ca. 3 til ca. 3,5%.

Det av kritisk betydning for utførelsen av oppfinnelsen at minst tilstrekkelig alkali for praktisk talt fullstendig å forsåpe stivelseesteren anvendes. De alkalimengder som det er referert til ovenfor, er den alkalimengde som er i overskudd av denne minstemengde.

Den spesielle stivelseester som skal anvendes ved utførelsen av oppfinnelsen, er ikke kritisk, så lenge som den vil forsåpe i omgivelsen .av et korrugeringsklebemiddelpreparat. Følgelig foretrekkes stivelseestere som ikke er dyre og som er enkle, f.eks. stivelseacetat. Spesielt foretrukket er den bland-ede ester, stivelseacetatsuksinatet.

Stivelseesterne kan oppnås kommersielt, eller de kan lages ved hvilken som helst konvensjonell metode, f.eks. ved om-etning av umodifisert stivelse med syreanhydrider, syrehalogenider, vinylestere og lignende. De samme reagenser kan anvendes ved anvendelse av in situ-metoden i henhold til oppfinnelsen. Det er imidlertid nødvendig at forestringen utføres ved en temperatur som er under den aktuelle gelatineringstemperatur for både den umodifiserte stivelse og stivelseesteren.

Videre må vanninnholdet i et klebemiddelpreparat justeres slik at et ekstremt klebrig klebemiddelkarakteristikum oppnås umiddelbart etter gelatinering. Dette innebærer at tilstrekkelig vann er tilstede for fullstendig.gelatinering. Det er mest ønskelig at hurtig utvikling av klebning oppnås ved anvendelse av varme i korrugeringsutstyret.

De mengder av stivelsematerialer som benyttes i klebemiddelpreparatene i henhold til oppfinnelsen, er lik dem som benyttes i konvensjonelle preparater. Generelt vil den granulære stivelsekomponent i et preparat av Stein-Ha11-type inneholde fra ca..10 til ca. 25% stivelse. Den endelige klebemiddeIblanding har generelt fra ca. 12 til ca. 25% av sin totale stivelse i form av den gelatinerte bærer.

Stivelseesterne i henhold til oppfinnelsen kan også anvendes som bærerdelen i et klebemiddel av Stein-Hall-type.

I slike tilfeller kan det'være mulig å redusere bærermengden noe på grunn av disse stivelseesteres større tykkelse.

Den ønskelige substitusjonsgrad er avhengig av det spesielle utgangsstivelsemateriale som velges. Imidlertid har det generelt vist seg ønskelig å benytte en forsåpbar D.S. på minst ca. 0,015. Stivelseestere som har en forsåpbar D.S. på minst ca. 0,015, har vist seg å tilfredsstille Instron-test-kriteriene, diskutert ovenfor, og derved tillate maskinhastigheter på minst ca. 20% større enn dem som er oppnåelige under anvendelse av umodifisert maisstivelse som den primære aktive klebemiddelkomponent.

Generelt vilD.S.-nivåer høyere enn 0,015 gi enda større maskinhastigheter. Det har vist seg å være og foretrekke og anvende forsåpbare stivelseestere.som har en forsåpbar D.S.

i området fra ca. 0,025 til ca. 0,045. Anvendelsen av slike materialer vil generelt tillate drift av en korrugeringsmaskin

ved hastigheter opp til ca. 100% høyere enn dem som er oppnåelige ved anvendelse av konvensjonelle klebemidler.

Den "grønne" styrke, og viskositeten til det gelatinerte korrugeringsklebemiddel som produserer den "grønne" styrke, kan ikke bekvemt underkastes direkte kvantitativ måling ved det nøyaktige klebested. Imidlertid viser det seg at den iboende evne hos et korrugeringsklebemiddel til å danne høyere "grønn" styrke, som tillater forbedrede korrugeringshastigheter, kan for-.utsies ved en måling av arealet under enInstron kraft/tidskurve for en pasta laget på én spesiell måte av den primære aktive klebemiddelkomponent som er valgt for anvendelse Uoverensstemmelse med oppfinnelsen.

Instron-kraft/tidkurven for en pasta av en primær aktiv klebemiddelkomponent kan bestemmes i overensstemmelse med følgende fremgangsmåte.

STANDARD INSTRON- METODE

En Instron Tensile Tester Model TT utstyres med kompresjonsladet celle "CM". Et kultiveringsrør som er tilnærmet 22 mm i diameter og 175 mm høyt, innpasses i et kammer med konstant temperatur. Dette kammer er en metallstrømpe med tilnærmet 23 mm i diameter og høyde 116 mm, innviklet med ca. 1,2 m av 4,5 mm kobberrør og dekket med aspest. Kobberrøret er forbundet med bad med konstant temperatur ved egnede innløp.

Stivelseoppslémmingen som skal testes, anbringes i kultiveringsrørét i en tybde av 7 cm.

Kultiveringsrøret senkes inn i strømpen, som er forhånd sopp varmet ved sirkulering -av vann ved en temperatur pa 98,9°C gjennom kobberrøret. En termoelementsonde som har en diameter på 4,7 mm innføres ca. 2,5 cm dypt inn i toppflaten av oppslemmingen. Samtidig.skrus maskinen og registratoren på, idet sonden drives inn i oppslemmingen i en hastighet av 0,5 mm/min. Denne oppvarmningssyklus fortsettes i 14 minutter, og deretter stoppes varmtvannssirkulasjonen. Etter ett minutt til sirkuleres isvann gjennom røret og dette fortsettes i 15 minutter.

Den kurve som avtegnes på registratoren kalles en kraft/tidskurve. Det første 15-minutters segment skal refereres til som oppvarmningssyklusen og det annet 15-minutters segment som avkjølingssyklusen.

Testoppslemmingene for anvendelse påInstron-instru-mentet lages på følgende måte: En forutbestemt mengde av umodifisert maisstivelse oppslemmes i 110 ml vann. En forhåndsbestemt mengde av en 4 vekt/vol.% boraks (10 mol) løsning og en forhåndsbestemt mengde av en 20 vekt/vol.% NaOH-løsning tilsettes. Tilstrekkelig vann tilsettes til å gi et totalt ytterligere volum på 60 ml. Den resulterende oppslemming oppvarmes ved en temperatur på 100°C, med røring i 5 minutter, og for deretter henstå i 5 minutter. Den tilsettes da umiddelbart til den annen oppslemming som på forhånd er fremstilt»

Den annen oppslemming fremstilles ved oppslemming av 50 g av teststivelsen i 165 ml vann. Den første oppslemming blandes så med denne oppslemming, og hele blandingen røres i 15 minutter. Blandingen testes så umiddelbart påInstron-testeren.

En prøve av umodifisert maisstivelse kjøres som test-stivelse under disse standardtestbetingelser. Kraft/tid-oppvarm-nings- .og -avkjølingskurvene utvikles som beskrevet ovenfor, og arealet under hvert av disse segmenter bestemmes uavhengig av hverandre.

Den identiske prosess følges så for det stivelsemateriale som skal tested. Arealene under oppvarmningskurven for teststivelsen sammenlignes med arealet for umodifisert maisstivelse. Det samme gjøres for arealene under avkjølingskurven. Det må poengteres at arealene under hvert av segmentene i kurvene behandles uavhengig av hverandre.

De absolutte arealer bestemt på denne måte er vil-kårlige verdier stort sett bestemt ved testprosessen. Det av-gjørende trekk ved testen er ikke disse absolutte verdier, men forholdet mellom arealene for teststivelsen' og arealene for den umodifisere maisstivelse, ved utførelse under de samme testbetingelser. Dette betyr at de forhåndsbestemte mengder av bærerstivelse, boraks og natriumhydroksyd er identiske.

Selv om Instron-testen ikke er helt reproduserbar hva angår viskositeten og gelstrukturen på limlinjen, så gir den en relativ måling for evnen hos en spesiell, primær klebemiddel komponent til å utvikle høy "grønn" styrke i et korrugerende bindingsmiljø.

Det har vist seg at for å frembringe den ønskede

20% forbedring i maskinhastigheten må estermaterialet oppvise minst ca. et 30% større areal under både instron-oppvarmnings-

og -avkjølingskurvene sammenlignet med umodifisert maisstivelse. Med andre ord, en forsåpbar stivelseester som vil oppvise en

30% Instron-forbedring (større areal) under både oppvarmnings-og avkjølingskurver vil gi maskinhastigheter på minst ca. 20%høyere verdi enn maskinhastigheter som er oppnåelige ved anvend-* else av umodifisert maisstivelse, på.den samme maskin.

De nyttige stivelseestermaterialer kan også defineres på den måte at de har en total forsåpbar substitusjonsgrad (D.S.) på minst ca. 0,015. Denne øvre grense for forsåpbar D.S. er

økonomisk og funksjonell. Det er nødvendig at materialet har en geltemperatur som er høy nok til at det ikke vil gelatinere før bruk, f.eks. under fremstilling av derivatet eller under sammen-blanding av klebemiddelpreparatet.

Selv om den eksakte øvre grense for forsåpbar D.S. vil være avhengig av den spesielle substituent som anvendes, generelt sett, så vil den for estere av monokarboksylsyrer være ca. 0,1 og for monoestere av dikarboksylsyrer ca. 0,06.

Det er kjent at i miljøet av klebemiddelpreparatet vil esteren forsåpe i løpet av relativt kort tid. Dette betyr at esteren vil være i alt vesentlig fullstendig forsåpet før den påføres rilleevnene. Den nøyaktige form av det forsåpede stivelsemateriale er ikke kjent. Det er muligens et kompleks med enten kaustiksodaen eller boraksen som generelt er tilstede i systemet.

Det menes at en del av forbedringen i maskinhastighet kan tilskrives et redusert alkalinivå i preparatet. Etter hvert som estermaterialet forsåper, brukes noe av alkaliet opp.

Visse av de velgjørende egenskaper ved stivelseesterne. bevares i det forsåpede produkt. Før den virkelig påføres på rilleendene, er esteren praktisk talt fullstendig forsåpet. Det har vist seg at et modifisert stivelsemateriale kan fremstilles ved forsåpning av stivelseesteren. Forsåpningen utføres i nærvær av alkali og kan videre inkludere boraks i forsåpningsmediet. Det modifiserte materiale kan så tørkes. Denne prosess, dvs. forestringen fulgt av forsåpning gir et materiale som er for- skjellig fra det opprinnelige umodifiserte stivelsemateriale. Dette modifiserte materiale kan anvendes i et korrugeringsklebemiddelpreparat på en måte i likhet med anvendelsen av stivelseesterne. Forbedret "grønn" bindingsstyrke sammenlignet med umodifisert maisstivelse er funnet. Den nøyaktige mekanisme ved modi-fiseringen er ikke kjent, men kan være en fysisk splittelse av granulene, eller den kan være en liten mengde av et kompleks som

er dannet mellom alkaliet og stivelsen.

Bruken av en redusert alkalimengde i korrugerings-klebemiddelpreparatet svarer ikke for hele maskinhastighetsfor-bedringen. Når umodifisert maisstivelse og en stivelseester i overensstemmelse med oppfinnelsen kjøres ved identiske aktuelle alkalinivåer, er maskinhastighetene fremdeles meget større under anvendelse av stivelseestermaterialene.

Stivelse.esterne kan dannes in situ ved korrugeringsmaskinen ved fremstilling av klebemiddelpreparatet. Det er bare nødvendig å tilsette et esterdannende reagens til preparatet.Betingelsene er slike ,som vil tillate meget hurtig forestring, fulgt av irreversibel forsåpning.Forestringsreagensene er de ovenfornevne konvensjonelle materialer. Den reagensmengde som skal tilsettes, er den mengde som, i fravær av forsåpning, ville gi et produkt med en forsåpbarD.S. egnet for bruk i overens-stemmelsen med oppfinnelsen.' Generelt vil et slikt reagens som eddiksyreanhydrid ha en reaksjonseffektivitet på ca. 50% til ca. 70% under de betingelser som man treffer på i et korrigerings-klebemiddelpreparat.

Rekkefølgen av tilsetning av materialene til klebemiddelpreparatet er ikke kritisk for den angitte in situ-metodes suksess. Det er naturligvis nødvendig at forestringsreagenset ikke tillates å forbli i en omgivelse i noen særlig lang tid der hvor det kunne, i det minste delvis, bli spaltet.

For mer fullstendig å forstå oppfinnelsen henvises

det til følgende beskrivelse av spesifikke utførelsesformer av oppfinnelsen. Eksemplene er ment som illustrasjon og for opp-lysning, men ikke på noen måte å begrense oppfinnelsens ramme.

EKSEMPEL I

Sammenlignende. produksjonsforsøk med korrugerte plater

For å vise at korrugeringsklebemidlene i henhold til oppfinnelsen gir forbedringer i forhold til konvensjonelle klebe middelpreparater som inneholder umodufisert stivelse, av Stein-Hall-type, var det nødvendig å etablere en grense, over hvilken hastighet konvensjonelle stivelseklebemidler ikke lenger av-binder korrugeringsplaten tilstrekkelig til å hindre delaminering under de påfølgende operasjoner, og deretter å bestemme ved hvilken maskinhastighet korrugerte plater hvor det blir brukt klebemidler fremstilt i overensstemmelse med oppfinnelsen, kunne produseres før de nådde det punkt hvor de sviktet.

De korrugerte plater som ble fremstilt i alle tester

i dette eksempel, var en såkalt "double backer"-plate som bestod av et 11,8 kg korrugert ark anbragt mellom to 19,1 kg Kraft-liners. En kommersiell "double-backer"-korrugert-papirmaskin ble brukt. Alle varmplatetemperaturer ble satt til 148,9°c for dette forsøk. Innledningsvis ble limklaringen på klebemiddelapplika-toren satt på 0,36 mm. Et konvensjonelt korrugeringsklebemiddel av Stein-Hall-type, for anvendelse som kontroll, og korrugeringsklebemiddelpreparater fremstilt i overensstemmelse med oppfinnelsen, ble laget som angitt inedenstående tabell.

Konvensjonell " Double Backer"- resept

Primær mikser

Tilsett 37,85 1 vann

Tilsett 9,1 kg umodifisert maisstivelse

o

Oppvarm til 65,5 C

Tilsett 1,5 kg NaOH oppløst i 7,57 1 vann

Rør i 15 min.

Tilsett deretter 3 7,85 1 kjølevann

Bland i 10 minutter og hold ved 43,3°C

- Sekundær mikser

Tilsett 113,55 1 vann og oppvarm til 32,2°C

Tilsett 1,54 kg (10 mol) boraks

Tilsett 45,4 kg umodifisert maisstivelse

Tilsett den primære blanding til den sekundære i

løpet av 30 minutter og hold ved 43,3°C

Juster viskositeten til 60 sek. med 17,0 1 vann " Double Backer"- resept i henhold til oppfinnelsen Primær mikser

Tilsett 37,85 1 vann

Tilsett 8,6 kg umodifisert maisstivelse Oppvarm til 65,5°C

Tilsett 1,8 kg NaOH oppløst i 7,57 1 vann Rør i 15 min.

Tilsett 37,85 1 kjølevann og hold ved 43,3°c

Sekundær mikser

Tilsett 113,55 1 vann og oppvarm til 32,2°c

Tilsett 0,7 kg (10 mol) boraks

Tilsett 45,4 kg stivelseacetatsuksinat (0,027 D.S. acetat, 0,01 D.S. suksinat). Tilsett den primære blanding til den sekundære i løpet av 30 min. og hold ved 43,3°C Bland i 5 minutter og tilsett 0,7 kg (10 mol) boraks Tilsett 17,0 1 vann for å justere viskositeten til 60 sekunder

Klebemiddelegenskapene til disse preparater ble bestemt og er angitt nedenunder.

" Double Backer"

Klebemiddelegenskaper

Begge disse klebemiddelpreparater ble vurdert etter hverandre på samme korrugeringsmaskin.

Under anvendelse av kontrollklebemidlet som er angitt ovenfor, var den maksimale hastighet som var oppnålig på korrugeringsmaskinen, før den korrugerte plate begynte å delaminere ved kuttekniven, 135 m/min.

Under anvendelse av stivelseacetatsuksinatet som den rå stivelsedel i "double backer"-klebemiddelpreparatet av Stein-Hall-type ble det oppnådd hastigheter på 180 m/min. Ved dette punkt ble limklaringen på "double backer"-applikatoren øket fra 0,36 mm til 0,41 mm, og korrugeringsmaskinen ble kjørt med 210 m/min., eller 55% bedre enn kontrollen, med utmerket "double backer"-"grønn" styrke. Over denne hastighet ville "single facer"-korrugeringsmaskinen, som tilførte ensidig korrugert papir til "double backer"en, ikke. holde tritt på grunn av det faktum at klebemiddelpreparatet som ble anvendt i "single facer"-trinnet var et typisk konvensjonelt umodifisert stivelseklebe-middel, og ikke nok varme kunne påføres av maskinen til å for-årsake tilstrekkelig hurtig gelatinering av det nevnte klebemiddel .

Imidlertid, med "single facer"-broen full av plater laget ved lavere maskinhastigheter, kunne "double backer"-sek-sjonen kjøres i korte krafttak ved hastigheter godt over 240 m/ min.Begrensningen av disse kjøringer inntraff når ubundne "single facer"-ark ville nå "double backer"-limemaskinen. Det er. derfor innlysende at stivelseacetatsuksinat-klebemidlet vil gi gode "double backer"-korrugerte plater ved korrugatorhastigheter betydelig over 210 m/min.

EKSEMPEL II

Produksjonsforsøk med korrugerte plater

En ytterligere korrugeringstest ble utført under anvendelse av den samme korrugeringsmaskin og i alt vesentlig de samme driftsbetingelser som for forsøkene i eksempel 1. Maskinen ble anvendt for fremstilling'av plater under anvendelse av 19,1 kg liner og et 11,8 kg korrugert medium, med limklaringer på 0,33 og 0,36 mm.

Det stivelsederivat som ble anvendt som den primære klebemiddelkomponent varkarakterisertsom følger: Det var et stivelseacetatsuksinat med enD.S. for acetat = 0,011; D.S. for suksinat = 0,015. Det viste seg at et klebemiddelpreparat til-laget som beskrevet nedenunder, kunne kjøres med hell ved ganske høye maskinhastigheter. Sammensetningen var som følger:

Med limavsetningene satt på 0,33 mm kunne kurrogatoren kjøres effektivt med 210 m/min. Senkning av limklaringene til 0,23 mm tillot oppnåelse av opprettholdte korrugatorhastigheter på over 240 m/min. Ved dette punkt hadde korrugeringsmaskinen nådd sin praktiske grense, og 28,2 kg liners ble da brukt istedenfor de 19,1 kg liners.

Med -den tyngre liner produserte korrugeringsmaskinen effektivt korrugerte plater ved hastigheter på 195 m/min. ved en .innstilling på 176,7°c på korrugatorens.varmeplater. Konvensjonelle stivelseklebemidler har en grense på 90-150 m/min. ved 148,9°C og 105-120 m/min. ved 176,7°c varmeplatetemperaturer ved anvendelse av disse liners på denne maskin. Korrugeringseffek-tiviteten var betydelig overlegen under anvendelse av preparatene i henhold til oppfinnelsen.

EKSEMPEL III

Ytterligere produksjonsforsøk: Stein- Hall- resepter Det ble gjort ytterligere forsøk på den s amme maskin i overensstemmelse med den sist omtalte fremgangsmåte fra eksempel II under anvendelse av 28,2 kg liners med primære klebemiddelkomponenterkarakterisertsom følger: Stivelsederivat.

Stivelseacetatsuksinat

(D.S. for acetat = 0,013;

D..S. for suksinat = 0,016)

Stivelseacetatsuksinat

(D.S. for acetat = 0,018;

D.S. for suksinat = 0,014)

Det stivelsederivat som er identifisert som (a), ble fremstilt som et klebemiddelpreparat som beskrevet i eksempel II,. og brukt på en korrugeringsmaskin med limklaringer på 0,18 mm med varmeplaten innstilt på 148,9°C. Start-maskinhastigheter på 180 m/min. ble oppnådd. Etter hvert som limklaringen ble åpnet til 0,25 mm, ble det oppnådd maskinhastigheter på opp til 225.m/ min. Da varmeplatetemperaturene ble hevet til 176,7°c, ble det oppnådd maskinhastigheter på 232,5 m/min., med tilfredsstillende plateproduksjon.

Ved kjøring av et klebemiddelpreparat som beskrevet

i eksempel 2, under anvendelse av det stivelsederivat som er identifisert ovenfor som (b) , på korrugeringsmaskinen med limklaringene på 0,18 mm, og varmeplatene innstilt på 176,7°C, ble det fremstilt korrugerte plater med hell ved 240 m/min.

EKSEMPEL IV

Preparat av ikke- bærertype

Det ble utført en demonstrasjon i liten skala med et klebemiddelpreparat .(IV-1) som inneholdet 18-20% stivelseacetatsuksinat (D.S. for acetat = 0,0266; D.S. for suksinat = 0,018)

som den primære klebemiddelkomponent, i en vandig oppslemming. Dette er i sammensetningen ekvivalent med en konvensjonell 11-sekkers blanding i en mølle (dvs. ekvivalent med et preparat som inneholder 11 sekker av klebemiddelkomponenten i tilnærmet 2.460 1 totalt klebemiddel).

En annen demonstrasjon ble utført med et klebemiddelpreparat (IV-2) laget av en blanding av umodifisert maisstivelse og den primære klebemiddelkomponent, i slike forhold at på en mølleskala ville 2 av de 11 sekker (dvs. ca. 18%) være umodifisert maisstivelse, idet resten var den primære klebemiddelkomponent.

Stein-Hall-viskositetsmålinger ble utført på hvert av disse preparater etter at de var ferdiglaget for bruk. Tillag-ingsprosessen var den som er beskrevet i US-patentskrift 3.355.307, og var som følger: 250 g"stivelsemateriale ble oppslemmet i 890 ml vann ved 40,6°C. 2 75 ml av 4,0% natriumhydroksyd (kaustisk) ble tilsatt til stivelseoppslemmingen ved romtemperatur i løpet av 4,5 minutter. Reaksjonen ble stoppet ved 600 cP med 4,7 g borsyre. Den resulterende pasta bestod i hvert tilfelle av en i alt vesentlig homogen suspensjon av delvis svellede granuler.

Stein-Hall-viskositetsobservasjonene ble gjort straks, og deretter, etter at hvert preparat var lagret i 24 timer, ved 37,8°C med svak røring.Viskositetene var lik dem som typiske konvensjonelle preparater har.

EKSEMPEL V

Det ble fremstilt et klebemiddelpreparat med følgende sammensetning:

Primær mikser

Vann 378,5 1 Umodifisert maisstivelse 100 kg

NaOH (oppløst i 37,85 1) 18,2 kg

Oppvarm til 71,1°C og hold der 15 min.

Vann 2 50 1

Sekundær mikser

Vann 143,51

Boraks (10 mol) 8,2 kg Stivelseacetatsuksinat 454 kg

Bland inn primær blanding i

løpet av 30 minutter

Vann 75,7 1

Boraks (10 mol) 45,4 kg

Dette preparat ble kjørt på en kommersiell maskin under anvendelse av en 40,8kg liner på "single face"-siden og

to 40,8 kg liners laminert på maskinen på "double backer"-siden. God avbinding ble observert ved hastigheter på 106 m/min. Konvensjonelle klebemidler kan normalt kjøres ved ca. 60-75 m/min. under de samme testbetingelser.

Den samme blanding ble anvendt som et laminerings-, klebemiddel med tilfredsstillende resultater. imidlertid ble det ikke oppnådd noen numeriske data da denne spesielle maskin kunne kjøres ved sin topphastighet ved anvendelse av enten et konvensjonelt preparat eller et preparat i overensstemmelse med oppfinnelsen.

EKSEMPEL VI

Det ble fremstilt en annen batch av klebemiddel under anvendelse av det samme stivelseacetatsuksinat som angitt i eksempel v. Mengden av bærerstivelse var 95 kg, og resten av preparatet var identisk med det som er angitt i eksempel 5.

Under anvendelse av det identiske 90, 90/90 laminat, med liners som angitt i eksempel 5, ble det oppnådd hastigheter på 126 m/ min. Et ytterligere forsøk ble gjort hvor "double backer"-lineren bestod av en 40,8 kg liner laminert på maskinen under anvendelse av dette klebemiddelpreparat til en 31 kg liner. Hastigheter på 123 m/min. ble oppnådd. De gjennomsnittlige hastigheter for begge disse platekvaliteter var 60 m/min. under anvendelse av konvensjonelle klebemidler. Maskinhastigheten var ikke begrenset i disse to tilfeller av limlinjesvikt, men av muligheten for å kjøre med overbelastning ved høyere hastigheter.

EKSEMPEL VII

Til en oppslemming av 24,6 g umodifisert maisstivelse i 330 ml vann ble det tilsatt 25 ml av en 2,75% (vekt/vol.) boraks-løsning, 45 ml av 3,09% (Vekt/vol.) NaOH og en blanding av 0,018 mol ravsyreanhydrid og 0,048 mol eddiksyreanhydrid. En labora-torievurdering av den resulterende oppslemming indikerte at den hadde overlegne klebeegenskaper.

EKSEMPEL VIII

Eksempel VII ble gjentatt med unntagelse av at rav-syreanhydridet ble erstattet med adipinsyreanhydrid. Produktet ble igjen vurdert som et overlegent korrugeringsklebemiddel.

EKSEMPEL. IX

Det ble gjort kommersielle forsøk på en rekke pro-dukter under anvendelse av følgende preparater.

Ved anvendelse av estermaterialene ble NaOH øket til

9,1 kg og boraksen til 8,2 kg.

Preparatene ble kjørt under anvendelse av 2 7,2 kg liners med liminnstillinger på0,51 mm på "single facer" og0,46 mm på "double backer".

EKSEMPEL X

Det ble produsert Instron-kraft/tidskurver ved anvendelse av standardmetoden for følgende stivelsematerialer.

(a) Dette er materiale fra eksempel IX, forsøk 2

(b) Dette er materiale fra eksempel IX, forsøk 3

(c) Dette er materiale fra eksempel IX, forsøk 4

(d) Dette er materiale fra eksempel i

(e) Dette er materiale fra eksempel V

(f) Dette produkt viste bare 13% maskinhastighetsforbedring (g) Dette er materiale fra eksempel III, forsøk a (h) Dette er materiale fra eksempel III, forsøk b (i) Dette produkt viste 38% maskinhastighetsforbedring

EKSEMPEL XI

Standard Instron-kraft/tidsarealer ble bestemt for følgende stivelsematerialer:

EKSEMPEL XII

Materialet fra eksempel I ble forsåpet i nærvær av NaOH og boraks. Det ble så vasket med vann for fjerning av kaustiksodaen, boraksen og saltene. En standardInstron-kraft/ tidsbestemmelse ble gjort. Materialet viste 58% oppvarmnings-syklusforbedring og 82% avkjølingssyklusforbedring.

EKSEMPEL XIII

Eksempel XII ble gjentatt under anvendelse av materiale fra eksempel V. Dette viste 58% forbedring i oppvarmningssyklusen og 102% forbedring i avkjølingssyklusen.

Da et syrenøytralisasjonstrinn ble innført, ble det ikke påvist noen signifikant forbedring i sammenlinging '.med umodifisert maisstivelse.'

Selv om stivelseacetatsuksinatet, og de andre spesifikke primære klebemiddelkomponenter som her er identifisert, gir overlegne resultater sammenlignet med preparater som er basert på umodifisert maisstivelse og andre konvensjonelle materialer, kan de generelt anvendes ved tillaging av korrugeringsklebemiddelpreparater på samme generelle måte og i alt vesentlig de samme forhold som konvensjonelle materialer, f.eks. umodifisert maisstivelse. Generelt kan de primære klebemiddelkomponenter i henhold til oppfinnelsen anvendes for erstatning av en del av, eller : fortrinnsvis alt, av de konvensjonelle primære klebemiddelkomponenter i klebemiddelpreparater av både Stein-Hall-type og ikke-bærertype. Spesifikke variasjoner i mengder av komponenter og tilsetningen av andre komponenter kan gjøres i preparatene under anvendelse av disse primære klebemiddelkomponenter på samme måte som det gjøres for konvensjonelle klebemiddelpreparater. Disse variasjoner er velkjente for fagmannen på området.

Detaljene .ved klebemiddelsysternet av Stein-Hall-type kan finnes i de ovenfor nevnte US-patentskrifter 2.051.025 og 2.102.937, hvis beskrivelser her er tatt med.Detaljene ved klebemiddelsystemer av ikke-bærertype kan finnes i US-patentskrift 3.355.307, som er tatt med her. Ved anvendelse av søker-ens nye preparater i et ikke-bærermiljø, kan det anvendes slike reaksjonsstoppere som syreanhydrider og syreklorider. Disse kan grovt defineres som syre eller syreproduserende materialer. Omhyggelig utvelgelse av reaksjonsstopperen kan således tillate det samme materiale å tjene som reaksjonsstopper og forestrins-reagens.

Det er naturligvis nødvendig at den endelige bindstyrke, sett i motsetning til den "grønne" bindstyrke, er tilstrekkelig høy til å muliggjøre konvensjonell bruk av produktet. Nål-adhesjonstester har vist at de endelige bindstyrker under anvendelse av klebemiddelpreparatene i henhold til oppfinnelsen er praktisk talt lik bindstyrker for konvensjonelle klebemidler.

Klebemiddelpreparatene i henhold til oppfinnelsen er også nyttige for andre formål enn ved fremstilling av korrugert papp. Eksempelvis kan disse preparater finne anvendelse i rør-vikling og fremstilling av laminerte plater og flerlags papir-sekker.

Videre kan de konvensjonelle additiver som vil gi vannresistens til de herdede bindinger også innarbeides i preparatet.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet i forbindelse med spesifikke utførelsesformer av denne, skal det forstås at den kan utsettes for ytterligere modifiseringer, og denne søknad skal dekke andre variasjoner, anvendelser eller tilpasninger av oppfinnelsen ved at man generelt følger prinsippene ved oppfinnelsen og inkluderer slike avvik fra foreliggende beskrivelse som er innenfor kjent eller vanlig praksis på det område som oppfinnelsen tilhører, og som kan anvendes på de essensielle trekk som her er angitt, og som er innen oppfinnelsens ramme.

Claims (8)

1. Klebemiddelpreparat som er egnet for anvendelse i en korrugeringsmaskin og som gjør det mulig å kjøre korrugeringsmaskinen ved driftshastigheter minst ca. 20% over det som er mulig ved anvendelse av umodifisert maisstivelse som den primære aktive komponent, karakterisert ved at preparatet inneholder som primær aktiv komponent et forsåpbart stivelse-estermateriale som har minst ca. 30% større areal under en Instron-kraft/tid-oppvarmningskurve og minst ca. 30% større areal under enI nstron-kraft/tid-avkjølingskurve, sammenlignet med umodifisert maisstivelse under de samme testbetingelser, og tilstrekkelig alkali til praktisk talt fullstendig å forsåpe det forsåpbare stivelse-estermateriale.

2.K lebemiddelpreparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at det forsåpbare stivelseestermateriale .. har en forsåpbar D.S.-verdi på minst ca. 0,015.

3.K lebemiddelpreparat som angitt i krav 1 og 2, karakterisert ved at det forsåpbare stivelseestermateriale er et forsåpbart maisstivelseestermateriale.

4. Klebemiddelpreparat som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at det for såpbare stivelseestermateriale er granulært og ugelatinert.

5. Klebemiddelpreparat som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det forsåpbare stivelseestermateriale er i form av delvis opp-svellede granuler.

6. Klebemiddelpreparat som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakter! sert ved at den forsåpbare stivelseester er utvalgt fra gruppen som består av stivelseacetat, stivelsesuksinat, stivelseacetatsuksinat og blandinger derav.

7. Klebemiddelpreparat som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 6, karaktersert ved at den forsåpbare stivelseester er et maisstivelseacetatsuksinat med en forsåpbarD .S.-verdi i området fra ca.0 ,025 til ca. 0,045.

8. Klebemiddelpreparat som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det inneholder opp til ca. 5% ytterligere alkali og opp til ca. 5% boraks (10 mol), basert på totalt stivelsemateriale, kommersiell basis.