КЛЕИ STEIN HALL С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ СУХОГО ВЕЩЕСТВА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КЛЕЕВ STEIN HALL С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ СУХОГО ВЕЩЕСТВА Российский патент 2006 года по МПК C09J103/02 

Изобретение относится к способу получения клея Stein Hall, включающему стадии:

- получение порции носителя в результате клейстеризации в щелочной среде, по меньшей мере, части от общего количества крахмала в клее;

- разбавление порции носителя определенным объемом воды;

- добавление оставшегося вторичного крахмала,

где на первой стадии упомянутую порцию носителя получают при использовании части щелочи, а на второй стадии порцию носителя разбавляют определенным объемом воды с последующим добавлением, по меньшей мере, порции вторичного крахмала.

Изобретение дополнительно относится к клею Stein Hall с высоким содержанием сухого вещества (также называемому высококонцентрированным клеем либо адгезивом Stein Hall), полученному согласно вышеописанному способу.

Клеи на основе крахмала хорошо известны в промышленности изготовления гофрированного картона. Среди используемых клеев наиболее популярными являются клеи, относящиеся к типу Stein Hall.

Клеи Stein Hall в общем случае известны как клеи, содержащие порцию носителя клея, которую получают в результате клейстеризации под действием каустической соды приблизительно 10-20% от полного количества крахмала в клее. Получающуюся в результате пасту после этого охлаждают и разбавляют водой, а оставшийся крахмал после этого добавляют в виде гранулированного нативного крахмала. Также добавляют и буру (1,5-2,5%).

При данных условиях максимальная полная концентрация крахмала в данных композициях, относящихся к типу Stein Hall, не превышает 25%, хотя сообщали и о величинах вплоть до 30-37% в расчете на сухую массу. Более высокие значения получали тогда, когда вязкость носителя уменьшали в результате реакции окисления и тому подобного.

Недостаток данных низкоконцентрированных клеев заключается в том, что они содержат значительные количества воды, что уменьшает скорость адгезии и затрудняет высушивание слоя клея на стадии адгезии. В дополнение к этому, клеи с более высоким содержанием сухих веществ в результате позволяют уменьшить потребление энергии, поскольку выпаривать нужно будет меньшие количества воды.

Следовательно, желательны более высокие концентрации крахмала в клее. Но также известно и то, что при использовании крахмала в качестве связующего имеется предел максимального количества крахмала, которое можно использовать. При более высоких количествах крахмала количество воды становится недостаточным для гарантирования желательной адгезии, в то время как вязкость клея становится слишком высокой.

Высококонцентрированные клеи на основе крахмала были раскрыты в предшествующем уровне техники. В ЕР 0038627 описывается клей на основе крахмала, который состоит из полностью клейстеризованной фракции крахмала и частично набухшей фракции крахмала с соотношением от 0,2:100 до 2:1. Клей может содержать от 10% до 40% твердой фазы крахмала в расчете на сухую массу. Клейстеризованную фракцию получают в результате проведения тепловой обработки при 95°С либо выше, а не в результате перемешивания с концентрированной щелочью, как в классической композиции Stein Hall. Собственно говоря, это клей, относящийся к типу клеев без носителя, к которому для улучшения клейкости клея во влажном состоянии добавляют фракцию клейстеризованного крахмала.

В ЕР 0576221 описываются клеевые композиции, содержащие от 15 до 35% (мас.) твердой фазы крахмала. Значительное количество крахмала находится в частично набухшем состоянии (предпочтительно от 20 до 50%).

В ЕР 0376301 описывается клей, полученный в результате обработки суспензии крахмала в струйном варочном котле при температуре от 120 до 200°С с получением клейстеризованной дисперсии. После этого к данной клейстеризованной дисперсии добавляют неклейстеризованную фракцию. Полное содержание твердой фазы крахмала в данной композиции, как проиллюстрировано в примерах, варьирует от 32 до 40%.

В GB 1571336 также описывается способ получения водного клея на основе крахмала. В данном способе порцию носителя получают из клейстеризованного молекулярно диспергированного крахмала при содержании твердой фазы от 3% до 40% (мас.) путем варки суспензии крахмала с использованием струйного варочного котла. Порцию носителя после этого перемешивают с суспензией неклейстеризованного крахмала. В получающуюся в результате смесь добавляют щелочь.

Клеи, описанные в данных приложениях, не являются типичными композициями Stein Hall.

В ЕР 1101809 описываются клеи на основе крахмала с высоким содержанием сухого вещества, содержащие, по меньшей мере, 40%, предпочтительно, по меньшей мере, 46% сухого вещества. Данное высокое содержание сухого вещества получают путем добавления к клею на основе крахмала неорганических солей, предпочтительно карбоната кальция. Соотношение крахмал/наполнитель предпочтительно, по меньшей мере, составляет 60:40. Клей может относиться к типу Stein Hall, без носителя либо Minocar.

В ЕР 0409240 описывается высококонцентрированный клей в виде суспензии крахмала, содержащий от 20 до 60% (мас.) твердой фазы крахмала. Клей стабилизируют путем добавления камеди, такой как ксантановая камедь либо рамзановая камедь, и некоторого количества гидроксида натрия.

В WO 9850478 описываются клеевые композиции с высоким содержанием сухого вещества, которые содержат значительное количество водорастворимого щелочного силиката вместе с крахмалом, бурой и гидроксидом натрия. В примерах описываются клеевые композиции, содержащие вплоть до 45% твердой фазы.

Часть процитированных выше документов предшествующего уровня техники не относится к клеям типа Stein Hall, это такие документы, как ЕР 0038627, ЕР 0576221, ЕР 0376301 и ЕР 0409240.

Два других процитированных документа, то есть ЕР 1101809 и WO 9850478, могут включать клеи, относящиеся к типу Stein Hall, но они значительно отличаются от стандартных композиций тем, что они содержат материал неорганического наполнителя, который вносит свой вклад в высокое содержание сухого вещества в клее.

На современном уровне техники описывались и другие клеи с высоким содержанием сухого вещества, относящиеся к типу Stein Hall.

В US 3912531 описываются клеи с высоким содержанием сухого вещества, относящиеся к типу Stein Hall, содержащие вплоть до 40% (мас.) твердой фазы крахмала.

Однако недостаток данного типа клеев Stein Hall с высоким содержанием сухого вещества заключается в том, что их получают при использовании в качестве крахмала-носителя либо части крахмала-носителя текучего крахмала, текучесть которого составляет от 25 до 90.

В ЕР 0049009 также описываются клеи с высоким содержанием сухого вещества, относящиеся к типу Stein Hall. Проблема, ставшая причиной разработки данного патентного документа, заключается в том, чтобы получить конечный клей с высоким содержанием сухого вещества, у которого вязкость не будет существенно увеличена, и вследствие этого смесь еще можно будет перекачивать насосом. Собственно говоря, клей должен проявлять определенную стабильность свойств при хранении и характеризоваться подходящей для переработки вязкостью.

В патентном документе утверждается, что клеи с высоким содержанием сухого вещества не могут быть получены по обычно используемой технологии получения клеев, относящихся к типу Stein Hall (которые характеризуются низким содержанием сухого вещества). Как описывалось выше, способ, по которому получают данные виды клеев, относящиеся к типу Stein Hall, включает получение носителя и после этого разбавление его при уменьшении основности. Если основность не уменьшить, то это окажет негативное влияние на добавление вторичного крахмала и в результате приведет к набуханию гранул и нестабильной вязкости.

Однако, если необходимо получать клеи с высоким содержанием сухого вещества, для предотвращения нежелательного набухания разбавление становится недостаточным. В дополнение к этому комбинация менее разбавленного носителя и высокой концентрации вторичного крахмала в результате приведет к получению композиции, которая больше уже не будет пригодна для переработки.

Решение данной проблемы, которое предложено в заявке ЕР 0049009, заключается в окислении порции носителя, а после этого клейстеризации окисленного крахмала в присутствии необходимого количества гидроксида натрия, тем самым в уменьшении вязкости носителя до значения, которое сделает возможным добавление необходимого количества вторичного крахмала. Данный вторичный крахмал после этого добавляют до получения клея с содержанием сухого вещества 40%. Необходимо подчеркнуть, что порция крахмала-носителя в клее составляет более 14% от сухого вещества крахмала, присутствующего в клее.

Недостаток данного способа заключается в том, что клеи с высоким содержанием сухого вещества получают при необходимости использования во фракции носителя крахмалов с пониженной вязкостью.

Крахмалами с пониженной вязкостью, упоминаемыми в патентных документах современного уровня техники, обычно являются текучие крахмалы либо окисленные крахмалы, где текучие крахмалы получают в результате химической либо ферментативной деструкции.

В US 6048391 описывается способ получения клея на основе крахмала для изготовления гофрированного картона. Способ осуществляют в системе, которая включает первую и относительно большую смесительную емкость, оборудованную мешалкой. Вторая и меньшая смесительная емкость соединяется с первой смесительной емкостью через канал рециркуляции. Вторая и меньшая смесительная емкость оборудована средствами создания сдвигового усилия, которое превышает сдвиговое усилие, создаваемое в первой и большей смесительной емкости. Способ осуществляют в две стадии. На первой стадии проводят подачу воды и крахмала с получением в первой смесительной емкости носителя, а после этого получающийся в результате носитель транспортируют во вторую смесительную емкость. Во вторую смесительную емкость сначала контролируемым образом добавляют щелок для получения носителя. На второй стадии к носителю в маленькой емкости добавляют дополнительное количество крахмала, воду, буру и вторую дозу щелока.

Недостаток данной системы заключается в том, что используется дополнительная смесительная емкость, где вводится контур циркуляции. Таким образом, получается технически более сложная и более дорогостоящая система. Кроме этого, клеи Stein Hall, полученные данным способом, не отличаются высоким содержанием сухого вещества.

Целью изобретения является разработка способа получения клея Stein Hall, позволяющего преодолеть упомянутые выше недостатки.

Данная цель достигается использованием способа получения клея Stein Hall, включающего стадии:

- получение порции носителя в результате клейстеризации в щелочной среде, по меньшей мере, части от общего количества крахмала в клее;

- разбавление порции носителя определенным объемом воды;

- добавление оставшегося вторичного крахмала,

где на первой стадии упомянутую порцию носителя получают при использовании части щелочи, а на второй стадии порцию носителя разбавляют определенным объемом воды с последующим добавлением, по меньшей мере, порции вторичного крахмала, где клей Stein Hall с высоким содержанием сухого вещества получают с использованием одной смесительной емкости, где на первой стадии упомянутую порцию носителя получают в одной смесительной емкости, а на третьей стадии оставшуюся щелочь добавляют в разбавленном виде вместе со вторичным крахмалом.

В предпочтительном варианте способа по изобретению добавление оставшихся вторичного крахмала и щелочи проводят постадийно.

Преимущество данного варианта заключается в том, что вторичный крахмал непосредственно не подвергают воздействию избыточно высоких концентраций щелочи, таким образом предотвращая преждевременное набухание вторичного крахмала.

В более предпочтительном варианте способа по изобретению добавление щелочи и крахмала проводят, по меньшей мере, в две стадии.

В одном из вариантов способа по изобретению на первой стадии получают порцию носителя, содержащую от 2 до 9% от общего содержания крахмала, в результате перемешивания крахмала вместе с водой и щелочью до тех пор, пока весь крахмал не будет клейстеризован.

В одном из вариантов способа по изобретению на первой стадии содержание щелочи в порции носителя обычно меньше 2/3 от общего количества, необходимого для получения композиции клея.

В одном из вариантов способа по изобретению на второй стадии порцию носителя разбавляют объемом воды, соответствующим 60-85% от объема носителя.

В одном из вариантов способа по изобретению на второй стадии добавляют от 50 до 75% вторичного крахмала.

В предпочтительном варианте способа по изобретению после третьей стадии добавляют буру.

Преимущество данного варианта заключается в том, что улучшается первоначальная клейкость и регулируются как удерживание воды, так и способность клея к пенетрации (проникновению).

Цель изобретения, кроме того, достигается путем разработки клея Stein Hall с высоким содержанием сухого вещества, полученного по способу, описанному выше, где

- клей содержит от 32 до 45% нативного либо стабилизированного крахмала;

- соотношение количеств крахмала-носителя и вторичного крахмала составляет от 1:50 до 1:11;

- вязкость по Бауэру клея составляет от 21 сек до 60 сек;

- концентрация щелочи в клее достаточна для обеспечения SGP (температуры гелеобразования крахмала) в диапазоне от 45°С до 53°С.

В предпочтительном клее Stein Hall с высоким содержанием сухого вещества, соответствующем изобретению, нативный либо стабилизированный крахмал получают из крахмалов зерновых культур, клубней либо корнеплодов.

Способ получения клеев по изобретению включает несколько последовательных стадий:

в ходе первой стадии получают порцию носителя, содержащую от 2 до 9% от общего содержания крахмала, в результате перемешивания крахмала вместе с водой и щелочью до тех пор, пока весь крахмал не будет клейстеризован. Содержание щелочи в порции носителя обычно меньше 2/3 от общего количества, необходимого для получения композиции клея;

в ходе следующей стадии порцию носителя разбавляют объемом воды, соответствующим 60-85% от объема носителя, с последующим добавлением, по меньшей мере, половины, а самое большее 75% от вторичного крахмала;

затем на последующей стадии добавляют оставшуюся щелочь в разбавленном виде вместе с оставшимся вторичным крахмалом.

Добавление оставшихся крахмала и щелочи можно проводить одновременно либо последовательно (постадийно). Если добавление проводить одновременно, то тогда необходимо проявлять осторожность, чтобы не подвергнуть крахмал непосредственному воздействию щелочи.

В ходе постадийного добавления к смеси первой и следующей стадий сначала добавляют щелочь, после чего проводят добавление оставшегося вторичного крахмала. Постадийное добавление щелочи и крахмала предпочтительно проводят в две или более стадии.

В заключение добавляют буру, завершая изготовление клея.

Клеи с высоким содержанием сухого вещества, относящиеся к типу Stein Hall по изобретению, характеризуются следующими свойствами:

содержат от 32 до 45% нативного либо стабилизированного крахмала,

соотношение крахмала-носителя и вторичного крахмала составляет от 1:50 до 1:11,

вязкость по Бауэру составляет от 21 сек до 60 сек,

и концентрация щелочи в клее достаточна для обеспечения SGP в диапазоне от 45 до 53°С.

Нативный либо стабилизированный крахмал можно получить из крахмалов зерновых культур, клубней либо корнеплодов. Типичными их примерами являются, например, крахмалы, полученные из маиса, пшеницы, ячменя, картофеля, тапиоки либо маранты, в том числе восковые крахмалы и крахмалы, относящиеся к типу с высоким содержанием амилозы.

Стабилизированные крахмалы, упомянутые в заявке, соответствуют крахмалам, которые подвергли физической и/или химической обработке с целью получения крахмалов, которые менее чувствительны к воздействию щелочи при комнатных либо несколько более высоких температурах. В результате они не подвергаются неконтролируемым преждевременным набуханию и/или клейстеризации.

Преимущество клеев Stein Hall с высоким содержанием сухого вещества по изобретению и полученных согласно способу по изобретению заключается в том, что способ их получения позволяет избежать использования во фракции носителя крахмалов с пониженной вязкостью, клеи все еще обладают превосходной стабильностью при хранении и характеризуются подходящими для переработки величинами вязкости. Они содержат только нативный либо стабилизированный крахмалы. Кроме этого, получают конечный клей с высоким содержанием сухого вещества, который можно перекачивать насосом.

Данное изобретение далее будет проиллюстрировано следующими примерами, которые не должны рассматриваться в качестве ограничения объема изобретения, как такового и выраженного в последующей формуле изобретения.

Пример 1

Клей с высоким содержанием сухого вещества получали следующим образом.

В емкости объемом 2000 л сначала получали фракцию носителя. Поэтому 16 л раствора NaOH с концентрацией 30% (мас./мас.) примешивали к дисперсии, содержащей 28 кг стабилизированного крахмала пшеницы и 650 л воды. Смесь перемешивали при помощи мешалки с большими сдвиговыми усилиями при 1500 об/мин в течение 10 минут, давая возможность крахмалу клейстеризоваться. Крахмал во фракции носителя составлял 3,25% от общего содержания крахмала в клее (соотношение 1:30).

На следующей стадии к носителю добавляли 550 л водопроводной воды вместе с 500 кг стабилизированного крахмала пшеницы и 3 кг буры. Все вместе перемешивали при 1500 об/мин еще в течение 5 минут.

Перед добавлением оставшихся щелочи и крахмала оставшиеся 12 л раствора NaOH с концентрацией 30% (мас./мас.) сначала разбавляли в 100 л воды.

После этого в емкость добавляли 37 л разбавленной щелочи с последующим добавлением 200 кг стабилизированного крахмала пшеницы. Данную смесь перемешивали в течение 5 минут перед тем, как добавить вторую порцию в виде 37 л щелочи и 138 кг крахмала. Опять смесь интенсивно перемешивали. В заключение при перемешивании клея добавляли оставшиеся 38 л щелочи и 6,5 кг буры.

Таким образом полученная композиция клея содержала 40% (мас.) твердой фазы крахмала и состояла из следующего:

Вода1300 лКрахмал866 кгОбъем1820 лNaOH6,25 г/лБура5,21 г/л

Полученный таким образом клей обладал следующими свойствами:

СвойствоНепосредственно после полученияПо истечении 30 минутПо истечении 6 часовВязкость по Бауэру (секунды)222527Вязкость по Брукфильду (мПасек, 20 об/мин)480500710

SGP 47°C.

Пример 2

В данном примере описывается клей, содержащий 40% (мас.) твердой фазы крахмала маиса. В сборнике объемом 1500 л в 440 л воды диспергировали 24 кг крахмала маиса. К данной дисперсии добавляли 12 кг раствора NaOH с концентрацией 33% (мас./мас.) и смесь перемешивали, используя мешалку с большими сдвиговыми усилиями, в течение 12 минут при 1500 об/мин. Крахмал во фракции носителя составлял 4,2% от общего содержания крахмала в клее (соотношение 1: 24).

На следующей стадии добавляли 320 л воды с последующим добавлением 4,5 кг буры и проводили интенсивное перемешивание в течение 3 минут. После этого к фракции носителя добавляли 300 кг крахмала и гомогенно их в ней диспергировали в результате перемешивания при 1500 об/мин еще в течение 3 минут. Перед добавлением оставшихся щелочи и крахмала данную дополнительную фракцию щелочи (10 кг 33%-ного NaOH) разбавляли в 100 л воды.

Таким образом, в приемник добавляли 37 л разбавленной щелочи с последующим добавлением 151 кг стабилизированного крахмала маиса и проводили перемешивание при 1500 об/мин в течение 3 минут. После этого добавляли вторую порцию щелочи с последующим добавлением 100 кг крахмала и проводили диспергирование. В заключение при перемешивании добавляли оставшиеся 35 л щелочи вместе с 4 кг буры.

Таким образом, полученная композиция клея содержала 40% (мас.) твердой фазы крахмала и состояла из:

Вода860 лКрахмал575 кгОбъем1200 лNaOH6,25 г/лБура6,25 г/л

Полученный таким образом клей обнаруживал следующие свойства:

СвойствоНепосредственно после полученияВязкость по Бауэру (секунды)48Вязкость по Брукфильду (мПасек, 20 об/мин)1600

SGP 48,5°C.

Изобретение относится к способу получения клея Stein Hall с высоким содержанием сухого вещества с использованием одной смесительной емкости, включающий стадии: получение носителя путем клейстеризации первой части крахмала в среде, содержащей часть щелочи, необходимой для получения клея; разбавление носителя водой с последующим добавлением, по меньшей мере, части второй части крахмала; добавление оставшейся части второй части крахмала и оставшейся части щелочи в разбавленном виде, необходимой для получения клея. Добавление оставшихся второй части крахмала и щелочи проводят постадийно. Технический результат - получение клея с высоким содержанием сухого веществ, упрощение технологии его получения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы.

1. Способ получения клея Стейн-Холл с высоким содержанием сухого вещества с использованием одной смесительной емкости, включающий стадии:

получение носителя путем клейстеризации первой части крахмала в среде, содержащей часть щелочи, необходимой для получения клея;

разбавление носителя водой с последующим добавлением, по меньшей мере, части второй части крахмала;

добавление оставшейся части второй части крахмала и оставшейся части щелочи в разбавленном виде, необходимой для получения клея.

от 32 до 45% нативного либо стабилизированного крахмала;

соотношение первой части крахмала и второй части крахмала составляет от 1:50 до 1:11;

обладает вязкостью по Бауэру от 21 до 60 с; и

концентрация щелочи в клее достаточна для обеспечения температуры гелеобразования крахмала от 45 до 53°С.