Клеевая композиция для гофрированного картона

Клеевая композиция для гофрированного картона

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик, <о362834

К ПАТЕНТУ (61) Дополнительный к патенту(22) Заявлено 210776 (21) 2387751/05 (51) М.. Кл. (32) 22.07. 75 (23) Приоритет

С 09 Х 3/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (31) 598093;598094; (33) США

Опубликовано 0 70 93 1. Бюллетень М 3 3 (53) УДК 668.395 (088 ° 8) Дата опубликования описания 070981

Иностранцы

Гари Х.Клейн, Говард Л.Аронс, Джозеф Ф.Ст

Дональд Дж.Стивенс, Генри Ф.Зоубел и Лоре (США) ал т,. дсвзовдя,. ",.

«»,. (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма

" Сн Пи Си Интернэшнл, зтнк" (США) (71) Заявитель (54) КЛЕЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ГОФРИРОВАННОГО

КАР ТОНА

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, который называют односторонним гофрированным картоном, MoRBT быть использован непосред- 15 ственно после изготовления. Однако обычно он находит применение для изготовления двустороннего материала, который также называют материалом с двойной облицовкой, путем обработки одностороннего картона на второй стадии, называемой стадией нанесеиия второй облицовки в гофрировальной машине.

При этом клей наносят на противоположные вершины выступов и вторую облицовку из бумаги наклеивают с упомянутой противоположной стороны путем нагревания и создания относительно низкого давления. Воздействие высокого

4 давления при наклеивании второй бумажной полосы приводит к разрушению гофров.

Известна клеевая композиция для гофрирования, включающая водную сус-. пензию частично гидратированного крахмала в нежелатинообразной среде. Этот модифицированный крахмал может быть получен пропусканием увлажненных крахмальных гранул по ряду различных роликов, температуру которых поддерживают йиже температуры склеивания крахмалом/13.

Известна клеевая композиция ддя гофрированного картона, включахщая водную дисперсию крахмального продукта. Эта дисперсия характеризуется вы- соким содержанием сухого вещества и низким содержанием воды. Клей наносят при высокой. температуре (76,6786,11oC). После охлаждения слоистого материала до температуры 32.,22-54 44 Ñ образуется клеевое соединение).2).

Известен клей для гофрирования, использование которого позволяет повысить скорость работы станка, причем по меньшей мере часть наполнительного материала такой композиции приходится на долю оксиалкилкрахмала 3 <

862834

Такой клей не обеспечивает достаточной скорости работы станка.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенной клеевой композиции является клей типа Стейна-Холла, нключающий немодифициронанный кукурузный крахмал, гидроокись натрия, буру н воду (43.

Клей типа Стейна-Холла является двухкомпонентной водной системой, Один из ее компонентов обычно получа- ют из вареного или желатиннзиронанного крахмального продукта, который служит наполнителем. В качестве наполнителя можно также использовать другие материалы, которые способны обра- t5 эовывать относительно вязкие водные шламы, в частности карбоксиметилцеллкщоэу. Второй компонент или фазу получают из сырого, нежелатиннзированного крахмального материала. Этот Щ компонент представляет собой скрытую или потенциальную клеевую фазу, т.е. клеевые свойства такой композиции неполностью ракрынаются до нанесения этого клея на вершины выступов гофри- 25 рованного листового материала, прижатия облицовки к покрытым клеем вершинам выступов, нагревания и приложения давления, нагренанне вызывает желатиниэацию и развитие структурирования гранулированного крахмального материала.

Набухание и желатиниэация скрытой клеевой фазы происходят при пропускании сввжесобранного гофрированного картона через сушильную систему с на» З5 греватвльнычи плитами, которая взаимодействует с гофрировальным станком.

Эта система также частично сушит гофрированный картон и вызывает достаточное затвердеванив клея, которое 40 позволяет проводить цоследунзцив операции, в частности обрезку, продольную резку и нарезание листов беэ отслаивания отдельных элементов.

Начальная степень когвэионной спо- 4 собностн соединения гофрированного картона носит название прочность

"несозревшего" соединения. Эта характеристика определяет спОсобиость сввжесформированного гофрированного кар- 0 тона сопротивляться мгновенно действующим высоким усилиям сдвига, которые могут возникнуть s хода проведения последукщих операций процессаg таких, как обрезка кромок, продольная рвэка и нарвзанив листов, но не обязательно является указанием на конечную прочность соецинения.

Прочность "несозревшего" соединения ("несозревшая" прочность) является основным ограничивающим факто- 6О ром, который регулирует скорость, цривмлемув для изготовления гофрированного картона на любом данном гофрировальном станке.. Опытный оператор часто настраивает станок,на максимальную скорость, при которой он способен изготовлять гофрнронанный картон беэ отслаивания облицонки н процессе последукщнх 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 отнерждается до приобретения полной прочности соединения. До сушки и полного отверждения соединения гофрированный картон способен к отслаиданию за счет постепенного и постоянного оттягивания облицовки от гофрированного листа.

Установлено, что крахмальные композиции определенного класса при использовании их в качестве клеевого соединения в клеевой композиции для гофрированных материалов проявляют превосходныв свойства, Это позволяет применять.гофрирональные станки при скорости работы, которая на 50-100% выше скорости, возможной в слу4ае применения клеевых композиций типа Стейна-Холла или предложенных в более позднев время безнаполнитвльных клеевых композиций для гофрированных материалов прн условии использования клея практически в тех же количествах.

Однако клей типа Ствйна-Холла не обеспечивает достаточно высокой первоначальной прочности склеивания и пОэтому не может быть использован в высокоскоростных гофрировальных автоматах.

Целью изобретения является повышение первоначальной прочности склеивания.

Цель достигается тем, что клеевая композиция, включакицая крахмал:, гидроокись натрия, буру и воду, дополнительно содержит омыленный ацетосукцинат крахмала при следукщем соотношении компонентов, вес.Ъ: крахмал 2,98-3,34

Омыленный ацетосукцинат крахмала 16,42-16,75

Гидроокись натрия 0,57-0,66

Бур а О, 46-0,6

Вода 78,65-79,57

Омылвнный ацетосукцинат крахмала нв только проявляют необычно высокую вязкость при желатиниэации, но, кроме того, обеспечивает достижение

862834 высокой "несозревшей" прочности беэ необходимости испарения растворителя.

Буру обычно используют для усиления гелевой структуры клеевой пасти. Однако избыток ее может оказывать обратный эффект на прочность отвержденного клея. Кроме того, бура проявляет тенденцию к повышению температуры геля композиции, Обычно приблизительно до 10 моль буры можно вводить в композиции.

Щелочь служит для снижения температуры геля клеевой композиции до относительно приемпемого значения, обычно до б 2, 78«65, 560 С, однако в некоторых случаях температура может быть

60-71,11О С. В любой клеевой композиции для изготовления гофрированных материалов нельзя использовать значительные количества щелочи в соответствии как с обычной технологией, так и с изобретением, поскольку щелочь 20 вызывает ослабление гелввой структуры клеевой пасты.

Для получения омьленного ацетосукцината крахмала можно использовать любой растительный источник. Предпоч- 25 тительными являются крахмалы, полученные из не содержащих воска зерновых или злаковых культур, в частности из кукурузы, пшеницы, риса и сорro зернового. Термин "крахмалозый" нли "крахмал" используется в широком смысле, поскольку охватывает муку, модифицированный крахмал и сход.

Кукурузный крахмал является предпоч- . тительным исходным крахмальным продуктом.

Содержание воды в клеевой композиции должно быть таким, чтобы непосредственно после желатиниэации клей обладал крайней липкостью, Это овна" чает, что для полного заверше .ия 40 желатинизации необходимо присутствие достаточного количества воды. Наиболее желательно быстрое достижение липкости при воздействии тепла в гофрировальном устройстве. 45

В состав предлагаемых клеевых композиций входит такое же количество крахмаловых процуктов, что и s состав известных клеевых композиций.

Обычно гранулирова нный кРахмаловый у 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 желатинизиро-, ванного наполнителя.

Пример 1. Сравнительные эксперименты по изготовлению гофрированного картона.

Чтобы показать преимущества предла-Ео гаемой клеевой композиции перед обычными немодифицированными крахмаловыми клеевыми композициями Стейна-Холла, необходимо определить предел скорости, выше котОрого обычные крахмаловые Я клен не способны в достатоЧной МврЕ соединять элементы гофрированного .картона, т.е. в той степени, которая предотвращает самопроизвольное их отслаивание при осуществлении последующих стадий, а затем определить ту скорость работы станка, при которой наблюдаются нарушення процесса иэгОтовления гофрированного картона с использованием предлагаемой композиции, Гофрированный картон, изготовленный в этом .примере, представляет собой двусторонний картон из гофрированного листа весом 11,79 кг, нахо.дящегося между двумя крафт-картонными листами весом 19,05 кг. Для эксперимента применяют станок для изготовления двустороннего гофрированного картона. Температуру горячих плит поддерживают равной 148,89 С. Первоначально клеевой зазор узла для нанесения клея был равен 0,356 мм.

Клей типа Стейна-Хслла, используемый в качестве контрольного, и предлагаемые клеевые композиции получают следующим образсИ, Для приготовления контрольного клея в первичный смеситель наливают

37,85 л вод.я, добавляют 9,07 кг (9,68%) кукурузного крахмала и нагревают до 65, 56 C. Затем добавляют

1,497 кг (1,6%) гидрата окиси натрия, растворенного в 7,571 л воды, и перемезявают в течение 15 мин. Далее приливают 37,85 л охлажденной воды, перемешивают 10 мин и выдерживают при

43,33oC °

Во вторичный смеситель наливают

113,56 л воды и навевают до 32,22ОС, после чего добавляют 1,54 кг (10 моль, 0,57%) буры и 45,36 кг (16,73%) немодифицироваиного кукурузного крахмала °

Затем смесь из первичного смесителя вводят в смесь из вторичного смесителя в течение 30 мин и выдерживают массу при 43,33 С. Вязкость доводят до 60 с приливанием 17,03 л вода, Предлагаемую клеевую койпозицию приготавливают следующим образом.

В первичный смеситель наливают

37,85 л воды, добавляют 8,62 кг (9,21%) немодифицироваиного кукурузного крахмала и нагревают до 65,56 С, после чего вносят 1,77 кг (0,65%) гидрата окиси натрия, растворенного в 7,571 л воды и перемешивают в течение 15 мин. Далее приливают 37,85 л охлажденной воды и выдерживают при

43t33oC.

Во вторичный сиеситель наливают

113,56. л воды и нагревают до 32,32 С, затем вносят 0,68 кг (10 мсль) буры, 4S,36 кг (16,75%) ацетосукцината крахмала (для ацетата степень замещения (СЗ) 0,027 и для сукцината СВ

0,01). . Смесь иэ первичного смесителя добавляют к смеси из вторичного смесз862834 ной первоначально во вторичный смеситель), 16,75% ацетатсукцинатного крахмала и 0,25Ъ буры (цобавленной позднее во вторичный смеситель).

Адгезионную способность этих композиций определяют в соответствии с указанным ниже.

Показатели обычного и ацетосукцинатного клеев приведены в табл.1.

Таблиц а 1

Содержание сухо- Вяз кость по Температура, го вещества, Ъ Стейну-Хоппу ОС с

43, 33

19,1

Обычный

Ацетосукцинатный 20,0

43,33

Обе эти клеевые композиции оценивают последовательно с применением одного н того жв гофрировального, 25 станка.

При использовании контрольного клея максимально достигнутая скорость работы гофрировального станка до начала отслаивания облицовок гофрированного картона в зоне воздействия режущего лезвия составляет

137 16 м/мин

В случае применения ацетосукцината крахмала в качестве исходного крахмалового компонента в составе .клеевой композиции Стейна-Холла,для двустороннего гофрированного картона достигается рабочая скорость

182,86 м/мин. После этого клеевой .зазор узла для станка, изготавливаю- 40 щего двусторонний гофрированный картон, увеличивают от 0,356 до 0,40бмм и.доводят скорость работы .гофрировального станка до 213,36 м/мин или ее повышают на 55% по сравнению со скоростью в контрольном эксперименте. В результате "несозревшая" прочность соединения слоев двустороннего гофрированного картона исключительно высокая, При donee высокой скорости гофрировальный станок, который наносит один облицовочный слой и подает гофрированную бумагу к станку для изготовления двустороннего гофрированного картона, не может нормально работать вследствие того, что клеевая композиция, которая была исподьэована на стадии со станком для изготовления одностороннего гофрированного картона, представляет собой типичный распростра-, 40 нвнный нвмодифицированный крахмальный клей и от станка материал получает недостаточное количество тепла, чтобы обеспечить удовлетворительную быструю жвлатнниэацию такого клея. Я теля в течение 3 мин и выдерживают при 43,33 С. Перемешивают 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.

Окончательный клеевой состав содержит 3,18% немодифицированного кукурузного крахмала, 0,653 гидрата окиси натрия, 0,25% буры (добавленОднако в твх случаях, когда перемычка станка для изготовления односто- роннего гофрированного картона заполняется, 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 хорсмий двусторонний гофрированный картон при скоростях) гофрировальных станков, которые значительно превышают

213,35 м/мин.

Пример 2. Эксперименты по изготовлению гофрированного картона.

Следующее 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 облицовояных листов весом 19,05 кг и гофрированных листов весом 26 фунтов при клеевом зазоре 0,330 и

0,356 мм.

М

Крахмаловое произ водное, используемое в качестве первичного клеевого компонента, представляет собой ацвтосукцинат крахмала с С3 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 смеснтель наливают

189,27 л водыу вносят 40,82 кг(10,67%) 862834 немодифицированного кукурузного крахмала, 9,07 кг (2,37%) гидроокиси натрйя в 18,9 3 л воды, нагревают до 71,110С и выдерживают в течение

15 мин, Далее приливают 124;92 л воды.

Во вторичный смеситель наливают

757 л воды, вносят 4,08 кг (10 моль), 0,17% буры к 226,80 кг ацетатосукцината °

Смесь иэ первичного смесителя вводят в смесь из вторичного смесителя в .течение 30 мин, после чего до- бавляют 2,27 кг (10 моль) буры.

Получеиная клеевая компоэицйя содержит 2,98% немодифицированного кукуруэного крахмала, 0,66% гидроокиск натрия, 0,3Ъ буры (добавленной вначале во вторичный смеситель), 16,53% ацетосукцинатного крахмала и 0,17% буры .(добавленной позднее во вторичный смеситель).

С .использованием этого клея при клеевом зазоре 0,330 мм гофрировальный станок может эффективно работать со скоростью 213,35 м/мин. уменьшение!

О клеевого зазора до 0,229 мм позволяет достичь устойчивой скорости работы этого станка, цревыаающей

243,83 м/мин. После этого скорость гофрировального станка достигает своего предела. Затем облицовочные листы весом 19,05 кг были заменены облицовочными листами весом 28,12 кг.

Прк более тяжелых облидовочнйх листах гофрировальный станок эффективно производил гофрированный картон со скоростью 198,11 м/мин прк температуре горячих плит 176,67ОС. Для обычных крахмаловых клвев предел составляет 91,44-152,40 м/мин при

148,89ОС и 106,68-121,92 м/мкн при

176,67 С (температура горячих плит), еслй использовать такие облицовочные листы .на данном станке. Эффективность гофрирования с использованием предпагаемой композиций резко повышается, Пример 3. Дополнительные

40

45 эксперименты. Композиции Стейна-Холла.

Дополнительные эксперименты проводят с применением того же станка, что в примере 2, к облицовочных листов весом 28,12 кг, à также следующих первичных клеевых компонентов: производное, крахмала; ацетосукцинат крахмала (СЗ.для ацетата 0,013, для сукцината 0,016); ацвтосукцинат крахмала(для ацетата СЗ 0,018, для сукцината 0,014) .

40 вальком станке прк клеевом зазоре

0,178 мм и температуре горячкх плит

149, 44О С. Первоначально достигнутая станком рабочая скорость равна

182,87 м/мин. После открывания клееsoro зазора до 0,254 вел достигается. производное крахмала, которов идентифицируют,как "а", получают, как в примере 2, и используют на гофркрорабочая скорость станка 228,59 м/мин.

Затем температуру Горячих плит по- . выаают до 176,67ОС, в результате чего достигаются рабочая скорость

236,21 м/мин при сохранении высоких показателей производимого гофрированного картона.

В случае, когда клеевую композицию, описанную в примере 2, которая включает производное крахмала, идентифицированное выше как "в", используют на практике на гофрировальном станке с клеевым зазором 0,178 мм при температуре горячих плит 176,67 С, эффективное производство гофрированного картона оказывается возможным даже при скорости 243,83 м/мин.

Пример. 4. Композиция беэнаполнитвльного типа.

В небольшом масштабе используют клеевую композицию (ХУ-1), которая содержит 18-20%,ацетатосукцината крахмала (СЗ для ацетата 0,0266, для,сукцината 0,018) в качестве первичного клеевого компонента в водном шпаме.

Это является эквивалентом 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 (ТУ-2.) приготовленной иэ смеси немодифицированного кукурузного крахмала и первичного клеевого компонента, взятых в таком соотнсмеиии, что в фабричном масштабе 2 из 11 мешков (то есть . приблизительно 18%) могли бы прихо-. диться на модифицированный кукурузный крахмал, тогда как остальное приходилось .бы на долю первичного клеевого компонента.

Вязкость по Стейну-Холлу измеряют для каждой иэ таких композиций после их полной подготовки для применения.

Процесс приготовления проводят по аналогам (патент США 9 3355307). следующим образом.

250 г крахмалового продукта суспендкруют в 890 мл воды при 40,56оС

В крахмаловый шлам при комнатной температуре в течение 4,5 new добавляют

275 мл 4,0Ъ-ного раствора гидрата окиск натрия. Затем реакцию прекращают прк достижении вязкости 600 сП добавлением 4,7 r борной кислоты.

В каждоМ случае конечная паста представляет собой практически гомогенную суспензию частично набухших гранул.

Вначале измеряют вязкость по

Стейну-Холлу, а затем каждую из композиций выдерживают B течение 24 ч при 37,78о< прк умеренном пвремвшиваник. Вязкость аналогична вязкости обычных компоэкцкй.

Вязкость без наполнитвльных клеевых композиций приведена в табл. 2, 862834

Та блица 2

Значение вязкости композиции

j ту-2 ) известной

По Стейну-Холлу

21

После приготовления

20

После выдержки .в течение ночи

20

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 6657/57 Тираж 684 Подписное

Филиал ППП "Патент", г,:Ужгород, ул. Проектная, 4

Пример 5. Испытаниям подвергают ряд композиций, которые получают следующим образом, В первичный смеситель наливают f5

189, 266 л воды, вносят 45,36 кг (12,36%) немодифицированного кукурузного крахмала, 7,71 кг (2,1Ъ) гидрата окиси натрия, нагревают до 71,11 С и выдерживают 15 мин. Затем приливают щ

124,92 л воды.

Во вторичный смеситвль наливают

757 л воды, вносят 7,71 кг (10 моль) буры и 226,80 кг испытываемого крахмала. Смесь из первичного смвсителя добавляют по каплям в смесь из вторичного смесителя в течение 30 мин.

В том случае, когда используют сложные эфиры, количество гидрата окиси натрия увеличивают до 9,07 кг, а буры - до 8,16 кг. 30

Окончательная клеевая композиция содержит 3,34% немодифицированного кукурузного крахмала, 0,57% гидроокиси натрия, 0,57% буры и 16,7 тестового крахмала. Когда используют сложные эфирные материалы, в первичном смесителе содержится 12,31% модифицированного кукурузного крахмала и 2,47% гидроокиси натрия, а окончательная, клеевая композиция ф) включает 3,34Ъ немодифицированного кукурузного крахмала, 0,673 гидроокиси натрия, 0,6% буры и 16,7% тестового крахмала.

Композиции испытывают с использованием облицовочных листов весом

27,22 кг при клеевом зазорв 0,508 мм для станка, производящего односторонний картон,и, 0,458 мм для станка, который производит двусторонний картон. Результаты следующие: о

Вариант Скорость, работы станка, м/мин

Немодифицированный кукурузный крахмал 129,54

Ацетосукцинат крах- Я мала (СЗ 0,016) 160,02

Ацетосукцинат крахмала (СЗ 0,024) 175,26

Конечная прочность соединения по сравнению с "несозревшей" проч- $Q

I ностью соединения должна быть более высокой, поскольку именно.это определяет общую полезность клея. Испытания с проколами по определению адгезионной способности показали, что конечная прочность соединения, достигаемая с использованием предлагаемой клеевой композиции, практически равна прочности соединения, которая достигается с применением обычных клвев.

Клеевые композиции согласно изобретению могут быть также использованы в других областях, отличных от производства гофрированного картона, например при обматывании труб, в производстве слоистого картона и многослойных бумажных мешков.

Кроме того, в предлагаемые композиции можно вводить обычные добавки, которые способны повышать водостой-. кость затвердевших клеевых соединений.

Клеевая композиция для гофрированного картона, включающая крахмал, гидроокись натрия, буру и воду, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью .повышения первоначальной прочности склеивания, она дополнительно содержит омыпенный ацетосукцинат крахмала при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:

Крахмал 2,93-3,34

Оьыленный ацетосукцинат крахмала 16-42-16,75

Гидроокись натрия 0,57-0 66

Бура 0,46-0,6

Вода 78,65-79,57

Источники информации, прииятыв во внимание при экспертизе

1. Патент CtdA 9 261013.6, кл. 156-292, онублик. 1952.

2, Патент США М 3300360, кл. 156-292, опублик. 1967.

3. Патент США 9 3151996. кл. 106-213, опублик. 1964.

4. Патент CltlA М 2051025, кл. 156-208, опублик. 1936.