Клей для сигаретной промышленности и способ его получения

 

Изобретение относится к клею для сигаретной промышленности для склеивания сигаретного штранга и приклеивания фильтров к сигаретам на высокопроизводительных сигаретных машинах. Клей состоит из следующих компонентов, мас. %: поливинилацетатная дисперсия 65,64-65,84, поливиниловый спирт 3,06-4,00, водно-спиртовый раствор метилсиликоната натрия 0,018-0,027, борная кислота 0,08-0,10, этанол или изопропанол 0,10-2,00, дибутилфталат 5,60-5,68, вода - остальное. Способ получения клея включает приготовление водной смеси метилсиликоната натрия и борной кислоты, добавление к ней поливинилового спирта, перемешивание при 70-80^oC, добавление нагретого до 85-95^oC дибутилфталата, охлаждение и эмульгирование смеси и последующее добавление поливинилацетатной дисперсии и раствора борной кислоты в смеси вода-спирт, процеживание готового клея. Клей обладает высокой клеящей способностью и позволяет получать сигареты без брака высокого качества. 2 с п.ф-лы.

Изобретение относится к области клеев для табачной промышленности, а именно к клею для склеивания на сигаретных машинах сигаретного штранга и приклеивания фильтров к сигаретам, а также к способу получения клея.

Известны клеи для производства сигарет на основе крахмала [1] Их недостатком является малая прочность клеевого шва, что часто приводит к разрыву сигаретного валка и остановке машины. Основа клея крахмал, имеет высокую стоимость и производится из сельхозпродукции. Кроме того, клеи имеют высокую вязкость, не могут долго храниться плесневеют. Для увеличения времени хранения клея можно вводить формальдегид, однако это неблагоприятно влияет на вкус сигарет. Для снижения вязкости и увеличения срока хранения вводят поливиниловый спирт (ПВС) и консервант.

Известен клей [2] на основе натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы и ПВС. Однако вследствие того, что в основе клея природный полимер, он также неустойчив при хранении.

Известен поливинилацетатный клей для бумаги [3] Он содержит поливинилацетатную (ПВА) эмульсию, ПВС, глину (наполнитель), полиметилсилоксан (антивспениватель), консервант, трихлорэтилен (растворитель, способствующий пленкообразованию), борную кислоту (ускоритель налипания), тиоцианаты или мочевину (соединения, препятствующие гелеобразованию). В качестве консерванта можно использовать фенол, крезол, хлорфенол, салицилат натрия. Вместо борной кислоты могут применяться ее эфиры или бораты алюминия, титана, циркония. Тиоцианаты соли алюминия, натрия, калия, лития и т.д. Клей получают следующим способом. ПВС диспергируется в воде одновременно со стабилизатором (консервантом) дисперсии и антивспенивателем, смесь нагревается до 88^oC до тех пор, пока раствор не будет готов, затем охлаждается ниже 60^oC и добавляется в охлажденном состоянии к эмульсии ПВА. Тиоцианат аммония, борная кислота и вода смешиваются при нагревании до 49^oC до готовности раствора. Этот раствор при 49^oC добавляют к ранее приготовленной смеси других компонентов при быстром перемешивании. Последним добавляют трихлорэтилен и перемешивают.

Недостаток клея использование ядовитых веществ тетрахлорэтилена и тиоцианатов, что не позволяет использовать клей при производстве сигарет.

Известны поливинилацетатные клеи AVP-6 (ГДР), Lesso (Франция), К-9001 (Англия) [4] Клей АVР-6 промокает через фильтр, Lesso и К-9001 имеют повышенную кислотность, что приводит к коррозии аппаратуры. Клей Lesso налипает на барабан сигаретной машины.

Известен поливинилацетатный клей для сигаретной промышленности, в состав которого входят ПВА-дисперсия, ПВС, метанол, полидиметилсилоксан и вода [4] прототип. Клей устраняет недостатки клеев AVP-6, Lesso, К-9001.

Клей готовят следующим образом.

К заданному рецептурой количеству ПВС, смоченному метанолом, при подогреве и постоянном перемешивании прибавляют мелкими порциями предварительно подогретую до 75-80^oC воду и перемешивают до получения гомогенного раствора без включения твердых частиц. В реакторе с планетарной мешалкой к ПВА-дисперсии мелкими порциями при постоянном перемешивании добавляют раствор ПВС и перемешивают еще некоторое время. В конце процесса добавляют полидиметилсилоксан. Смешение в реакторе ведут при комнатной температуре. Недостатком клея является использование ядовитого метанола.

Задача, которую решает изобретение, разработать клей для сигаретной промышленности для склеивания на высокопроизводительных машинах сигаретного штранга и приклеивания фильтра к сигаретам, не содержащий ядовитых веществ, аналогичный по свойствам клея зарубежного производства, базирующийся на отечественном сырье, обладающий высокой клеящей способностью, обеспечивающий прочность склеивания, отсутствие брака при производстве сигарет, устойчивый при хранении, и способ его получения.

Поставленная цель достигается клеем следующего состава, мас.

49-53%-ная ПВА-дисперсия 65,64-65,84 ПВС 3,06-4,00 25-35%-ный водно-спиртовый раствор метилсиликоната натрия 0,018- 0,027 Борная кислота 0,08-0,10 Этанол или изопропанол 0,10-2,00 Дибутилфталат 5,60-5,68 Вода остальное Клей готовят следующим образом.

Растворяют в воде при перемешивании водно-спиртовой раствор метилсиликоната натрия и 6,8-7,04% от общего количества борной кислоты. К полученному раствору при перемешивании добавляют ПВС и нагревают при 70-80^oC до полного растворения ПВС. Затем добавляют нагретый до 85-95^oC дибутилфталат. Смесь охлаждают и эмульгируют. К полученной эмульсии добавляют ПВА-дисперсию и смесь перемешивают в течение 1-2 ч. Далее к смеси добавляют раствор оставшейся борной кислоты в смеси вода-спирт (этиловый или изопропиловый) и перемешивают 0,5-1 ч. Готовый клей процеживают. При необходимости понижения вязкости клей разбавляют смесью дибутилфталата (ДБФ), ПВА-дисперсии и воды.

Предлагаемый клей отличается от известного тем, что в качестве кремнийорганического антивспенивателя он содержит 25-35%-ный водно-спиртовый раствор метилсиликоната натрия. Применение его для этих целей в клеях для табачной промышленности, в частности, в поливинилацетатных клеях неизвестно. В отличие от полидиметилсилоксана, используемого в качестве кремнийорганического антивспенивателя, метилсиликонат натрия растворим в воде, что облегчает его равномерное распределение в объеме суспензии. Использование метилсиликоната натрия в количестве менее 0,018% вызывает заметное увеличение вспенивания, а в количестве более 0,027% нецелесообразно, т.к. не влияет на образование пены, но увеличивает расход этого компонента. Метилсиликонат натрия одновременно служит буфером, обеспечивающим такое pH среды, при котором борная кислота в наибольшей степени способствует растворению ПВС. Кроме того, метилсиликонат натрия выступает в роли мягчителя воды.

Предлагаемый клей отличается от известного тем, что в качестве спирта он содержит этиловый или изопропиловый спирт. Добавка этилового или изопропилового спирта предохраняет клей от загустевания при хранении и образования на нем пленки. Применение указанных спиртов позволяет избежать использования высокотоксичного метанола.

Клей содержит борную кислоту в качестве регулятора налипания. Использование борной кислоты в количестве меньшем 0,08% вызывает налипание клея на барабан сигаретной машины, а в количестве большем 0,10% приводит к коагуляции клея.

В предлагаемом способе борная кислота вводится в два приема. Перед растворением ПВС вводят 6,8-7,04% от общего количества борной кислоты. Борная кислота способствует набуханию ПВС и облегчает его растворение. Введение на этой стадии борной кислоты в количестве меньшем 6,8% мало ускоряет набухание ПВС и не облегчает его растворения. Использование борной кислоты на этой стадии в количестве большем 7,01% приводит к настолько интенсивному набуханию ПВС, что сильно затрудняется введение в смесь полного количества ПВС.

Клей содержит дибутилфталат в качестве пластификатора. Использование ДБФ в количестве меньшем 5,60% приводит к уменьшению прочности склеивания, вследствие чего происходит разрыв штранга или отпадение фильтра. Применение ДБФ в количестве большем 5,68% нецелесообразно, т.к. не ведет к увеличению прочности склейки, но увеличивается расход компонента.

ПВС используется в предлагаемом клее в количестве 3,06-4,00% При меньшем количестве ПВС клей имеет слишком малую вязкость и стекает с барабана сигаретной машины. В связи с этим на ободок фильтра наносится слишком тонкий слой клея и фильтр плохо приклеивается. При большем количестве ПВС клей слишком вязкий, наносится неравномерным слоем, слишком быстро высыхает, что приводит к ухудшению склейки.

При приготовлении клея обязательно соблюдать порядок добавления реагентов, температурно-временной режим. Нарушение порядка смешения реагентов приводит к получению клея неоднородного, с комками. Это делает его непригодным для использования на сигаретных машинах. Растворение ПВС следует проводить при 70-80^oC. При температуре ниже 70^oC ПВС не растворяется в смеси воды, борной кислоты и метилсиликоната натрия. Если температура растворения ПВС более 80^oC, то приготовленный клей при хранении быстро желируется, что, по-видимому, связано с частичным сшиванием ПВС при высокой температуре.

ДБФ добавляют нагретым до 85-95^oC. В нагретом состоянии ДБФ обладает меньшей плотностью и вязкостью, что облегчает его равномерное распределение в смеси. При нагревании ДБФ ниже 85^oC такой эффект не достигается. При нагревании ДБФ выше 95^oC образуется пена, возможно за счет местных перегревов смеси.

При приготовлении клея используют ПВА-дисперсию по ГОСТУ 18992-80, например, марок ДФ-47/7В, ДФ-47/7С, ДФ-51/15В; ПВС по ГОСТу 10779-69, например, марок 9/1 или 8/1; водно-спиртовый раствор метилсиликоната натрия с содержанием сухого остатка 30 ±5% (соответствует МРТУ 6-02-271-63).

Пример 1. К 18667 г (22,716%) воды добавляют 17 г (0,027%) водно-спиртового раствора метилсиликоната натрия, 5 г (0,006%) борной кислоты и смесь перемешивают до полного растворения борной кислоты. К полученному раствору добавляют 2908 г (3,539%) ПВС марки 9/1. Смесь перемешивают при 75^oC до полного растворения ВС в течение 1 ч. Затем добавляют 4614 г (5,617%) ДБФ, нагретого до 85^oC. Смесь охлаждают до 35^oC и перемешивают в течение 0,5 ч, эмульгируя ДБФ. К полученной эмульсии добавляют 53941 г (65,640%) ПВА-дисперсии и смесь перемешивают в течение 1 ч. Далее к смеси добавляют раствор 66 г (0,080% ) борной кислоты в смеси 82 г (0,100%) этилового спирта и 1877 г (2,284% ) воды и перемешивают 0,5 ч. Готовый клей процеживают. Вязкость клея по кружке ВМС составляет 18 с.

Пример 2. К 4446 г (20,542%) воды добавляют 4,0 г (0,018%) водно-спиртового раствора метилсиликоната натрия; 1,4 г (0,006%) борной кислоты и перемешивают до полного растворения борной кислоты. К полученному раствору при перемешивании добавляют 756 г (3,493%) ПВС марки 9/1. Смесь перемешивают при 70^oC в течение 2 ч до полного растворения ПВС. Затем наливают 1121 г (5,179% ) нагретого до 90^oC ДБФ. Смесь охлаждают до 40^oC и перемешивают в течение 0,75 ч, эмульгируя ДБФ. К полученной эмульсии добавляют 13199 г (60,983%) ПВА-дисперсии и смесь перемешивают в течение 1,5 ч. Далее к смеси добавляют раствор 18,5 г (0,085%) борной кислоты в смеси 350 г (1,617%) изопропилового спирта и 148 г (0,685%) воды и перемешивают 0,25 ч. Вязкость смеси по кружке ВМС составила 27 с.

Отдельно готовят смесь 1052 г (4,860%) ПВА-дисперсии; 90 г (0,416%) ДБР и 458 г (2,116%) воды, перемешивают в течение 1 ч и добавляют к ранее приготовленной композиции. Готовый клей процеживают. Вязкость клея по кружке ВМС 19,5 с.

Пример 3. К 1116 г (22,290%) воды добавляют 1,25 г (0,025%) водно-спиртового раствора метилсиликоната натрия; 0,34 г (0,007%) борной кислоты и перемешивают до полного растворения. К полученному раствору при перемешивании добавляют 200 г (3,995%) ПВС марки 8/1. Смесь перемешивают при 80^oC в течение 1,5 ч до полного растворения ПВС. Затем наливают 281,5 г (5,622%) нагретого до 95^oC ДБФ. Смесь охлаждают до 45^oC и перемешивают в течение 0,25 ч, эмульгируя ДБФ. К полученной эмульсии добавляют 3288 г (65,671%) ПВА-дисперсии и смесь перемешивают в течение 2 ч. Далее к смеси добавляют раствор 4,66 г (0,093%) борной кислоты в смеси 100 г (1,997%) этилового спирта и 15 г (0,300% ) воды и перемешивают 0,75 ч. Готовый клей процеживают. Вязкость клея по клея по кружке ВМС 18,5 с.

Пример 4. К 1111,25 г (17,903%) воды добавляют 1,25 г (0,020%) водно-спиртового раствора метилсиликоната натрия; 0,34 г (0,005%) борной кислоты и перемешивают до полного растворения борной кислоты. К полученному растворе при перемешивании добавляют 190 г (3,061%) ПВС марки 9/1 и смесь перемешивают при 80^oC в течение 1,5 ч до полного растворения ПВС. Затем добавляют 285 г (4,592%) ДБФ, нагретого до 85^oC. Смесь охлаждают до 45^oC и перемешивают в течение 0,25 ч, эмульгируя ДБФ. К полученной эмульсии добавляют 3287,5 г (52,965% ) ПАВ-дисперсии и смесь перемешивают в течение 2 ч. Далее добавляют 4,66 г (0,075%) борной кислоты в смеси 30 г (0,483%) изопропилового спирта и 97 г (1,563%) воды и перемешивают 0,75 ч. Вязкость композиции по кружке ВМС 48 с.

Отдельно готовят смесь 789 г (12,712%) ПВА-дисперсии; 67,5 г (1,087%) ДБФ и 343,5 г (5,534%) воды, перемешивают ее в течение 1 ч, а затем добавляют к ранее приготовленной композиции. Готовый клей процеживают. Вязкость клея по кружке ВМС 19 с.

Предлагаемый способ позволяет получить однородный клей белого цвета на основе непищевых доступных отечественных продуктов. Клей прост в приготовлении. Используемые для приготовления клея этиловый или изопропиловый спирты позволяют избежать применении ядовитого метанола. ПВА, ПВС, дибутилфталат, борная кислота используются в табачной промышленности в составе разных клеев. Метилсиликонат натрия соединение, близкое к полидиметилсилоксану, который применяют в клее прототипе.

Клей позволяет склеивать сигаретный штранг и приклеивать фильтры к сигаретам на высокопроизводительных сигаретных машинах "Mark-9H" с производительностью 4000 сиг. /мин. Такими машинами укомплектованы более половины отечественных табачных фабрик. Клей не налипает на барабан и щетки сигаретной машины, обладает высокой клеящей способностью и позволяет получать сигареты без брака, высокого качества. Клей опробован на АОЗТ табачная фабрика "Свердловская".

Формула изобретения

1. Клей для сигаретной промышленности, включающий поливинилацетатную дисперсию, поливиниловый спирт, кремнийорганический антивспениватель, спирт и воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве спирта этанол или изопропанол, в качестве кремнийорганического антивспенивателя - водно-спиртовый раствор метилсиликоната натрия и дополнительно борную кислоту и дибутилфтолат при следующем соотношении компонентов, мас.

49 53%-ная поливинилацетатная дисперсия 65,64 65,84
Поливиниловый спирт 3,06 4,00
25 35%-ный водно-спиртовой раствор метилсиликоната натрия 0,018 - 0,027
Борная кислота 0,08 0,10
Этанол или изопропанол 0,10 2,00
Дибутилфталат 5,60 5,68
Вода Остальное
2. Способ получения клея для сигаретной промышленности путем смешения поливинилацетатной дисперсии, поливинилового спирта, спирта, кремнийорганического антивспенивателя и воды, отличающийся тем, что в качестве кремнийорганического антивспенивателя используют 25 35%-ный водно-спиртовой раствор метилсиликоната натрия, в качестве спирта этанол или изопропанол и дополнительно вводят борную кислоту и дибутилфталат, причем сначала готовят смесь водно-спиртового раствора метилсиликоната натрия, борной кислоты и воды, добавляют в смесь поливиниловый спирт, перемешивают при 70 80^oC, добавляют нагретый до 85 95^oC дибутилфталат, смесь охлаждают и эмульгируют, добавляют поливинилацетатную дисперсию и раствор борной кислоты в смеси воды и этанола или изопропанола с последующим процеживанием смеси.