Клеевая композиция для гофрированного картона Советский патент 1981 года по МПК C09J3/06 

(54) КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ГОФРИРОВАННОГО 1 Изобретение касается клеев на крахмальной основе для изготовления гофрированных картонов. Гофрированный картон изготовляют гофрированием полосы бумаги посредством рифленого валка, нанесением клея на вершины гофров гофрированной полосы с одной стороны и наклеиванием другой полосы бумаги называемой облицовкой, на вершины выступов гофров путем нагревания и создания давления.. Этот материал, котогмлй называют односторонним гофрированным картоном, может быть использован непосред ственно после изготовления. Однако обычно он находит применение дл-я -изг товления двустороннего материала, ко торый также называют материалом с двойной облицовкой, путем обработки одностороннего картона на второй ста дии, называемой стадией нанесения второй облицовки в гофрировальной машине. При этом клей наносят на противЬ пбложные вершины выступов и вторую облицовку из бумаги наклеивают с упо мянутой противоположной стороны путе нагревания и создания относительно низ кого давления. Воздействие высокого - . --Ч ,- . .

КАРТОНА давления при наклеивании второй бумажной полосы приводит к разрушению гофров. Известна клеевая композиция для гофрирования, включающая водную суспензию частично гидратированного крахмала в нежелатинообразной среде. Этот .модифицированный крахмал может быть получен пропусканием увлажненных крахмальных гранул по ряду различных роликов, температуру которых поддерШ1вают ниже температуры склеивания крахмалом Cl3. i Известна клеевая композиция для гофрированного картона, включающая водную дисперсию крахмального гцродукта. Эта дисперсия характеризуется высоким содержанием сухого вшцества и низким содержанием воды. Клей наносят при высокой температуре (76,6786 , ll-C) . После охлаждения слоистого материала до температуры 32 ,22-54 ,44с образуется клеевое соединение 2}. . Известен клей для гофри|зования, исполызование которого позволяет повысить скорость работы (зтанка, причем по меньшей мере часть наполнительного материала такой композиции приходится на долю оксиалкилкрахмгша СзЗ Такой 1слей не обеспечивает достаточной скорости работы станка. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенной клеевой композиции является клей типа Стейна-Холла, вклю чающий немодифицированный кукурузный крахмал, гидроокись натрия, буру и во ДУГ43. Клей типа Стейна-Холла является двухкомпонентной водной системой, Один из ее компонентов обычно получают из вареного или желатинизированного крахмального продукта, который служит наполнителем. В качестве напол нителя можно также использовать другие материалы, которые способны обра зовывать относительно вязкие водные шламы, в частности карбоксиметилцеллкиозу. Втсчрой компонент или фазу получают из сырого, нежелатинизированного крахмального материала. Этот компонент представляет собой скрытую или потенциальную клеевую фазу, т.е. клеевые свойства такой кс 1позиции неполностью ракрываются до нанесения этого клея на вершины выступов гофрированного листового материгиха, прижатия облицовки к покрытым клеем вершинсцл выступов, нагревания и приложения давления, нагревание вызывает жедатинизацию и развитие структуриро вания гранулированного крахмального материала. Набухание и желатинизация скрытой клеевой фазы прс«сходят при пропускании свежесо анного гофрированного картона через сушильную систему с на греватвльньми плитa iи, которая взаимодействует с гофрировальным станко Эта система также частично сушит гофрированный картон и вызывает достаточное затвердевание клея, которое позволяет проводить последующие опер ции, в частности обрезку, продольную резку и нарезание листов без отслаив ния отдельных элемейтоэ. Начальная степень когезионаой-спо собности соединения гофриз ованного картона носит название прочность несозревшего соединения. Эта эсарак теристика опр еделяе спрсобяость свв жесфсфмированного гофрщ оваииого кар тона сопротивляться мгновввио дайСТВУЮ1ЦИМ высоким усилиям одввга кот рые могут возникнуть в ходе проведения последующих операхдай процесса таких, как обрезка кромок, продольная резка и нарезание листов, но не обязательно является указанием на ко нечную прочность соединения, Прочность несозревшего соединения (несозревшая прочность) является основным ограничивёиоищм фактором, который регулирует скорость, пр емпемую для изготовления гофрированного картона на любе даннсм гофриро вальном станке. Опытный оператсч часто настраивает станок ла максимальную скорость, при которой он способен изготовлять гофрированный картон без отслаивания облицовки в процессе последунвдих обрезки кромок, продольной резки и нарезания листов. Поскольку сопротивляемость отслаиванию является характеристикой, которая непосредственно определяется несозревшей прочностью, характеристики клея для гофрированных материалов играют непосредственную роль в повышении эффективности станка, определяющей)в свою очередь, норму прибыли с капиталовложений, которые обусловлены данным станком., После обрезки кромок, продольной резки и нарезания листов гофрированный картон укладывают в стопы и направляют на хранение, где клей отверзкдается до приобретения полной прочности соединения. До сушки и полного отверждения соединения гофрированный картон способен к отслаиранию за счет постепенного и постоянного оттягивания облицовки от гофрированного листа. Установлено, что кра}аиальные композиции определенного класса при использовании их в качестве клеевого соединения в клеевой композиции для гофрированных материалов проявляют превосходные свойства. Это позволяет применять гофрировальные станки при скорости работы, которая на 50-100% выше скорости/ возможной в слу1ае применения клеевых композиций типа Стейна-Холла или предложенных в более позднее время безнаполнительных клеевых композиций для гофрированных материалов при условии использования клея практически в тех же количествах. Однако клей типа Стейна-Холла не обеспечивает достаточно высокой первоначальной прочности склеивания и поэтому не мож-ет быть использован в высокоскоростных гофрировальных автоматах, . Целью изобретения является повышение первоначальной прочности склеивания. Цель достигается тем, что клеевая композиция, включающая крахмал , гидроокись натрия, буру и ВОДУ, дополнительно содержит омыленный ацетосукцинат крахмала при следующем соотношении компонентов, вес.%-: 2,98-3,34 крахмал Омыленный ацетосукцинат 16,42-16,75 крахмала Гидроокись 0,57-0,66 натрия 0,46-0,6 78,65-79 ,-57 Омыленный ацетосукцинат крахмала не только проявляют необычно высокую вязкость при желатинизации, но, кро.ме того, обеспечивает достижение высокой несозревшей прочности без необходимости испарения растворителя Буру обычно используют.для усилен гелевой структуры клеевой пасты. Однако избыток ее может оказывать обратный эффект на прочность отвержден ного клея. Кроме того, бура проявляет тенденцию к повышению температуры геля композиции, Обычно приблизительно до- 10 моль буры можно вводить в композ иции, Щелочь служит для снижения температуры геля клеевой композиции до от носительно приемлемого значения, обы но до 62,78-65,56°С, однако в некото рых случаях температура может быть 60-71,11°С. В любой клеевой композиции для изготовления гофрированных материалов нельзя использовать значи тельные количества щелочи в соответствии, как с обычной технологией, так и с изобретением, поскольку щелочь вызывает ослабление гелевой структур клеевой пасты. Для получения омьшенного ацетосук цината крахмала можно использовать любой растительный источник. Предпоч тительными являются крахмалы, полу.ченные ИЗ не содержащих воска зерновых или злаковых культур, в частности из кукурузы, пшеницы, риса и сорго зернового.Термин крахмаловый или крахмал используется в пшроком смысле, поскольку охватывает муку, модифицированный крахмал и сход. Кукурузный крахмал является прейпрчтительным исходным крахмальным продуктом. Содержание воды в клеевой компози ции должно быть таким, чтобы непосредственно после желатинизации кле({ обладал крайней липкостью. Это означает, что для полного завершен ия желатинизации необходимо присутствие достаточного количества , Нгшболее желательно йьастрое достижение липкости при воздействии тепла в гофрировальном устройстве, В состав предлагаемых клеевых композиций входит такое же количество крахмал о вых 1ФОДУКТОВ, что к в со тав известных клеевых композиций Обычно гранулированный крахмаловый компонент в клеевой композиции типа Стейна-Холла содержит приблизительно 10-25% крахмала. Конечная клеевая смесь обычно включает приблизительно 12-25% крахмала от общего количества его в форме ж латинизированного наполнителя, Пример. Сравнительные эксперименты по изготовлению гофрированного картона. Чтобы показать преимущества гфепла гаемой клеевой композиции перед оСычными немодифицированными крахмаловыми клеевыми композициями Стейна-Холл необходимо определить предел скаростя выше которого обычные крахмаловые клеи не способшл в достаточной мере соединять элементы гофрированного картона, т,е. в той степени, которгш предотвращает самопроизвольное их отслаивание при осуществлении последующих стадий, а затем определить ту скорость работы станка, при котсрой наблюдаются нарушения процесса изготовления гофрированного картона с использованием предлагаемой композиции, Гофрированщлй картон, изготовленный в этом .примере, представляет собой двустс онний картон из гофрированного листа весом 11,79 кг, находящегося между двумя крафт-картонными листами весом 19,05 кг. Для эксперимента применяют ставок для изготовления двустороннего гофрированного картона. Температуру горячих плит поддерживают равной 148/ВЭЬ, Первоначально клеевой зазор узла для нанесения клея равен 0,356 мм. Клей типа Стейна-Холла, используемый в качестве контрольного, и предлагаемые клеевые композиции получают следующим образе. Для приготовления контрольного клея в первичный смеситель наливают 37,85 л водл, добавляют 9,07 кг (9,68%) кукурузного крахмала и нагревают до 65,56°С, Затем добавляют 1,497 кг (1,6%) гидрата окиси натрия, растворенного в 7,571 л вода, и перемеимвают в течение 15 мин. Далее приливают 37,85 л охлажденной воды, перемешивают 10 мин и выдерживают при 43,33«С, Бо вторичфш смеситель наливают 113,56 л воды и нагревают до 32,22с, досле чего добавляют 1,54 кг (10 моль, 0,57%) бурд и 45,36 кг (16,73%) немоди4а{Дировакного кукурузного крахмала.. . .,. Затем смесь из первичного смесителя вводят в сялесь из вторичного смесителя в течение 30 мин и вьщерживают масру при 43/33-С. Вязкость доводят до 60 с гфиливанием 17,03 л воды. Предпагаемую loteeByio композицию приготавливают сле;ЕС7КЩим образом. В первичный сялеситель наливают 37,85 л воды, добавляют 8,62 кг 9,21%) немодифицироваиного кукурузного крахмала и нагревают до 65,, после чего риосят 1,77 кг (0,65%) гидрата окиси натрия, растворенного в 7,571 л воды н перемешивают в тече-. ние 15 мин. Далее гфиливают 37,85 л хлажденной воды и выдерживают при 43,. Во вторичный сыеситепь наливают 113,56 л воды и нагревают до 32,, атем вносят 0,68 кг (10 моль) буры, 5,36 кг (16,75%) ацетосукцината рахмала (для ацетата степень (G3) 0,027 и для сукцината СЗ ,01). Смесь из первичного смесителя доавляют к смеси из вторичного смесителя в течение 3 мин и вьщерживают при 43 33Ci Переманивают в течение 5 мин и добавляют 0,68 кг (10 моль) 0,25%) буры. Далее приливают 15,14 л воды и вязкость доводят до 60 с.

Окончательньй клеевой состав содержит 3,18% немодифицированного кукурузного крахмала, 0,65% гидрата окиси натрия, 0,25% буры (добавленной первоначально во вторичный смеситель), 16,75% ацетатсукцинатного крахмала и 0,25% буры Сдобавленной позднее во вторичный смеситель).

Адгезионную способность этих композиций определяют в соответствии с указанным ниже.

Показатели обычного и ацетосукцинатного клеев приведены в-табл.1. Т .а б л и ц а 1

Обе эти клеевые композиции оценивают последовательно с применением одного и того, же гофрировального станка. При использовании контрольного клея максимально достигнутая скорос работы гофрировального станка до на чала отслаивания облицовок гофрированного картона в зоне воздействия режущего лезвия составляет 137,16 м/мин В случае применения ацетосукдина та крахмала в качестве исходного крахмалового компонента в составе клеевой композиции Стейна-Холла.для двустороннего гофрированногб картона достигается рабочая скорость 182,86 м/мин. После этого клеевой .зазор узла для станка, изготавливаю щего двусторонний гофрированный кар тон, увеличивают от 0,356 до 0,406м и. доводят скорость работы гофрировального станк до 213,36 м/мин или ее повышают на 55% по сравнению со скоростью в контрольном эксперименте, В результате несозреш11с1я проч ность соединения слоев двустороннего гофрированного картона исключительно высокая. При более кюокой сксфости гоф1жровальный станок, который наносит один облицовочный сло и подает го ированную бумагу к станку для изготовления двустороннего гофрированного картона, не может HqpManbHO работать вследствие того, что клеевая композтщя, которая была использована на стадии со станком для изготовления односторои него гофрированного картона, представляет собой типичный распростракеняый немодифицированный крахмальн клей и от станка материал получает недостаточное количество тепла, что обеспечить удовлетворительную быструю жш1атинизацию такого клея. Однако в тех случаях, когда перемычка станка для изготовления одностороннего гофрированного картона заролняется, станок для двустороннего гофрированного картона может на короткие промежутки времени развивать скорость, которая превышает 243/83 м/мин. Ограниченность этих промежутков времени высокой скорости обусловлена приближениями непрочно склеенных односторонних листов картона к станку для изготовления двустороннего гофрированного картона (т.е. для приклеивания второй облицовочной стороны). Таким образом, клей на основе ацетосукцината крахмала позволяет изготовлять хороший двусторонний гофрированный картон при скоростях гофрировальных станков, которые значительно превыиают 213,35 м/мин, П р и м е р 2. Эксперименты по изготовлению гофрированного картона. Следунвдее испытание по гофрированию проводят с использованием того же самого гофрировального станка и практически в тех же самых технологических условиях, что в примере 1. Изготовляют картон с применением облицовочных листов весом 19,05 кг и гофрированных листов весом 26 фунтов при клеевом зазоре 0,330 и 0,356 мм. Крахмаловое производное, используемое в качестве первичного клеевого компонента, представляет собой ацетосукцинат крахмала с СЗ для ацетата 0,011, а для сукцината 0,015. Установлено, что клеевая композиция, приготовленная, как описано ниже, может быть использована при довольно ВЫСОКОЙ скорости работы станка. композицию готовят следующим образом. 8 первичный смеситель наливают 189,27 л воды, вносят 40,82 кг(10,67%), немодифицированного кукурузного кра мала, 9,07 кг (2,37%) гидроокиси натрия в 18,93 л воды, нагревают до 71,11с 1л выдерживают в течение 15 мин. Далее приливают 124,92 л во ды. Во вторичный смеситель наливают 757 л воды, вносят 4,08 кг (10 мопь 0,17% буры и 226,80 кг ацетатосукци ната. Смесь.из первичного смесителя вводят в смесь из вторичного смесит ля в .течение 30 мин, после чего добавляют 2,27 кг (10 моль; буры. Полученная клеевая композиция со держит 2,98% немодифицированного ку курузного крахмала, 0,66% гидроокис натрия, 0,3% буры (добавленной вначале во вторичный смеситель), 16,53 ацетосукцинатного крахмала и 0,17% буры .(добавленной позднее во вторич ный смеситель). ,С .использованием этого клея при клеевом зазоре 0,330 мм гофрироваль ный станок может эффективно работат со скоростью 213,35 м/мин. Уменьшени клеевого зазора до 0,229 мм позвол.я ет достичь устойчивой скорости рабо ты этого станка, превыиающей 243,83 м/мин. После этого скорость гофрировального станка достигает сво его щ)едела. Затем облицовочные листы весом 19,05 кг были заменены облицовочными листами весом 28,12 кг. При более тяжелых облидовочных листах гофрировальный станок эффективно производил гофрированный картон со скоростью 198,11 м/мин при температуре горячих плнт 176,67е. Для обычных крахмаловых клеев предел сос тавляет 91,44-152,40 м/мин при : 148,89°С и 106,68-121,92 м/мин при 176,67с Стемпература горячих плит) если использовать такие облицовочные ЛИ.СТЫ -на данном станке. Эффективность гофрирования с использованием предлагаемой композиция резко повышается.. Пример 3. Дополнительные .эксперименты. Композиции Стейна-Холл Дополнительные эксперименты проводят с применением того же станка, что в примере 2, и облицовочных листов весом 28,12 кг, а также следующих первичных клеевых комп.онентов; производное крахк ала; ацетосукцинат крахмала (СЗ.для ацетата 0,013, . для сукцината 0,016); ацетосукцинат крахмала(для ацетата СЗ 0,018, для сукцината 0,014) . 1% оизводное крахмала, которое иде тифкцируют как а, получают, как в примере 2, и используют на вальном станке при клеевом зазоре 0,178 мм и температуре горячих плит 149,44°С. Первоначально достигнутая станком рабочая скорость равна 182,87 м/мин. После открывания клеевого зазора до 0,254 w достигается рабочая скорость стайка 228,59 м/мин. Затем температуру горячих плит повыцают до 176,67С, в результате чего достигаются рабочая скорость 236,21 м/мин при сохранении высоких показателей произаода1мого гофрироваиного картона. В случае, когда клеевую композицию, описанную в примере 2, которая включает производное крахмала, идентифицированное выше как в, используют на практике на го ировальном станке с клеерьм зазором 0,178 NW при г&Лпературе горячих плит 176,67°С, эффективное производство го(йзированного картона оказывается возможным даже при скорости 243,83 м/мин. Приме р. 4. Композиция безнаполнительного типа. В небольшом масштьое используют клеевую композицию (1У-1) , .которая содержит 18-20%.ацетатосукцината крахмала (СЗ для ацетата О ,0266, для.сукцината 0,018) в качестве первичного клеевого компонента в водном шламе; Это является эк§ивалентом в водной композиции обычной 11-мешочной смеси на фабрике (т.е. эквивалентом композиций, которая содержит 11 мешков клеевого компонента приблизительно в 2460,46 л общего клея). Второй эксперимент проводят с использованием клеевой композиции (1У-2), приготовленной из смеси немодифициро- . ванного кукурузного крахмала и первичного клеевого компон1энта, взятых в таком соотнсшении, что в фабричном масштабе 2 из 11 мешков (то есть приблизительно 18%) могли бы приходиться на модифицированный кукурузный крахмал, тогда как остальное приходилось .бы на долю первичного клеевого ксадпонента.. Вязкйсть по Стейну-Холлу измеряют для каждой из таких композиций после их полной подготовки для применения. Процесс приготовления проводят о аналогам (патент США 3355307) ледующим образом. 250 г крахмалового продукта сусендируют в 890 мл воды при 40,56С. крахмаловый шлам при комнатной темературе в-течение 4,5 мни добавляют 75 мл 4,0%-ного раствора гидрата киси натрия. Затем реакцию прекраают при достижении вязкости 600 сП обавлением 4,7 г борной кислоты. каждом случае конечная паста предтавляет собой щ актиЧески гс югенную успензию частично набухших гранул. Вначале измеряют вязкость по . тейну-Холлу, а затем каждую нэ комозиций выдерживают в течение 24 ч ри 37, 1три умеренном перемешиании. Вязкость аналогична вязкости бычных композиций. Вязкость безнаполнительных клееых композиций приведена в таОл. 2,

Т а С5 л и ц а