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particulier,pour coller du carton ondulé.
La présente invention a pour objet un nouveau procédé
de préparation d'un liant contenant de l'amidon. L'invention
concerne en particulier un nouveau procédé amélioré pour la préparation d'un adhésif à base d'amidon comprenant un seul composant d'amidon de qualité uniforme constitué de granules d'amidon partiellement gonflés. Les adhésifs d'amidon préparés conformément
à ce procédé sont particulièrement bien appropriés pour être uti-lisés dans la fabrication d'un type de carton commercialement important, notamment le carton ondulé.
Actuellement, on fabrique le carton ondulé en continu en employant, pour l'étape de collage, un adhésif à base d'amidon qui est gélatinisé et durci par la chaleur. Il est également très courant d'utiliser un adhésif à base d'amidon constitué de deux composants d'amidon dont un, à savoir le composant support, est de l'amidon gélatinisé faisant office de milieu "supportant" le deuxième composant, à savoir l'amidon non gélatinisé, c'est-àdire un milieu stabilisant la suspension d'amidon. Dans l'industrie du carton, on -prépare habituellement les deux composants dans des récipients séparés, puis on les mélange. On prépare habituellement le composant support en chauffant l'amidon mélangé avec l'eau en présence d'une base à une température supérieure à la température de gélification de l'amidon jusqu'à ce que ce dernier soit complètement gélatinisé.
On prépare le composant d'amidon dans un récipient séparé simplement en mélangeant l'amidon non gélatinisé avec l'eau conjointement avec une faible quantité de borax. On obtient l'adhésif final en mélangeant les deux composants. L'aptitude au collage est basée sur la gélatinisation brusque du composant d'amidon non gélatinisé lorsqu'on chauffe
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élevée et habituellement sous pression.
En variante de l'adhésif décrit ci-dessus, on a récemment utilisé un adhésif d'amidon constitué d'un seul composant d'amidon partiellement gonflé. Dans ce procédé qui a été décrit dans plusieurs publications, par exemple, dans le brevet des
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1.079.387 et 1.302.942, le brevet allemand 1.567.363 et le brevet finlandais 43.973, on fait gonfler chimiquement l'amidon au moyen d'une base à une température inférieure à la température de gélification jusqu'à ce qu'on atteigne une viscosité prédéterminée;
ensuite,, on arrête le gonflement de l'amidon en neutralisant une partie de la base avec un agent acide et/ou en abaissant suffisamment la température, par exemple, par addition d'eau froide ou de glace.
Dans la pratique, il a été démontré que, bien que le procédé précité "sans support" offre certains avantages comparativement au procédé à deux composants, son utilisation n'est pas particulièrement simple et la qualité des adhésifs varie. Il convient de suivre scrupuleusement les instructions relatives à la préparation si l'on veut obtenir un adhésif satisfaisant. La réaction-de préparation-comporte au' moins six variables indépendantes, à savoir la quantité d'amidon, la quantité d'eau, la quantité de la base, la quantité d'agent d'arrêt, la température et la durée réactionnelle. Plus les variables indépendantes influencent la réaction, plus il est difficile de contrôler cette dernière, cette caractéristique étant évidente si l'on prend en considération les difficultés décrites ci-après que l'on a rencontrées dans la pratique.
Les quantités requises de la base et de l'agent d'arrêt sont faibles comparativement aux quantités d'amidon et d'eau et, dès lors, même de faibles imprécisions dans leur dosage modifient les -caractéristiques de l'adhésif ou donnent lieu à des changements dans les valeurs des autres variables indépendantes, en particulier, en ce qui concerne les températures et les durées réactionnelles. Ces dernières doivent être exactes, sinon les granules d'amidon gonflent trop peu, auquel cas la viscosité de l'adhésif reste faible et l'étape finale de collage est retardée; de même, les granules d'amidon peuvent gonfler trop fortement, auquel cas la viscosité de l'adhésif devient trop élevée, le transfert de l'adhésif dans la machine de collage devient plus difficile et la liaison adhésive devient inégale.
Le mode d'addition de la base est critique, tandis qu'un mélange inégal de la base dans la bouillie d'amidon provoque localement une gélatinisation et un gonflement excessifs des granules d'amidon, tandis que de minuscules gels d'amidon se forment dans l'adhésif, entraînant ainsi une qualité inégale dans ce dernier. Les caractéristiques précitées ont démontré que la fabrication d'un adhésif de qualité uniforme n'était possible qu'à l'intervention de moyens automatiques suivant habituellement la viscosité de l'adhésif (voir TAPPI, volume 50, n[deg.] 8, 57 A - 60 A, 1967). Toutefois, l'emploi de moyens automatiques est une^solution très coûteuse .et- compliquée.
La présente invention a pour objet un nouveau procédé amélioré pour la préparation d'un adhésif à base d'amidon comprenant un seul composant d'amidon d'une qualité uniforme, cet adhésif étant par ailleurs constitué de granules d'amidon gonflés. Le procédé simple et rapide de l'invention a pour but de fournir :
- un adhésif d'amidon dans lequel l'amidon non gélatinisé se présentant sous forme d'une bouillie aqueuse est traité uniquement par la chaleur afin de faire gonfler les granules d'amidon jusqu'à une viscosité appropriée sans provoquer la <EMI ID=4.1>
- un adhésif d'amidon simple, de qualité uniforme et homogène, cet adhésif étant constitué d'un seul composant d'amidon;
- un adhésif d'amidon d'une viscosité extrêmement stable même lorsqu'il est conservé pendant des périodes prolongées, cet adhésif donnant lieu à une gélatinisation et à une liaison rapides et complètes après un chauffage relativement bref des liaisons adhésives;
= un adhésif d'amidon pouvant être prépayé en discontinu ou en
continu dans un appareil simple; et
- un adhésif d'amidon pouvant également être aisément séché et distribué aux consommateurs sous forme d'une poudre prête à l'emploi.
Dans le procédé suivant l'invention, il est superflu d'utiliser des agents alcalins lors du gonflement de l'amidon. C'est ainsi que, dans le procédé de préparation suivant l'invention, il n'existe que quatre variables réactionnelles : la quantité d'amidon, la quantité d'eau, la température et la durée réactionnelle. Suivant ce procédé, on élimine les deux variables dont le contrôle est le plus difficile, à savoir la quantité de la base et la quantité de l'agent d'arrêt, ce qui simplifie considérablement la préparation de l'adhésif d'amidon, tout en assurant simultanément la formation d'un adhésif d'une qualité continuellement uniforme.
Il est à noter que l'on peut éventuellement éliminer, en outre, une des variables réactionnelles, à savoir la durée de la réaction. A cet effet, on introduit, dans la bouillie aqueuse d'amidon, une quantité soigneusement réglée de chaleur et on laisse se dérouler la réaction jusqu'à un état d'équilibre visà-vis du milieu ambiant et du degré de gonflement, ce qui constitue une sensible différence par rapport aux procédés antérieurs connus de fabrication d'adhésifs à un composé, procédés suivant
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moyen d'une base. Dans les procédés antérieurs connus, le mélange réactionnel contient toujours un excès d'une base et, par conséquent, la réaction ne peut, par elle-même, atteindre un état d'équilibre, mais elle continue à se dérouler à moins qu'elle ne soit arrêtée séparément.
En outre, le procédé de préparation suivant l'invention est caractérisé en ce que l'adhésif d'amidon gonflé, dont on a provoqué le gonflement uniquement par la chaleur, peut être séché davantage et distribué à l'utilisateur sous formé d'une poudre. Cette variante est particulièrement appropriée pour les utilisateurs dont la consommation annuelle d'adhésif est relativement faible. L'utilisateur de l'adhésif doit simplement mélanger une quantité-appropriée d'amidon déjà gonflé dans l'eau et éventuellement ajouter, en outre, des additifs connus en soi dont le but est d'abaisser la température de gélification de l'adhésif, tout en améliorant le pouvoir de liaison de l'adhésif ou la résistance de la liaison adhésive à l'humidité.
Antérieurement à la présente invention, il a été extrêmement difficile de fabriquer une telle poudre adhésive prête à l'emploi constituée d'un seul
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nus, on utilisait des agents basiques pour le gonflement de l'amidon, ces agents basiques rendant le séchage de l'amidon gonflé plus difficile, tout en provoquant aisément une gélatinisation de l'amidon à la température de séchage utilisée.
La présente invention concerne un procédé de préparation d'un nouvel adhésif d'amidon amélioré comprenant un seul composant contenant de l'amidon gonflé et d'une qualité uniforme. Ce procédé comporte les caractéristiques suivantes :
1) On prépare une bouillie aqueuse contenant 35 à 45%
en poids d'amidon non modifié et non gélatinisé ou d'amidon modifié- 'et. -non --gélatin-isé,
2) on chauffe la bouillie d'amidon ainsi préparée à une température ne dépassant pas 65[deg.]C et en tout cas inférieure à la température de gélification de l'amidon utilisé jusqu'à ce que la viscosité de la bouillie d'amidon ait atteint une valeur de 500 à
1000 centipoises, cette valeur étant déterminée en utilisant un viscosimètre dé Brookfield à broche n[deg.] 2 et fonctionnant à une vitesse de 100 tours/minute,
3) on interrompt le chauffage et on dilue la bouillie des granules d'amidon gonflés avec de l'eau en utilisant 1 à 3 parties en poids d'eau par partie en poids de la bouillie d'amidon, 4) dans l'adhésif ainsi obtenu sous une forme prête à l'emploi, on ajoute, au besoin, des additifs connus en soi tels que le borax, c'est-à-dire le tétraborate de sodium, l'hydroxyde
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Suivant l'invention, on met l'amidon en suspension dans l'eau tout en agitant continuellement dans un récipient approprié, de sorte que la quantité d'amidon varie entre 35 et 45% en poids. La bouillie est prête lorsque l'amidon a été mis uniformément en suspension dans l'eau sans formation d'agglomérats.
On amorce le gonflement de l'amidon en élevant lentement la température de la bouillie, par exemple, par injection directe de vapeur d'eau. On élève la température de la bouillie tout en agitant continuellement cette dernière jusqu'à ce que sa viscosité atteigne une valeur maximale de 1000 centipoises, déterminée avec un viscosimètre de Brookfield à broche n[deg.] 2 et fonctionnant
à une vitesse de 100 tours/minute. Cette caractéristique est atteinte suivant la qualité de l'amidon et sa concentration lorsque la température de la bouillie a atteint une valeur de 48 à
65[deg.]C. Il est habituellement favorable d'arrêter le chauffage lorsque la viscosité a atteint une valeur de 500 centipoises, ainsi qu'on l'a déterminé ci-dessus. La durée totale du chauffage est relativement courte; elle est avantageusement comprise entre environ 15 et 30 minutes.
Bien qu'il soit avantageux de laisser s'élever uniformément la viscosité au cours d'une courte période prédéterminée, puisqu'aussi.bien.on peut alors déterminer aisément le moment auquel il faut interrompre le chauffage, on peut également, tout en agitant continuellement, chauffer rapidement la bouillie d'amidon à une température supérieure de quelques degrés à la tempéra-
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ment commence à prédominer. Ensuite, on interrompt le chauffage et on laisse refroidir lentement la bouillie tout en contrôlant <EMI ID=9.1>
de quelques degrés.
Lorsqu'on a atteint la viscosité désirée, on interrompt le chauffage et on dilue la bouillie d'amidon gonflé à la concentration d'application avec de l'eau froide que l'on peut utiliser en une quantité de 1 à 3 parties en poids par partie en poids de
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25% en poids d'amidon gonflé. A l'adhésif d'amidon final ainsi obtenu, on peut, au besoin, ajouter des additifs connus tels que
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se de formation de la liaison adhésive, de l'hydroxyde de sodium qui abaisse la température de gélification de l'adhésif d'amidon,
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mente la résistance de la liaison adhésive à l'humidité, du formalaéhyde ou des agents analogues en vue d'empêcher une dégradation microbiologique de l'adhésif dans le cas d'une longue conservation de ce dernier, etc.
En règle générale, dans le procédé suivant l'invention, on peut utiliser n'importe quel amidon commercial. Comme amidons de ce type, il y a, par exemple, l'amidon de mais, l'amidon de froment, la fécule de pomme de terre et l'amidon modifié, par exemple, l'amidon modifié par un acide, l'amidon oxydé, de même que les esters et les éthers d'amidon.
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contenant 35 à 45% en poids d'amidon, dans un tube de mélange
fixe muni d'un élément chauffant électrique ou à la vapeur d'eau.
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tation sont choisis de telle sorte que la viscosité de la bouillie quittant le tube et contenant de l'amidon gonflé se situe entre 500 et 1000 centipoises, cette viscosité étant déterminée de la manière décrite ci-dessus. On peut ensuite diluer cette bouillie à une concentration d'application appropriée, soit en discontinu en la chargeant dans un récipient contenant l'eau de
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xième tube de mélange fixe dans lequel elle est mélangée avec l'eau.
Lorsqu'on désire préparer un adhésif sous forme d'une poudre contenant de l'amidon gonflé, on peut effectuer cette préparation en chargeant, immédiatement après le gonflement ..et sous forme diluée, dans un sécheur approprié, la.bouillie d'amidon
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de la manière décrite ci-dessus. On a constaté que le sécheur le mieux approprié était un sécheur annulaire pneumatique dans le- quel on utilise de l'air chaud pour le séchage.
L'invention sera illustrée d'une manière plus détaillée dans les exemples suivants.
Exemple 1
Dans un récipient en acier de 100 litres muni d'un agitateur efficace, on introduit 18 kg d'eau à une température
de 22[deg.]C. Ensuite, tout en agitant, on ajoute 10 kg d'amidon de froment non gélatinisé. On agite l'amidon jusqu'à ce qu'on obtienne une bouillie homogène, puis on amorce le chauffage de la
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135[deg.]C dans le fond du récipient, tout en agitant vigoureusement et continuellement la bouillie. Lorsque la température atteint une valeur de 55[deg.]C, la viscosité de la bouillie est de 520 centi- poises, cette viscosité étant mesurée avec un viscomètre de Brookfield à broche n[deg.] 2 et fonctionnant à une vitesse de 100 tours/minute. On interrompt le chauffage et, tout en agitant, on
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Au mélange d'adhésif, tout en agitant, on ajoute encore
150 g de tétraborate de sodium et 120 g d'hydrate de sodium, tous deux dissous dans 1 kg d'eau. Au moyen d'une cuvette classique de Stein-Hall habituellement employée dans 1' industrie du carton
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obtenu avec un viscographe de Brabender, on détermine que la température de gélification de l'adhésif est de 60[deg.]C. Après avoir agité'pendant deux heures, la viscosité du mélange d'adhésif est
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après 24 heures. La teneur en substances sèches de l'adhésif est de 17,5%.
Exemple-,
Dans un récipient en acier de 100 litres muni d'un agitateur efficace, on charge 27 kg d'eau que l'on chauffe à 59[deg.]C par injection directe de vapeur d'eau, tout en agitant. Ensuite, tout en agitant, on ajoute 16 kg d'amidon de froment non gélatinisé. On poursuit l'agitation pendant 300 secondes supplémentaires afin de faire gonfler l'amidon qui forme une pâte d'un aspect analogue à celui de la crème fouettée et qui a ;,;,ne viscosité de
640 centipoises, déterminée avec un viscosimètre de Brockfield comme décrit à l'exemple 1. Ensuite, tout en agitant, on introduit 56 kg d'eau à une température de 20[deg.]C dans le récipient.
De même, on ajoute 150 g d'hydroxyde de sodium et 250 g de borax dissous dans de petites quantités d'eau. Ensuite, on poursuit l'agitation pendant 25 minutes supplémentaires. La viscosité de
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<EMI ID=25.1> de 58[deg.]C (viscographe de Brabender). Après 6 heures, la viscosité de Stein-Hall reste la même.
On conserve le mélange d'adhésif ainsi préparé pendant
24 heures, puis on l'agite pendant dix minutes et l'on constate que la viscosité de Stein-Hall est de 40 secondes à 27[deg.]C.
Avec le mélange d'adhésif ainsi préparé, on encolle du
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nant de la manière suivante : une bande à cannelures d'une largeur de 12 cm et légèrement humidifiée est dirigée vers des rouleaux de formation de cannelures. Sur une face du carton ondulé, on
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au moyen d'un rouleau d'encollage. Immédiatement après, on met" une bande de carton support en contact avec les arêtes encollées des cannelures en employant un rouleau de pressage chauffé de façon à provoquer immédiatement la gélatinisation et la liaison de l'adhésif. On fabrique du carton ondulé simple face dans la machine à des vitesses aifférentes et l'on effectue les observations suivantes en ce qui concerne le comportement de l'adhésif :
l'adhésif ne donne pas lieu à la formation d'éclaboussures ou de mousse. Il est repris correctement par le rouleau d'encollage et il est étalé uniformément sur les sommets des can-
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qu'il se forme ce que l'on appelle des "poches de froid" ou sans que le support se détache des cannelures.
On mesure les forces d'adhérence du carton ondulé simple face au moyen de l'essai d'adhérence à la broche habituellement adopté dans l'industrie du carton ondulé. Dans l'essai comparatif, on emploie un adhésif à deux composants à base d'amidon ordinaire pour le carton ondulé. On obtient les résulats suivants :
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D'après ces résultats, il est évident que le pouvoir adhésif est bon à toutes les vitesses de la machine. L'adhésif pourrait également être appliqué à des vitesses supérieures à celles habituellement adoptées dans les machines industrielles modernes.
Exemple 3
Dans un récipient de 100 litres muni d'un agitateur efficace, on charge 20 litres d'eau à 25[deg.]C et, tout en agitant,
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fiée à l'acide. On chauffe la bouillie d'amidon par injection directe de vapeur d'eau, tout en agitant continuellement. Lorsque la température atteint 59[deg.]C, la viscosité de la bouillie est de
820 centipoises (Brookfield); on interrompt le chauffage et, à
la bouillie d'amidon gonflé, tout en agitant, on ajoute 10 litres' d'eau à 15[deg.]C; après avoir agité pendant 10 minutes, on ajoute une quantité supplémentaire de 20 litres d'eau à 20[deg.]C. Enfin, on ajoute 140 g de borax et 150 g d'hydroxyde de sodium dissous dans 1 litre d'eau et, comme agent de conservation, on ajoute 50 ml
de formaline à 35%. La viscosité de l'adhésif obtenu est de 43 secondes (Stein-Hall) et sa température de gélification est de
60[deg.]C.
Exemple 4
Au moyen d'une pompe, on charge, à une vitesse constante, une bouillie aqueuse d'une concentration de 37,5%, préparée à partir d'amidon de froment non gélatinisé, dans un tube de mélange fixe comportant une enveloppe pour le chauffage direct à la vapeur d'eau. Pour le chauffage, on utilise de la vapeur d'eau à 300 kPa. On charge la bouillie dans le tube à une température
de 20[deg.]C, tandis que la température de la bouillie contenant l'amidon gonflé et sortant du tube est de 58[deg.]C. On règle le débit de
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tube soit de 265 secondes. La longueur du tube de mélange fixe est de 196 cm, tandis que son diamètre est de 2,5 cm. La bouillie qui quitte le tube et qui a l'aspect d'une crème fouettée, est introduite dans un récipient en acier d'une capacité d'environ
100 litres et muni d'un agitateur, ce récipient contenant de l'eau de dilution à une température de 12[deg.]C. On charge de l'amidon jusqu'à ce qu'on obtienne 80 kg d'une bouillie aqueuse contenant 22% en poids d'amidon gonflé. La viscosité Brookfield de
la bouillie quittant le tube de mélange est d'environ 840 centipoises.
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température de 30[deg.]C, avec 250 g de borax dissous dans une petite quantité d'eau, ainsi qu'avec 310 ml d'une solution contenant
50% en poids de soude caustique technique d'une densité de 1,492. Après l'agitation, la viscosité de Stein-Hall du mélange d'adhésif ainsi obtenu est.de 45 secondes à 30[deg.]C, tandis que la température de gélification est de 59[deg.]C.
Exemple 5
Au lieu d'une enveloppe de vapeur d'eau, le tube de mélange fixe décrit à l'exemple 4 comporte une enveloppe à résistance pouvant être chauffée électriquement. A la suite du tube, est raccordé un tube de dérivation amenant de l'eau de dilution, puis on prévoit un deuxième tube de mélange fixe d'une longueur de 105 cm.
De la manière décrite à l'exemple 4, dans le tube de mélange fixe chauffé, on charge une bouillie aqueuse préparée à partir d'amidon de mars non gélatinisé d'une concentration en amidon de 35% en poids. La température de la bouillie d'amidon chargée est de 21[deg.]C, tandis que la température de la masse déchargée est de 60[deg.]C, la viscosité Brookfield de cette dernière
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dérivation, on charge de l'eau à une température de 11[deg.]C et, afin d'assurer un mélange de l'eau de dilution, on amène le courant de la masse dans le deuxième tube de mélange fixe décrit ci-dessus.
L'alimentation d'eau est réglée de telle sorte que la concentration en amidon du courant de la masse quittant le deuxième tube de mélange soit de 17,5% en poids. On recueille 80 kg de cette bouillie aqueuse d'amidon gonflé dans un récipient en acier de
100 litres muni d'un agitateur, après quoi on mélange cette bouillie avec 290 ml. d'une solution contenant 50% en poids de soude caustique technique et 240 g de borax. La viscosité Stein-Hall du mélange, final*.-d'adhésif ainsi préparé est de 46 secondes à
29[deg.]C et sa température de gélification est de 63[deg.]C.
Exemple 6
Conformément à l'exemple 4, on effectue la préparation d'amidon gonflé.de la manière suivante :
Dans un tube de mélange fixe chauffé, on charge, à une vitesse constante, une bouillie aqueuse préparée à partir d'amidon de froment non gélatinisé contenant 37,5% en poids d'amidon. Pour le chauffage, on utilise de la vapeur d'eau à 300 kPa. A
l'extrémité avant du tube, la température de la bouillie est de 20[deg.]C et, à l'extrémité arrière, elle est de 54[deg.]C, tandis qu�après chauffage, sa viscosité Brookfield est de 650 centipoises."
On charge immédiatement la bouillie d'amidon quittant le tube de mélange dans un sécheur annulaire pneumatique dans lequel on utilise de l'air à une température de 120[deg.]C. Pour effectuer la charge dans le sécheur, on utilise une tuyère caractéristique aux sécheurs par pulvérisation mais, pour le reste, le sécheur est un sécheur annulaire classique disponible dans le commerce. De la sorte, on obtient une poudre d'amidon gonflé exempte d'agglomérats et dont on prépare une quantité de 300 kg. Dans 100 kg de cette poudre, au moyen d'un mélangeur classique, on mélange 4,5 kg de paillettes d'hydroxyde de sodium technique et 4,5 kg de borax. Après le mélange, on broie la composition de façon à désintégrer les paillettes.
Ensuite, dans un. mélangeur classique-de poudres, on mélange la charge d'amidon gonflé et des additifs précités (109 kg) avec les 200 autres kilos d'amidon gonflé, pour former un mélange homogène que l'on charge dans des sacs de 50 kg, lesquels sont acheminés vers une installation de fabrication de carton ondulé. Dans cette installation, on prépare l'adhésif final en mettant 150 kg de la poudre d'adhésif... cidessus en suspension dans 600 litres d'eau à 25[deg.]C, tout en agitant vigoureusement. La viscosité Stein-Hall de l'adhésif final est de 48 secondes à 26[deg.]C et sa température de gélification est de 58[deg.]C.
Dans la machine de fabrication du canton, l'adhésif se comporte de la manière suivante :
A sa sortie de la machine, la liaison adhésive est sèche* et plus résistante que le carton à l'essai de résistance à la déchirure. La consommation de l'adhésif est de 4,9 g/m2 de surface. L'adhésif ne donne pas lieu à des éclaboussures, non plus qu'à la formation de mousse. Au moyen de cet adhésif, à partir
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in particular, for gluing corrugated cardboard.
The present invention relates to a new process
for preparing a binder containing starch. The invention
In particular, relates to a new and improved process for the preparation of a starch-based adhesive comprising a single starch component of uniform quality consisting of partially swollen starch granules. Starch adhesives prepared in accordance
to this process are particularly well suited to be uti-ized in the manufacture of a commercially important type of cardboard, in particular corrugated cardboard.
Currently, corrugated board is manufactured continuously using, for the gluing step, a starch-based adhesive which is gelatinized and heat-cured. It is also very common to use a starch-based adhesive consisting of two starch components, one of which, namely the carrier component, is gelatinized starch acting as a medium "supporting" the second component, namely ungelatinized starch, that is to say a medium stabilizing the starch suspension. In the cardboard industry, the two components are usually prepared in separate containers and then mixed. The carrier component is usually prepared by heating the starch mixed with water in the presence of a base at a temperature above the gelation temperature of the starch until the starch is completely gelatinized.
The starch component is prepared in a separate container simply by mixing the ungelatinized starch with water together with a small amount of borax. The final adhesive is obtained by mixing the two components. Stickiness is based on the sudden gelatinization of the ungelatinized starch component upon heating.
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high and usually under pressure.
As an alternative to the adhesive described above, recently a starch adhesive consisting of a single component of partially swollen starch has been used. In this process which has been described in several publications, for example, in the
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1,079,387 and 1,302,942, German patent 1,567,363 and Finnish patent 43,973, the starch is chemically swelled by means of a base at a temperature below the gel temperature until it is reached a predetermined viscosity;
then, the swelling of the starch is stopped by neutralizing part of the base with an acidic agent and / or by sufficiently lowering the temperature, for example, by adding cold water or ice.
In practice, it has been shown that, although the above-mentioned "no-backing" method offers certain advantages over the two-component method, its use is not particularly simple and the quality of the adhesives varies. Preparation instructions should be followed closely if a satisfactory adhesive is to be obtained. The preparative reaction has at least six independent variables, namely the amount of starch, the amount of water, the amount of base, the amount of stopping agent, the temperature and the reaction time. The more the independent variables influence the reaction, the more difficult it is to control the latter, this characteristic being evident if one takes into account the difficulties described below which have been encountered in practice.
The required amounts of base and stopping agent are small compared to the amounts of starch and water, and therefore even small inaccuracies in their dosage alter the characteristics of the adhesive or result in changes in the values of the other independent variables, in particular, with regard to temperatures and reaction times. The latter must be exact, otherwise the starch granules swell too little, in which case the viscosity of the adhesive remains low and the final gluing step is delayed; likewise, the starch granules may swell too strongly, in which case the viscosity of the adhesive becomes too high, the transfer of the adhesive into the sizing machine becomes more difficult, and the adhesive bond becomes uneven.
The mode of addition of the base is critical, while uneven mixing of the base in the starch slurry locally causes excessive gelatinization and swelling of the starch granules, while tiny starch gels are formed. in the adhesive, resulting in uneven quality in the latter. The aforementioned characteristics have shown that the manufacture of an adhesive of uniform quality was only possible by means of automatic means usually depending on the viscosity of the adhesive (see TAPPI, volume 50, n [deg.] 8, 57 A - 60 A, 1967). However, the use of automatic means is a very expensive and complicated solution.
The present invention relates to a new and improved process for the preparation of a starch-based adhesive comprising a single component of starch of uniform quality, this adhesive furthermore consisting of swollen starch granules. The aim of the simple and rapid process of the invention is to provide:
- a starch adhesive in which the ungelatinized starch in the form of an aqueous slurry is treated only by heat in order to swell the starch granules to an appropriate viscosity without causing <EMI ID = 4.1>
- a simple starch adhesive, of uniform and homogeneous quality, this adhesive consisting of a single starch component;
- a starch adhesive of extremely stable viscosity even when stored for extended periods of time, this adhesive giving rise to rapid and complete gelatinization and binding after relatively brief heating of the adhesive bonds;
= a starch adhesive that can be prepaid in batch or in
continuous in a simple device; and
- a starch adhesive which can also be easily dried and distributed to consumers in the form of a ready-to-use powder.
In the process according to the invention, it is unnecessary to use alkaline agents when swelling the starch. Thus, in the preparation process according to the invention, there are only four reaction variables: the amount of starch, the amount of water, the temperature and the reaction time. According to this process, the two variables which are the most difficult to control, namely the amount of the base and the amount of the stopping agent, are eliminated, which considerably simplifies the preparation of the starch adhesive. simultaneously ensuring the formation of an adhesive of continuously uniform quality.
It should be noted that one can optionally eliminate, in addition, one of the reaction variables, namely the duration of the reaction. To this end, a carefully controlled amount of heat is introduced into the aqueous starch slurry and the reaction is allowed to proceed to a state of equilibrium with respect to the ambient medium and the degree of swelling, thereby constitutes a substantial difference from prior known methods of making one-compound adhesives, following methods
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means of a base. In the prior known processes, the reaction mixture always contains an excess of a base and, therefore, the reaction by itself cannot reach a state of equilibrium, but it continues to proceed unless it is is not stopped separately.
Further, the preparation process according to the invention is characterized in that the swollen starch adhesive, which has been caused to swell only by heat, can be further dried and distributed to the user in the form of a powder. This variant is particularly suitable for users whose annual adhesive consumption is relatively low. The user of the adhesive simply has to mix an appropriate amount of starch already swollen in water and optionally add, in addition, additives known per se, the purpose of which is to lower the gelation temperature of the adhesive. , while improving the bonding power of the adhesive or the resistance of the adhesive bond to moisture.
Prior to the present invention, it has been extremely difficult to manufacture such a ready-to-use adhesive powder consisting of a single
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However, basic agents were used for the swelling of the starch, these basic agents making the drying of the swollen starch more difficult, while easily causing gelatinization of the starch at the drying temperature used.
The present invention relates to a process for preparing a novel and improved starch adhesive comprising a single component containing swollen starch and of uniform quality. This process has the following characteristics:
1) An aqueous slurry containing 35 to 45% is prepared
by weight of unmodified and ungelatinized starch or modified starch- 'and. -non-gelatinized,
2) the starch slurry thus prepared is heated to a temperature not exceeding 65 [deg.] C and in any case below the gelation temperature of the starch used until the viscosity of the slurry of starch has reached a value of 500 to
1000 centipoise, this value being determined using a Brookfield viscometer with spindle n [deg.] 2 and operating at a speed of 100 revolutions / minute,
3) the heating is stopped and the slurry of the swollen starch granules is diluted with water using 1 to 3 parts by weight of water per part by weight of the starch slurry, 4) in the adhesive thus obtained in a ready-to-use form, additives known per se such as borax, that is to say sodium tetraborate, hydroxide, are added, if necessary.
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According to the invention, the starch is suspended in water with continuous stirring in a suitable vessel, so that the amount of starch varies between 35 and 45% by weight. The slurry is ready when the starch has been uniformly suspended in water without the formation of agglomerates.
Starch swelling is initiated by slowly raising the temperature of the slurry, for example, by direct injection of steam. The temperature of the slurry is raised while continuously stirring the slurry until its viscosity reaches a maximum value of 1000 centipoise, determined with a Brookfield viscometer with spindle n [deg.] 2 and operating
at a speed of 100 revolutions / minute. This characteristic is achieved depending on the quality of the starch and its concentration when the temperature of the mixture has reached a value of 48 to
65 [deg.] C. It is usually favorable to stop the heating when the viscosity has reached a value of 500 centipoise, as determined above. The total heating time is relatively short; it is advantageously between about 15 and 30 minutes.
Although it is advantageous to allow the viscosity to rise uniformly over a short predetermined period, since also, it is then possible to easily determine when to stop the heating, it is also possible, while stirring continuously heat the starch slurry rapidly to a temperature a few degrees above the temperature
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ment begins to predominate. Then, the heating is interrupted and the mixture is allowed to cool slowly while checking <EMI ID = 9.1>
a few degrees.
When the desired viscosity is reached, the heating is discontinued and the swollen starch slurry is diluted to the application concentration with cold water which can be used in an amount of 1 to 3 parts by weight. per part by weight of
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25% by weight of swollen starch. To the final starch adhesive thus obtained, it is possible, if necessary, to add known additives such as
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formation of the adhesive bond, sodium hydroxide which lowers the gelation temperature of the starch adhesive,
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The resistance of the adhesive bond to moisture, formaldehyde or the like with a view to preventing microbiological degradation of the adhesive in the case of long storage thereof, etc.
As a general rule, in the process according to the invention, any commercial starch can be used. As starches of this type, there are, for example, corn starch, wheat starch, potato starch and modified starch, for example, acid modified starch, oxidized starch, as well as esters and ethers of starch.
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containing 35 to 45% by weight of starch, in a mixing tube
stationary fitted with an electric or steam heating element.
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tation are chosen so that the viscosity of the slurry leaving the tube and containing swollen starch is between 500 and 1000 centipoise, this viscosity being determined as described above. This slurry can then be diluted to an appropriate application concentration, either batchwise by loading it into a container containing the water.
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xth stationary mixing tube in which it is mixed with water.
When it is desired to prepare an adhesive in the form of a powder containing swollen starch, this preparation can be carried out by charging, immediately after swelling ... and in diluted form, into a suitable dryer, the starch slurry.
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in the manner described above. The most suitable dryer has been found to be a pneumatic ring dryer in which hot air is used for drying.
The invention will be illustrated in more detail in the following examples.
Example 1
In a 100-liter steel container fitted with an efficient stirrer, 18 kg of water are introduced at a temperature
from 22 [deg.] C. Then, while stirring, 10 kg of ungelatinized wheat starch are added. The starch is stirred until a homogeneous slurry is obtained, then the heating of the
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135 [deg.] C in the bottom of the container, while vigorously and continuously stirring the mixture. When the temperature reaches a value of 55 [deg.] C, the viscosity of the slurry is 520 centipoise, this viscosity being measured with a Brookfield viscometer with spindle n [deg.] 2 and operating at a speed of 100 revolutions / minute. The heating is interrupted and, while stirring, we
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To the adhesive mixture, while stirring, is added further
150 g of sodium tetraborate and 120 g of sodium hydrate, both dissolved in 1 kg of water. By means of a conventional Stein-Hall cuvette usually employed in the cardboard industry
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obtained with a Brabender viscograph, the gelation temperature of the adhesive was determined to be 60 [deg.] C. After stirring for two hours, the viscosity of the adhesive mixture is
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after 24 hours. The dry substance content of the adhesive is 17.5%.
Example-,
Into a 100-liter steel vessel fitted with an efficient stirrer, 27 kg of water are charged, which are heated to 59 [deg.] C by direct injection of water vapor, while stirring. Then, while stirring, 16 kg of ungelatinized wheat starch are added. Stirring is continued for another 300 seconds in order to swell the starch which forms a paste of an appearance similar to that of whipped cream and which has;,;, a viscosity of
640 centipoise, determined with a Brockfield viscometer as described in Example 1. Then, while stirring, 56 kg of water at a temperature of 20 [deg.] C are introduced into the vessel.
Likewise, 150 g of sodium hydroxide and 250 g of borax dissolved in small amounts of water are added. Then stirring is continued for a further 25 minutes. The viscosity of
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<EMI ID = 25.1> of 58 [deg.] C (Brabender viscograph). After 6 hours, the Stein-Hall viscosity remains the same.
The adhesive mixture thus prepared is kept for
24 hours, then stirred for ten minutes and the Stein-Hall viscosity was found to be 40 seconds at 27 [deg.] C.
With the adhesive mixture thus prepared, the
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As follows: a slightly moistened 12 cm wide fluted strip is directed towards the flute forming rollers. On one side of the corrugated cardboard, we
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by means of a glue roller. Immediately thereafter, a strip of backing board is brought into contact with the glued edges of the flutes using a heated pressure roller so as to immediately gelatinize and bond the adhesive. Single-sided corrugated board is made in the flute. machine at different speeds and the following observations are made with regard to the behavior of the adhesive:
the adhesive does not give rise to splashing or foaming. It is picked up correctly by the glue roller and it is spread evenly over the tops of the tubes.
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whether what is called "cold pockets" are formed or without the support coming off the grooves.
The bond strengths of single-sided corrugated board are measured by means of the pin adhesion test commonly adopted in the corrugated board industry. In the comparative test, a two-component adhesive based on ordinary starch was used for corrugated board. The following results are obtained:
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From these results it is evident that the adhesive power is good at all machine speeds. The adhesive could also be applied at higher speeds than those usually adopted in modern industrial machinery.
Example 3
20 liters of water at 25 [deg.] C are charged into a 100 liter container fitted with an efficient stirrer and, while stirring,
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acid-dependent. The starch slurry is heated by direct injection of steam, while continuously stirring. When the temperature reaches 59 [deg.] C, the viscosity of the slurry is
820 centipoise (Brookfield); the heating is interrupted and,
to the swollen starch slurry, while stirring, 10 liters of water are added at 15 [deg.] C; after stirring for 10 minutes, an additional 20 liters of water at 20 [deg.] C is added. Finally, 140 g of borax and 150 g of sodium hydroxide dissolved in 1 liter of water are added and, as a preservative, 50 ml are added.
35% formalin. The viscosity of the adhesive obtained is 43 seconds (Stein-Hall) and its gelation temperature is
60 [deg.] C.
Example 4
By means of a pump, an aqueous slurry with a concentration of 37.5%, prepared from ungelatinized wheat starch, is charged at a constant speed into a stationary mixing tube having a casing for the mixture. direct heating with steam. For heating, water vapor at 300 kPa is used. The slurry is loaded into the tube at a temperature
of 20 [deg.] C, while the temperature of the slurry containing the swollen starch coming out of the tube is 58 [deg.] C. We adjust the flow of
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tube is 265 seconds. The length of the fixed mixing tube is 196cm, while its diameter is 2.5cm. The porridge which leaves the tube and which has the appearance of whipped cream, is introduced into a steel container with a capacity of about
100 liters and equipped with a stirrer, this container containing dilution water at a temperature of 12 [deg.] C. Starch is charged until 80 kg of an aqueous slurry containing 22% by weight of swollen starch is obtained. The Brookfield viscosity of
the slurry leaving the mixing tube is about 840 centipoise.
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temperature of 30 [deg.] C, with 250 g of borax dissolved in a small quantity of water, as well as with 310 ml of a solution containing
50% by weight of technical caustic soda with a density of 1.492. After stirring, the Stein-Hall viscosity of the adhesive mixture thus obtained was 45 seconds at 30 [deg.] C, while the gel temperature was 59 [deg.] C.
Example 5
Instead of a water vapor jacket, the stationary mixing tube described in Example 4 has a resistance jacket which can be electrically heated. Following the tube, is connected a bypass tube supplying dilution water, then a second fixed mixing tube 105 cm long is provided.
As described in Example 4, into the heated stationary mixing tube is charged an aqueous slurry prepared from ungelatinized mars starch with a starch concentration of 35% by weight. The temperature of the loaded starch slurry is 21 [deg.] C, while the temperature of the discharged mass is 60 [deg.] C, the Brookfield viscosity of the latter
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bypass, water is charged at a temperature of 11 [deg.] C and, in order to ensure mixing of the dilution water, the flow of the mass is brought into the second stationary mixing tube described above. above.
The water supply is adjusted such that the starch concentration of the bulk stream leaving the second mixing tube is 17.5% by weight. 80 kg of this aqueous slurry of swollen starch are collected in a steel container of
100 liters provided with a stirrer, after which this slurry is mixed with 290 ml. of a solution containing 50% by weight of technical caustic soda and 240 g of borax. The Stein-Hall viscosity of the final mixture of adhesive thus prepared is 46 seconds at
29 [deg.] C and its gel temperature is 63 [deg.] C.
Example 6
In accordance with Example 4, the preparation of swollen starch is carried out as follows:
An aqueous slurry prepared from ungelatinized wheat starch containing 37.5% by weight of starch is charged to a heated stationary mixing tube at a constant speed. For heating, water vapor at 300 kPa is used. AT
the front end of the tube, the temperature of the slurry is 20 [deg.] C and at the rear end it is 54 [deg.] C, while after heating its Brookfield viscosity is of 650 centipoise. "
The starch slurry leaving the mixing tube is immediately charged to a pneumatic ring dryer in which air at a temperature of 120 [deg.] C is used. To load into the dryer, a nozzle typical of spray dryers is used, but otherwise the dryer is a conventional ring dryer available commercially. In this way, a swollen starch powder free from agglomerates is obtained, from which an amount of 300 kg is prepared. In 100 kg of this powder, using a conventional mixer, 4.5 kg of technical sodium hydroxide flakes and 4.5 kg of borax are mixed. After mixing, the composition is ground so as to disintegrate the flakes.
Then in a. conventional powder mixer, mixing the load of swollen starch and the aforementioned additives (109 kg) with the other 200 kg of swollen starch, to form a homogeneous mixture which is loaded into 50 kg bags, which are transported to a corrugated cardboard manufacturing facility. In this installation, the final adhesive is prepared by suspending 150 kg of the adhesive powder ... above in 600 liters of water at 25 [deg.] C, while stirring vigorously. The Stein-Hall viscosity of the final adhesive is 48 seconds at 26 [deg.] C and its gel temperature is 58 [deg.] C.
In the canton's manufacturing machine, the adhesive behaves as follows:
When it comes out of the machine, the adhesive bond is dry * and stronger than cardboard in the tear resistance test. The consumption of the adhesive is 4.9 g / m2 of surface. The adhesive does not cause splashing or foaming. By means of this adhesive, from