Клеевая композиция
Изобретение относится к клеевой композиции для производства гофрированного картона и/или обработки бумаги. Композиция включает крахмал-носитель и вторичный крахмал. Крахмал-носитель включает, в расчете на сухую массу, менее чем 50% предварительно клейстеризованного крахмала и имеет более высокую чувствительность к щелочи, чем вторичный крахмал. Вторичный крахмал выбирают из группы, состоящей из кукурузного крахмала, картофельного крахмала, пшеничного крахмала и смесей двух или более из них. Крахмал-носитель выбрают из группы, состоящей из пшеничного крахмала, картофельного крахмала, крахмала тапиоки, ячменного крахмала и смесей двух или более из них. Композиция включает, в расчете на сухую массу, 0,5-60% крахмала-носителя, 40-99,5% вторичного крахмала и 1-8% щелочи. Композиция дополнительно включает в расчете на сухую массу, 0,1-3,5% борное соединение. Из композиции получают клей путем добавления композиции к воде и смешением с добавлением достаточного количества щелочи. Клей используют для получения гофрированных картонных и многослойных материалов. Преимущество клеевой композиции в том, что ее можно легко получить с меньшими затратами времени и оборудования. Использование клея приводит к лучшему качеству картона, уменьшению расхода клея, улучшенной скорости производства. 5 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 табл., 6 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к клеевым композициям, конкретнее к так называемым клеевым композициям one-bag-mix (ОВМ), и к способу их получения.
Уровень техники
Клеи для применения в таких областях промышленности, как обработка бумаги и производство гофрированных изделий, типично классифицируют либо как клеи типа Стейн-Холл (Stein Hall), либо типа Минокар (Minocar).
Клеи типа Стейн-Холл получают диспергированием примерно 10-25% совокупного крахмала в первичной жидкости (воде). Данная часть совокупного крахмала называется "первичным крахмалом". Смесь нагревают и затем добавляют определенное количество щелочи. Это приводит к полной клейстеризации первичного крахмала, имеющей результатом высоковязкую крахмальную пасту (известную как "носитель"). Затем в состав включают вторичную воду, чтобы понизить температуру и концентрацию щелочи в носителе. В заключение добавляют вторичный крахмал (составляющий примерно 75-90% совокупного крахмала), если необходимо, то вместе с другими соединениями, такими как бура.
Напротив, клеи типа Minocar получают с намного более высокими уровнями первичного крахмала (приблизительно 40-60% совокупного крахмала). Щелочь добавляют к носителю постепенно до достижения определенного уровня вязкости. По достижении данного уровня вязкости набухание носителя останавливают очень быстрым добавлением оставшихся (вторичной) жидкости и крахмала (плюс другие соединения, если необходимо).
Оба типа клеев страдают от недостатка, заключающегося в том, что их должен приготовить пользователь, что, тем самым, требует не только ресурсов дополнительного времени и оборудования, но и определенного уровня специальных технических знаний. По этой причине был разработан третий тип клея. Данные клеи известны как "one-bag-mix" (OBM) клеи. Они предоставляют единую предварительно приготовленную смесь сухих ингредиентов, которая может быть приготовлена прямым одностадийным способом, просто добавлением воды.
ОВМ-клеи доступны на рынке уже более сорока лет. Они типично включают вместе с дающими щелочь химикатами, также борное соединение как носитель, так и вторичный крахмал. Тогда как вторичный крахмал обычно представляет собой нативный крахмал с относительно высокой температурой клейстеризации (например, примерно 70°С в случае кукурузного крахмала), ОВМ-крахмалы-носители обычно выбирают из предварительно клейстеризованных (или "высушенных на вальцовой сушилке") крахмалов. К сожалению, применение таких крахмалов является весьма дорогостоящим.
Таким образом, необходима альтернатива продуктам, которые существуют в данной области техники. Настоящее изобретение предоставляет такую альтернативу.
Краткое описание чертежей
Фиг.1: Чувствительность к щелочи различных крахмалов при 25°С.
Фиг.2: Чувствительность к щелочи различных крахмалов при переменных температурах.
Фиг.3: Определение щелочного числа по Брабендеру кукурузного и пшеничного крахмала.
Фиг.4-5: Характеристики клеев, полученных разными способами.
Фиг.6: Прибор для определения точки клейстеризации.
Сущность изобретения
Согласно первому объекту настоящего изобретения предоставляется клеевая композиция для производства гофрированного картона и/или обработки бумаги, включающая крахмал-носитель, вторичный крахмал и щелочь, отличающаяся тем, что крахмал-носитель:
опционально включает, в расчете на сухую массу, менее чем 50% предварительно клейстеризованного крахмала и
имеет более высокую чувствительность к щелочи, чем вторичный крахмал.
Предпочтительно разница в чувствительности к щелочи между крахмалом-носителем и вторичным крахмалом будет составлять по меньшей мере 0,05% NaOH, предпочтительно 0,1% NaOH, более предпочтительно по меньшей мере 0,15% NaOH.
Согласно дополнительному объекту настоящего изобретения предоставляется способ получения клея для производства гофрированного картона и/или обработки бумаги, включающий стадии добавления вышеуказанной композиции к воде и смешения, отличающийся тем, что добавляется достаточное количество щелочи, чтобы во время смешения клейстеризовать крахмал-носитель, но не вторичный крахмал.
Согласно еще одному дополнительному объекту настоящего изобретения предоставляется способ получения клеевой композиции для производства гофрированного картона и/или обработки бумаги, включающий стадии добавления крахмала-носителя, вторичного крахмала и по меньшей мере щелочи к воде и смешения, отличающийся тем, что крахмал-носитель:
включает, в расчете на сухую массу, менее чем 50% предварительно клейстеризованного крахмала и
имеет более высокую чувствительность к щелочи, чем вторичный крахмал;
и тем, что добавляют достаточное количество щелочи, чтобы во время смешения клейстеризовать крахмал-носитель, но не вторичный крахмал.
Предпочтительно перед добавлением крахмалов и щелочи воду предварительно нагревают до 20-60°С, предпочтительно до 30-50°С, более предпочтительно до 35-45°С, более предпочтительно до 40-45°С.
Далее предоставляются клей, полученный по вышеуказанному способу, и картонные материалы, полученные с использованием такого клея.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение предоставляет клеевую композицию, включающую крахмал-носитель, вторичный крахмал и щелочь, отличающуюся тем, что крахмал-носитель:
- опционально включает, в расчете на сухую массу, менее чем 50% предварительно клейстеризованного крахмала и
- имеет более высокую чувствительность к щелочи, чем вторичный крахмал.
Используемый в данной области техники термин "клеевая композиция" может относиться как к сухим, так и к водным клеевым композициям. Сухие композиции (например, типа one-bag-mix) включают некоторые или все ингредиенты, требующиеся для получения водной композиции путем добавления воды и/или других жидкостей. Ингредиенты водных композиций могут быть разбавлены только частично или же они могут быть полностью разбавлены и готовыми для применения.
Только в целях ясности, и если специально не оговорено обратное, сухие композиции следует рассматривать здесь как "клеевые композиции", а водные композиции следует рассматривать здесь просто как "клеи". Предпочтительно клеевая композиция настоящего изобретения представляет собой клеевую композицию типа one-bag-mix.
Клеевая композиция настоящего изобретения включает, как минимум, крахмал-носитель, вторичный крахмал и щелочь. Принципиальная роль крахмала-носителя в окончательном клее заключается в том, чтобы создать определенный уровень вязкости, обеспечивая, тем самым, стабильную дисперсию (или "суспензию") сырого, неклейстеризованного вторичного крахмала. Это традиционно достигается в случае клеев ОВМ-типа использованием предварительно клейстеризованного (и, следовательно, растворимого в холодной воде) крахмала-носителя.
Крахмал-носитель настоящего изобретения, однако, включает менее чем 50% предварительно клейстеризованного крахмала. Использованное здесь выражение "на сухую массу" относится к содержанию ингредиента (в данном случае предварительно клейстеризованного крахмала), выраженному как процентная доля совокупной сухой массы композиции (в данном случае крахмала-носителя), рассчитанная из коммерческой базовой сухой массы данного ингредиента. Предпочтительно крахмал-носитель будет включать менее чем 40%, более предпочтительно менее чем 30%, более предпочтительно менее чем 20%, более предпочтительно менее чем 10%, более предпочтительно менее чем 5% предварительно клейстеризованного крахмала. Согласно наиболее предпочтительному варианту осуществления крахмал-носитель по существу не будет включать предварительно клейстеризованный крахмал. Вместо этого крахмал-носитель настоящего изобретения отличается его чувствительностью к щелочи, конкретнее чувствительностью к щелочи, которая значительно выше, чем чувствительность к щелочи вторичного крахмала.
Действительно, предполагается, что при определенной концентрации и при смешивании с водой щелочь будет клейстеризовать только более чувствительный крахмал-носитель. Вторичный крахмал не будет подвержен ее действию. Вместо этого вторичный крахмал будет клейстеризован во время или после нанесения клея под действием тепла и/или давления (например, в гофрировальной машине) в целях получения крахмальной пасты со значительно увеличенной вязкостью. Именно данное увеличение вязкости приводит к формированию клеевого соединения.
Теоретически, в том случае, если вышеуказанные критерии чувствительности согласуются и с условием, что крахмал-носитель включает менее чем 50% предварительно клейстеризованного крахмала, как носитель, так и вторичные крахмалы могут быть выбраны из любых нативных или модифицированных крахмалов или производных крахмала (включая, например, этерифицированные крахмалы со сложноэфирными связями, этерифицированные крахмалы с простыми эфирными связями, истонченные крахмалы). Согласно предпочтительному варианту осуществления крахмал-носитель будет представлять собой карбоксиметилированный крахмал.
Крахмал-носитель и вторичный крахмал будут предпочтительно выбраны так, чтобы разница в чувствительности к щелочи между ними двумя составляла по меньшей мере 0,05% NaOH, предпочтительно 0,1% NaOH, более предпочтительно по меньшей мере 0,15% NaOH (где чувствительность к щелочи измерена по Способу 1, как изложено ниже). Таким образом, например, если кукурузный крахмал выбран в качестве вторичного крахмала, крахмал-носитель может представлять собой любой один или несколько крахмалов из пшеничного крахмала, картофельного крахмала, крахмала тапиоки и ячменного крахмала. Необходимо, однако, отметить, что существуют кукурузные крахмалы со значительно различающимися чувствительностями к щелочи. Следовательно, было бы возможно, чтобы как носитель, так и вторичный крахмал были бы произведены из кукурузы (или из любого другого источника, который продуцирует крахмалы со значительно различающимися чувствительностями к щелочи, например из тапиоки или из картофеля). Тем не менее, если в качестве вторичного крахмала выбран кукурузный крахмал, крахмал-носитель будет предпочтительно представлять собой пшеничный крахмал.
Только с целью иллюстрации в нижеследующей таблице (взятой в упрощенном виде из работы Kofler. Starch: Chemistry and Technology, второе издание - 1984, стр.668, таблица III) даны стандартные температуры клейстеризации ряда широко доступных крахмалов.
| Тип крахмала | Температура клейстеризации (°С) |
| Кукурузный | 62-72 |
| Сорго | 68-78 |
| Пшеничный | 58-64 |
| Тапиоки - Бразильский | 49-64,5 |
| Тапиоки - Доминиканский | 58,5-70 |
| Тапиоки - Сиамский | 62-73 |
| Картофельный | 50-68 |
| Восковидной кукурузы | 63-72 |
| Восковидного сорго | 67,5-74 |
| Ячменный | 51,5-59,5 |
| Ржаной | 57-70 |
| Гороховый (зеленого огородного гороха) | 57-70 |
| Рисовый | 68-78 |
| Кукурузный с высоким содержанием амилазы | 67 - * (полная клейстеризация не достигается в кипящей воде) |
Те же разницы, смещенные к более низким значениям, можно наблюдать, когда крахмалы суспендированы в воде в щелочным условиях. В целях настоящего изобретения, однако, будет использован способ 1 (как определено ниже) для определения разницы в чувствительности к щелочи.
Примеры некоторых предпочтительных комбинаций крахмал- носитель/вторичный крахмал включают:
| Крахмал-носитель | Вторичный крахмал |
| Нативный пшеничный крахмал | Нативный кукурузный крахмал |
| Нативный картофельный крахмал | Нативный кукурузный крахмал |
| Нативный картофельный крахмал | Нативный пшеничный крахмал |
| CMS* картофельный крахмал | Нативный пшеничный крахмал |
| CMS* картофельный крахмал | Нативный картофельный крахмал |
| Нативный картофельный + нативный пшеничный крахмал | Нативный кукурузный крахмал |
| CMS* картофельный + нативный пшеничный крахмал | Нативный кукурузный крахмал |
| * CMS = карбоксиметилированный крахмал |
Точная композиция окончательного клея будет, конечно, зависеть от присущих ему желаемых характеристик (таких как суммарное содержание сухих веществ), предполагаемого конечного применения и включения, например, синтетических связующих, гидроколлоидов, загустителей и других химических добавок. Тем не менее, предпочтительная композиция будет включать, в расчете на сухую массу, 0,5-60%, предпочтительно 5-40%, более предпочтительно 5-25%, более предпочтительно 5-15% крахмала-носителя и 40-99,5%, предпочтительно 75-95%, более предпочтительно 80-90% вторичного крахмала.
Клеевая композиция также будет включать щелочь. Щелочь может быть выбрана из одной или нескольких щелочей из карбоната натрия, гидроксида кальция, гидроксида натрия и других подходящих щелочных соединений, известных специалистам в данной области техники. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения клеевая композиция будет включать карбонат натрия и гидроксид кальция, которые при добавлении к воде реагируют с образованием каустической соды (по формуле Nа2СО3+Са(ОН)2=2NaOH+СаСО3). Предпочтительно композиция будет включать щелочь в количестве, в расчете на сухую массу, 1-8%, более предпочтительно в количестве 3-6%.
Композиция может также включать борное соединение. Борные соединения используются как регуляторы реологических свойств и ускорители склеивания и могут быть выбраны из одного или нескольких соединений из декагидрата буры, борной кислоты, бората и других борных соединений, известных специалисту. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения борное соединение будет представлять собой декагидрат буры. Предпочтительно композиция будет включать борные соединения в количестве, в расчете на сухую массу, 0,1-3,5%, более предпочтительно 0,5-2,5%, более предпочтительно 1,2-1,7%.
Таким образом, согласно предпочтительному варианту осуществления клеевая композиция настоящего изобретения будет включать крахмал-носитель, вторичный крахмал, щелочь и борное соединение и отличаться тем, что крахмал-носитель включает менее 50% предварительно клейстеризованного крахмала и имеет более высокую чувствительность к щелочи, чем вторичный крахмал. После добавления данной композиции к однократной порции воды щелочь будет атаковать крахмал-носитель, вызывая его набухание. Напротив, на данной стадии обладающий более низкой чувствительностью к щелочи вторичный крахмал набухать не будет.
Соответственно, настоящее изобретение далее предоставляет способ получения клея, включающий стадии добавления основной композиции, определенной выше, к воде и смешения, отличающийся тем, что добавлено достаточное количество щелочи, чтобы во время смешения клейстеризовать крахмал-носитель, но не вторичный крахмал.
Изобретение далее предоставляет способ получения клея, включающий стадии добавления крахмала-носителя, вторичного крахмала и по меньшей мере щелочи к воде и смешения, отличающийся тем, что крахмал-носитель:
включает, в расчете на сухую массу, менее чем 50% предварительно клейстеризованного крахмала и
имеет более высокую чувствительность к щелочи, чем вторичный крахмал;
и тем, что добавлено достаточное количество щелочи, чтобы во время смешения клейстеризовать крахмал-носитель, но не вторичный крахмал.
Предпочтительно отношение воды к другим ингредиентам будет определено так, чтобы совокупный вес сухих веществ в окончательном клее составлял 15-40% по массе, предпочтительно 20-35% по массе, более предпочтительно 20-30% по массе.
Клейстеризация любого данного крахмала в присутствии щелочи зависит от ряда факторов и, особенно, от температуры воды и концентрации щелочи. Данные факторы должны быть определены среди прочего в соответствии с типом крахмала-носителя и вторичного крахмала, используемых в способе изобретения, принимая во внимание температуру клейстеризации окончательного клея. Таким образом, например, чем выше требуемая точка клейстеризации клея, тем меньшее количество щелочи будет необходимо и тем большей должна быть температура однократной порции воды.
Предпочтительно вода будет предварительно нагрета до 20-60°С, более предпочтительно до 30-50°С, более предпочтительно до 35-45°С, более предпочтительно до 40-45°С; количество и тип щелочи, подлежащей использованию, будут без труда определены специалистом, но предпочтительно количество будет составлять от 1 до 8%, более предпочтительно от 3 до 6%, в расчете на сухую массу. Примеры щелочных соединений, которые могут быть использованы, определены выше.
Кроме учета вышеуказанных факторов перед использованием клея крахмалу-носителю необходимо дать достаточное количество времени для набухания. Вода, крахмал-носитель, вторичный крахмал, щелочь и другие необязательные ингредиенты, следовательно, предпочтительно должны быть подвергнуты смешению по меньшей мере в течение 10 мин, более предпочтительно в течение 10 мин - 1 час, более предпочтительно в течение 20-40 мин, более предпочтительно в течение приблизительно 30 минут. Согласно одному варианту осуществления крахмал-носитель и вторичный крахмал могут быть смешаны с водой перед добавлением щелочи, борных соединений и/или других необязательных ингредиентов.
Полученная таким образом жидкая композиция будет готова к применению. Таким образом, настоящее изобретение далее предоставляет клей, полученный по вышеуказанному способу. Такие клеи могут быть использованы в любом ряде областей применения, включая, например, производство гофрированных изделий и обработку бумаги. Изобретение, следовательно, также предоставляет изделия, изготовленные с применением вышеуказанного клея. Данные изделия (обычно называемые как "картонные материалы") включают, например, гофрированный картон и многослойные бумажные материалы.
Клей согласно предложенному изобретению может использоваться для производства гофрированных и/или многослойных картонных материалов с использованием любых методов, известных в уровне техники. В частности клей будет наноситься по меньшей мере на одну поверхность первого листа, который затем будет приводиться в контакт со вторым листом, чтобы осуществить скрепление. При необходимости клей может наноситься на обе поверхности первого листа, который затем будет располагаться между вторым и третьим листами. Предпочтительно первый лист будет средним слоем гофрированного картона, и клей будет наноситься только на вершины гофр. В этом варианте осуществления вторые (и опционально третьи) листы будут являться по существу плоскими наружными листами.
Преимущества изобретения
Клеевым композициям настоящего изобретения присущ ряд преимуществ. В частности, их можно легко получить (по сравнению с типичными клеями типов Стейн-Холл или Минокар) с меньшими затратами времени, оборудования, и при этом требуется меньше специальных технических знаний. Они могут быть доставлены как one-bag-mix, но не основаны на применении химически модифицированного предварительно клейстеризованного крахмала-носителя. Они, следовательно, более дешевы, безопасны и более экологически безвредны при изготовлении и применении. Фактически крахмал-носитель настоящего изобретения может представлять собой нативный крахмал, который, в сущности, генерируется in situ во время процесса смешения. Они обладают хорошей клеящей функциональностью и желательными реологическими свойствами (такими как относительно короткая структура, стабильная вязкость, хорошие эксплуатационные свойства и тиксотропное поведение). В данном они сравнимы с традиционными клеями типа Minocar. Испытания на применимость в промышленном масштабе также показали, что использование настоящего клея ведет к лучшему качеству картона (например, гладкость пластин, меньшее скручивание и так далее), уменьшенному расходу клея и улучшенной скорости производства.
Метод 1: Метод определения чувствительности к щелочи крахмалов
1. Приготовить первую порцию 500 г взвеси с содержанием твердых компонентов 10% (в расчете на сухую массу) добавлением 50 г крахмала в стеклянный стакан на 600 мл, содержащий 450 г дистиллированной воды. Раствор необходимо постоянно перемешивать с помощью магнитного мешальника и выдерживать при 25°С (±1°С);
2. Определить вязкость по Стейн-Холлу (SH) взвеси (она должна быть близка вязкости воды, то есть 15-16 сек);
3. Приготовить раствор NaOH с содержанием твердого компонента 20% (в расчете на сухую массу);
4. Рассчитать количество раствора NaOH, необходимого, чтобы
прибавить точную дозу 0,375% NaOH (сухого вещества) масса/масса к 500 г взвеси;
5. Прибавить рассчитанное количество NaOH к взвеси медленно, но сразу. Продолжить перемешивание точно в течение 10 минут;
6. Определить SН-вязкость щелочной взвеси. Выбросить данную первую порцию;
7. Повторить этапы с 1 по 6 со второй порцией, но увеличить концентрацию NaOH на этапе 4 до 0,4% (сухого вещества) масса/масса;
8. Продолжить операции (то есть увеличение концентрации NaOH) до получения очень большой вязкости;
9. Построить диаграмму вязкость против концентрации щелочи и определить точку начала клейстеризации крахмала.
Ряд широко используемых крахмалов был протестирован данным методом. Результаты приведены на диаграмме фиг.1. Как можно видеть из данной диаграммы, картофельный крахмал и пшеничный крахмал требуют намного меньше щелочи (0,45% в весовом отношении) для начала клейстеризации, чем кукурузный крахмал (0,58% масса/масса). Другими словами, как картофельный, так и пшеничный крахмал имеют более высокую чувствительность к щелочи, чем кукурузный крахмал.
Поскольку температура также влияет на клейстеризацию, может быть проведен дополнительный анализ, как показано на диаграмме фиг.2. Данная диаграмма иллюстрирует поведение различных крахмалов как в зависимости от концентрации щелочи, так и от температуры. Она позволяет точно оценить для каждого типа крахмала и при определенной концентрации щелочи температуру клейстеризации (т.е. температуру, при которой начинается набухание). Диаграмма была получена путем повторения вышеописанного способа (для фиг.1) при различных температурах и путем вычерчивания для каждой концентрации щелочи точной температуры, при которой впервые было отмечено увеличение вязкости. Затем разница в чувствительности между двумя типами крахмала может быть определена сравнением при любой данной температуре различной концентрации щелочи, необходимой для инициирования клейстеризации.
Таким образом, можно видеть, что, например, при 38°С пшеничный крахмал требует 0,355% сухого вещества NaOH в весовом отношении для начала клейстеризации, тогда как кукурузный крахмал (АВ 5,8 мин) требует 0,49% сухого вещества NaOH в весовом отношении: пшеничный крахмал обладает более высокой чувствительностью к щелочи, чем кукурузный крахмал. Разница в чувствительности к щелочи между данными двумя типами крахмала составляет приблизительно 0,135% сухого вещества NaOH в весовом отношении.
Метод 2: Щелочной метод определения чувствительности к щелочи крахмалов по Брабендеру
Альтернативным описанием чувствительности крахмалов к щелочи, используемым в промышленности гофрированных изделий, является щелочное число Брабендера (АВ). Число АВ любого данного крахмала представляет собой время, необходимое данному крахмалу для достижения 100 единиц Брабендера (BU) при строго определенных условиях:
1. Запустить и откалибровать вискозиметр (Брабендера) Viscograph E согласно технической инструкции, прилагаемой производителем. Следует задать следующие параметры: вращающий момент измерения (250 см·грамм-сила), скорость самописца (1 см/мин), скорость вращения (75 об/мин), начальную температуру (17°С), номинальную температуру (50°С), скорость нагрева (1,5°С/мин), скорость черчения (1 см/мин). Следует использовать картридж на 350 см·грамм-сила.
2. Поместить невысокий стеклянный стакан на 600 мл на лабораторные весы и обнулить весы.
3. Отвесить образец крахмала близко к 0,01 г, используя следующие формулы:
| Кукурузный | Пшеничный | Картофельный |
| m=(25×88)/d.s. | m=(25×88)/d.s. | m=(25×82)/d.s. |
где m представляет собой массу образца крахмала, выраженную в г, и d.s. представляет сухое вещество крахмала, выраженное в весовом проценте.
4. Добавить в стакан точно (445 - m) г охлажденной деминерализованной воды (от 4 до 10°С). Поместить стакан на магнитную мешалку, ввести следящее устройство и суспендировать крахмал.
5. Пока перемешивается крахмал, наполнить бюретку на 100 мл охлажденной каустической содой (1,0 М гидроксид натрия - Merck №109137).
6. Когда получена гомогенная взвесь, при температуре от 14°С до 16°С добавить (в течение примерно 90 секунд) из бюретки 50 мл охлажденной каустической соды.
7. Влить взвесь в чашку вискозиметра Брабендера (которая охлаждена до 4-15°С в холодильнике или водяной бане) и вставить измеряющую головку и датчик.
8. Запустить программу Брабендера согласно технической инструкции. На данной стадии температура взвеси должна быть меньше, чем 17°С.
9. Когда достигнута температура 20°С, запустить хронометр и зафиксировать время (в минутах), затраченное на достижение 100 BU.
Согласно данному методу может быть определена разница между чувствительностью к щелочи кукурузного и пшеничного крахмала, как показано на диаграмме фиг.3. Из данной диаграммы ясно, что число АВ кукурузного крахмала (20,8) более чем в два раза большего числа пшеничного крахмала (9,9), и что кукурузный крахмал является, таким образом, намного менее чувствительным к щелочи, чем пшеничный крахмал.
В настоящем изобретении разница в чувствительности к щелочи между крахмалом-носителем и вторичным крахмалом может быть выражена следующим образом:
(число АВ вторичного крахмала) - (число АВ крахмала-носителя)
Разница между данными двумя значениями должна быть равна по меньшей мере 5 мин, предпочтительно по меньшей мере 8 мин.
Метод 3: Температура клейстеризации клеев
1. Используя прибор, показанный на фиг.5, заполнить внешнюю стеклянную камеру (1) деионизированной водой до верхней голубой разметочной линии внутренней стеклянной камеры (2).
2. Поместить магнитный мешальник (6) во внутреннюю стеклянную камеру (2), затем наполнить ее (до нижней голубой разметочной линии) подлежащим испытанию картонным клеем.
3. Собрать прибор, как показано на фиг.6, где (3) представляет стеклянную крышку; (4) представляет термоэлектрический индикатор длиной 145 мм, неподвижно зафиксированный в стеклянной трубке так, что его конец отстоит на примерно 25-30 мм от дна внутреннего стеклянного сосуда; и (5) представляет индикатор для измерения температуры - и поместить его на обогревающую плиту с точно установленной температурой 250°С.
4. Включить индикатор (5). В течение первых нескольких минут температура будет понижаться примерно на 2-3°С из-за холодной воды во внешней стеклянной камере. Через несколько минут температура начнет непрерывно повышаться до температуры клейстеризации (или "точки клейстеризации"). Как только достигнута точка клейстеризации, рост температуры прекратится и она начнет слабо понижаться примерно на 0,1-0,5°С (одновременно с этим магнитный мешальник перестанет вращаться вследствие резкого увеличения вязкости). Наибольшая температура, достигнутая до данного понижения, соответствует точке клейстеризации клея. Примеры
Был проведен ряд испытаний для сравнения характеристик стандартного ОВМ-клея (испытание 1), клея SH-типа (испытание 2) и ряда клеев по настоящему изобретению (испытания 3-12). Подробности каждого из данных испытаний приведены в таблицах 1 и 2.
Все клеи получали с использованием 1050 г однократной порции воды и при перемешивании при 930 1/мин в течение первоначальных 30 мин. Клей SH-типа испытания 2 получали с использованием 404,4 г первичной воды и 629,17 г вторичной воды. Температура однократной порции воды была установлена равной 40°С для всех испытаний за исключением Испытания 1, где она была установлена равной 25-30°С.
По прошествии начального 30 минутного подготовительного периода измеряли вязкость по Стейн-Холлу (SHV), вязкость по Брукфильду (BV) и температуру клейстеризации (GT). Вязкость по Стейн-Холлу и по Брукфильду измеряли при 30°С. Вязкость по Стейн-Холлу измеряли, используя чашку Стейн-Холла и по стандартной методике. Вязкость по Брукфильду также измеряли по стандартной методике, используя шпиндель 3 при 100 об/мин. Температуру клейстеризации клея измеряли, используя способ 3, как описано выше. Затем данные измерения повторяли после перемешивания в течение ночи. Результаты приведены в таблицах 3 и 4 и отражены на фиг.4 и 5.
| Таблица 3 | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
| После получения | SHV (сек) | 69 | 62 | 70 | 79 | 59 | 54 |
| BV (мПас) | 444 | 300 | 620 | 680 | 256 | 355 | |
| GT (°С) | 53,6 | 57,3 | 56,5 | 56,3 | 55,6 | 56 | |
| После перемешивания в течение ночи | SHV (сек) | 59 | 50 | 52 | 76 | 59 | 48 |
| BV (мПас) | 322 | 220 | 475 | 434 | 256 | 249 | |
| GT (°С) | 55,5 | 58 | 58,5 | 57,2 | 57 | 56 |
| Таблица 4 | |||||||
| 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | ||
| После получения | SHV (сек) | 54 | 32 | 41 | 48 | 30 | 88 |
| BV (мПас) | 348 | 158 | 279 | 285 | 153 | 580 | |
| GT (°С) | 50,9 | 49,8 | 50,1 | 49,5 | 51,8 | 48,8 | |
| После перемешивания в течение ночи | SHV (сек) | 50 | 35 | 34 | 40 | 59 | 55 |
| BV (мПас) | 332 | 220 | 240 | 283 | 256 | 474 | |
| GT (°С) | 53,8 | 53,2 | 52,9 | 53,0 | 54,1 | 53,4 |
Из данных результатов можно видеть, что клеи, полученные по настоящему изобретению, обладают свойствами, которые по крайней мере сопоставимы с традиционными клеями ОВМ и Стейн-Холла.
| Таблица 1 | |||||||||
| № испытания | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |||
| Содержание твердых | 25%=350 г | 25%=350 г | 25%=350 г | 25%=350 г | 25,2%=353,4 г | 25%=400 г | |||
| Первичный крахмал или крахмал-носитель | - | C*Gum 03431 | Нативный пшеничный крахмал РТ 20002 | Нативный пшеничный крахмал РТ 20002 | Нативный картофельный крахмал 300882 | Крахмал тапиоки Amilogill 500 | |||
| % | - | 12 | 12 | 12 | 10 | 12 | |||
| г | - | 40,44 | 40,44 | 38,76 | 32,6 | 44,4 | |||
| C*Gum 03627а | 350 г | - | - | - | - | - | |||
| Вторичный крахмал: C*Gum 03431b | - | 296,54 г | 296,54 г | 284,25 г | 293,8 г | 325 г | |||
| Щелочь | - | Раствор NaOH (33% твердых) | Раствор NaOH (33% твердых) | Nа2СО3 | Са(ОН)2 | Nа2СО3 | Ca(OH)2 | Nа2СО3 | Ca(OH)2 |
| г | - | 24,55 | 24,55 | 13 | 9,1 | 13 | 9,1 | 14,8 | 10,4 |
| % содержание сухого вещества в расчете на всю ОВМ | - | 0,58 | 0,58 | 3,71 | 2,6 | 3,69 | 2,6 | 3,70 | 2,6 |
| Декагидрат буры (г) | - | 4,9 | 4,9 | 4,9 | 4,9 | 4,9 | |||
| % содержание сухого вещества в расчете на всю ОВМ | - | 1,4 | 1,4 | 1,39 | 1,35 | ||||
| а С*Gum 03627 представляет собой клей one-bag mix, доступный от Cargill | |||||||||
| b G*Gum 03431 представляет собой нативный кукурузный крахмал, доступный от Cargill |
| Таблица 2 | ||||||||||||
| № испытания | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | ||||||
| Содержание твердых | 20%=280 г | 25%=350 г | 25%=350 г | 30%=420 г | 30%=420 г | 30%=420 г | ||||||
| Первичный крахмал или крахмал-носитель | Нативный картофельный крахмал РТ 30082 | Нативный картофельный крахмал РТ 30082 | Нативный картофельный крахмал РТ 30082 | Нативный картофельный крахмал РТ 30082 | Нативный картофельный крахмал РТ 30082 | Нативный картофельный крахмал РТ 30082 | ||||||
| % | 19 | 14 | 15 | 17 | 12 | 12 | ||||||
| г | 55 | 49 | 52 | 60 | 50 | 50 | ||||||
| C*Gum 03627а | 350 г | - | - | - | - | - | ||||||
| Вторичный крахмал: C*Gum 20004c | 205 г | 281 г | 277 г | 270 г | 350 г | 350 г | ||||||
| Щелочь | Nа2СО3 | Ca(OH)2 | Nа2СО3 | Ca(OH)2 | Nа2СО3 | Ca(OH)2 | Nа2СО3 | Ca(OH)2 | Nа2СО3 | Ca(OH)2 | Nа2СО3 | Ca(OH)2 |
| г | 9 | 6 | 9,5 | 6,5 | 9,5 | 6,5 | 9 | 6,5 | 9,5 | 6,7 | 10,5 | 7,5 |
| % содержание сухого вещества в расчете на всю ОВМ | 0,8 | 0,45 | 0,7 | 0,45 | 0,7 | 0,45 | 0,8 | 0,6 | 0,65 | 0,45 | 0,75 | 0,5 |
| Декагидрат буры (г) | 2,8- | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 4,2 | 4,2 | ||||||
| % содержание сухого вещества в расчете на всю ОВМ | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||||
| a C*Gum 20004 представляет собой клей one-bag mix, доступный от Cargill |
1. Клеевая композиция для производства гофрированного картона и/или обработки бумаги, включающая крахмал-носитель, вторичный крахмал и щелочь, отличающаяся тем, что крахмал-носитель и вторичный крахмал выбраны таким образом, чтобы крахмал-носитель имел более высокую чувствительность к щелочи, рассчитанную по Методу 1, раскрытому на с.11-12 описания, чем вторичный крахмал.
2. Клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что разница в чувствительности к щелочи, рассчитанная по Методу 1, между крахмалом-носителем и вторичным крахмалом составляет по меньшей мере 0,05% NaOH, предпочтительно по меньшей мере 0,1% NaOH, более предпочтительно по меньшей мере 0,15% NaOH.
3. Клеевая композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что крахмал-носитель включает в расчете на сухую массу менее чем 50%, предпочтительно менее чем 40%, более предпочтительно менее чем 30%, более предпочтительно менее чем 20%, более предпочтительно менее чем 10%, более предпочтительно менее чем 5%, предварительно клейстеризованного крахмала.
4. Клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что крахмал-носитель не включает какого-либо предварительно клейстеризованного крахмала.
5. Клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что вторичный крахмал выбран из группы, состоящей из кукурузного крахмала, картофельного крахмала, пшеничного крахмала и смесей двух или более из них.
6. Клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что крахмал-носитель выбран из группы, состоящей из пшеничного крахмала, картофельного крахмала, крахмала тапиоки, ячменного крахмала и смесей двух или более из них.
7. Клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что крахмал-носитель представляет собой карбоксиметилированный крахмал.
8. Клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что она включает в расчете на сухую массу 0,5-60%, предпочтительно 5-40%, более предпочтительно 5-25%, более предпочтительно 5-15% крахмала-носителя.
9. Клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что она включает в расчете на сухую массу 40-99,5%, предпочтительно 75-95%, более предпочтительно 80-90% вторичного крахмала.
10. Клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что щелочь выбрана из карбоната натрия, гидроксида кальция, гидроксида натрия или смесей двух или более из них.
11. Клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что она включает в расчете на сухую массу 1-8%, предпочтительно 3-6% щелочи.
12. Клеевая композиция по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно включает борное соединение, предпочтительно декагидрат буры.
13. Клеевая композиция по п.12, отличающаяся тем, что она включает в расчете на сухую массу 0,1-3,5%, предпочтительно 1,5-2,5%, более предпочтительно 1,2-1,7% борного соединения.
14. Способ получения клея для производства гофрированного картона и/или обработки бумаги, включающий стадии добавления композиции по любому из пп.1-13 к воде и смешения, отличающийся тем, что добавлено достаточное количество щелочи, чтобы во время смешения клейстеризовать крахмал-носитель, но не вторичный крахмал во время смешения.
15. Способ получения клея для производства гофрированного картона и/или обработки бумаги, включающий стадии добавления крахмала-носителя, вторичного крахмала и по меньшей мере щелочи к воде и смешения, отличающийся тем, что крахмал-носитель и вторичный крахмал выбирают таким образом, чтобы крахмал-носитель имел более высокую чувствительность к щелочи, рассчитанную по Методу 1, раскрытому на с.11-12 описания, чем вторичный крахмал, при этом добавляют достаточное количество щелочи, чтобы во время смешения клейстеризовать крахмал-носитель, но не вторичный крахмал, причем крахмал-носитель включает в расчете на сухую массу менее чем 50% предварительно клейстеризованного крахмала.
16. Способ по п.15, отличающийся тем, что крахмал-носитель и вторичный крахмал предварительно смешаны.
17. Способ по п.15 или 16, отличающийся тем, что щелочь выбирают из карбоната натрия, гидроксида кальция, гидроксида натрия или смесей двух или более из них.
18. Способ по п.15, отличающийся тем, что в расчете на сухую массу добавляют 1-8%, предпочтительно 3-6% щелочи.
19. Способ по п.15, отличающийся тем, что он далее включает добавление борного соединения, предпочтительно декагидрата буры.
20. Способ по п.19, отличающийся тем, что в расчете на сухую массу добавляют 0,1-3,5%, предпочтительно 1,5-2,5%, более предпочтительно 1,2-1,7% борного соединения.
21. Способ по п.15, отличающийся тем, что крахмал-носитель и вторичный крахмал смешивают с водой до добавления щелочи и/или борных соединений.
22. Способ по п.15, отличающийся тем, что воду предварительно нагревают до 20-60°С, предпочтительно 30-50°С, более предпочтительно 35-45°С, более предпочтительно 40-45°С.
23. Способ по п.15, отличающийся тем, что крахмал-носитель, вторичный крахмал, щелочь и воду смешивают в течение от 10 мин до 1 ч, предпочтительно в течение 20-40 мин, более предпочтительно в течение приблизительно 30 мин.
24. Клей для производства гофрированного картона и/или обработки бумаги, полученный способом по любому из пп.15-23.
25. Гофрированные картонные и/или многослойные материалы, полученные с применением клея по п.24.
