DE4401529A1

DE4401529A1 - Stärkeleim mit vermindertem Wassergehalt

Info

Publication number: DE4401529A1
Application number: DE19944401529
Authority: DE
Inventors: Guenter E Prof Dr Jeromin; Bettina Kruse; Herbert Breuer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-01-20
Filing date: 1994-01-20
Publication date: 1995-07-27

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung und Zusammensetzung eines Stärkeleimes mit vermindertem Wassergehalt bzw. erhöhtem Feststoffgehalt, wobei die Viskosität des Leimes gegenüber normalem Leim gleichbleibt. Der Leim ist geeignet die Ökobilanz für die Herstellung von Wellpappe zu verbessern.

Unter einem Leim versteht man nach DIN 16 920 eine wäßrige Lösung eines Klebstoffs, wobei ein Klebstoff ein nichtmetallischer Werkstoff ist, der Körper durch Flächenhaftung (Adhäsion) und innere Festigkeit (Kohäsion) miteinander verbindet.

In der Papierindustrie insbesondere bei der Wellpappeherstellung haben Leime aus Stärken (Weizen-, Kartoffel-, Maisstärken) eine besondere Bedeutung. Ein Grund ist, daß die Stärkeleime aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen, daß sie untoxisch, umweltfreundlich, voll biologisch abbaubar sind, und was ebenfalls wichtig ist, den Prozeß beim Recycling von Altpapier nicht stören.

Denn bei der Verarbeitung von beispielsweise Wellpappe werden bis zu 75% des Papiers aus Altpapier hergestellt.

Den genannten Vorteilen steht allerdings der Nachteil entgegen, daß Wasser als Lösungsmittel verwendet wird. Wasser wird zunehmend zu einem knappen und damit kostbaren Gut. Ein weiterer Nachteil von Wasser als Lösungsmittel ist, daß bei dessen Verdampfung ein hoher Energieaufwand nötig ist. Da ein großer Teil des bei der Herstellung des Stärkeleimes benötigten Wassers wieder während des Klebevorganges verdampft werden muß, stellt auch dieser Energiebedarf einen nicht unerheblichen Kostenfaktor dar. Man kann diese Probleme nicht einfach dadurch umgehen, daß man den Wasseranteil im Stärkeleim vermindert, um dann bei entsprechend geringerer Auftragsmenge weniger Wasseranteil im Leim zu haben. Bei zu geringem Wasseranteil wird nämlich die Viskosität des Leimes so hoch, daß er sich bei der Wellpappeherstellung nicht mehr auftragen läßt. So ist es im hohen Maße die Viskosität, die über den minimalsten Wasseranteil im Stärkeleim entscheidet.

Da die erwähnten Vorteile des Stärkeleimes, wie er beispielsweise für die Wellpappeherstellung verwendet wird, ein starkes Argument für die Beibehaltung dieses Klebstoffs sprechen, war es die Aufgabe des im folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens, die Nachteile, die aus dem zu hohen Wasseranteil des Leimes (hoher Wasserverbrauch, hoher Energieverbrauch) ergeben zu vermeiden oder wenigstens zu verringern, ohne die geforderte Viskosität (40 bis 60 Sekunden für die Wellpappeherstellung) des Leimes wesentlich zu beeinträchtigen. Dies ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelungen. Die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Stärkeleimes erlaubt es, bei etwa gleichleibender Viskosität, den relativen Wasseranteil um über 25% zu senken, was eine erhebliche Verbesserung gegenüber der bisher üblichen Zusammensetzung bedeutet.

Versetzt man einen nach üblicher Vorschrift hergestellten Standard- Stärkeleim mit geringen Mengen eines Tensids, so stellt man fest, daß der Leim nach kurzem Rühren so viskos wird, daß sich eine Art dicker Pudding bildet. Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß man einen genau gegenteiligen Effekt, nämlich eine Verringerung der Viskosität des Stärkeleims erhält, wenn man den tensidhaltigen Stärkeleim derart herstellen, daß man das Stärkepulver oder die Stärkepulvermischung in eine wäßrige Lösung des Tensids einrührt. Diese Herstellung ist bevorzugt. Man kann aber auch das Tensid gleichzeitig mit dem Stärkepulver oder kurz nach dem Einrühren des Stärkepulvers das Tensid zugeben, bevor die Stärke ausgequollen ist. Daß sich die Viskosität bei lediglich andersartiger Zugabe des Tensids zu der Stärke so wesentlich und zwar gegensätzlich unterscheidet war auch für den Fachmann nicht vorhersehbar und somit überraschend. Hinzukommt, daß das Tensid an sich die Viskosität seiner wäßrigen Lösung nicht verändert, wie Vergleichsmessungen gegenüber reinem Wasser zeigten.

Als Tenside kommen insbesondere ionische Tenside wie anionische und kationische Tenside in Frage.

Auch einige nichtionische (nonionics) Tenside auf Basis von Alkylpolyglykolethern oder Alkylphenylpolyglykolether zeigen den beschriebenen viskositätserniedrigenden Effekt von Stärkeleimen, wenn auch nicht so stark. Dagegen sind Tenside mit betainartiger Struktur (zwitterionische Tenside) für diesen Zweck als nicht geeignet einzustufen. Als bevorzugte Tenside sind die anionischen Alkylsulfate, Alkylsulfonate Alkylarylsulfonate und Fettalkoholethersulfate sowie die kationischen quatären Alkyl- bzw. Alkylaiylammoniumsalze zu nennen.

In den folgenden genannten Beispielen wurde als anionisches Tensid beispielhaft das vielfach gebräuchliche und toxikologisch unbedenkliche Natriumlaurylsultat (Dodecylsulfat, SDS) eingesetzt. Als Kationentensid das Dodecylethyldimethylammoniumbromid.

Tabelle 1 zeigt den Einfluß wechselnder Mengen Tensid (SDS) auf die Viskosität einer Standardmischung aus 150 g Stärke und 450 g Wasser. Bei der Stärke handelte es sich um eine für die Wellpappeherstellung verwendete Fertigmischung auf Basis Kartoffelstärke und einer kaltquellenden Stärke mit Konservierungs-, Antistaubmittel und allen anderen notwendigen Zusätzen wie beispielsweise Borax und Natronlauge. Es kann sich aber auch um eine andere Stärkemischung handeln. Der tensidhaltige Leim mit geringerer Viskosität wurde derart hergestellt, daß die Stärkemischung als Pulver in die wäßrige Lösung des Tensids eingerührt wurde. Weitere Bedingungen: Raumtemperatur (21°C), zwei-Liter-Becherglas, Rührmotor mit vierflügeligem Metallrührer, Drehzahl: 533 Upm.

Tabelle 1

Viskosität des Leimes in Sekunden

Wie ersichtlich zeigen bereits wenige Gew.% Tensid deutliche Viskositätserniedrigungen. Die anfänglichen Viskositätserhöhungen ab 0.9% SDS sind anfängliche geringfügige Schaumentwicklung zurückzuführen.

Vergleichsbeispiel 1

Zugabe des Tensids (0.2%) zu dem fertigen Normalleim

Vergleichsbeispiel 2

Die Viskosität von Wasser

Anmerkungen zur Viskosität

Es ist allgemein üblich, die Viskosität von Wellpappenklebstoff mit einem sogenannten Steinhall-Becher zu messen. Dieses ist ein einfacher Metallbecher von 150 mm Länge und 50 mm lichter Weite, der am Boden mit einer 2,4 mm weiten Düse aus V2A-Stahl versehen ist. Dieses Viskosimeter ist auf eine Auslaufzeit von 15 s für 100 ml Wasser bei 20°C geeicht.

Die folgenden Tabellen 2-5 zeigen das Verhalten der Viskositäten bei stufenweiser Verminderung des Wassergehaltes des Stärkeleimes. Dabei bedeuten beispielsweise 10 Gew.% Wasserreduktion 10 Gew.% weniger Wasser bezogen auf Wasser im Normalleim (beispielsweise statt 450 g Wasser wie im Normalleim 405 g Wasser); die Stärkepulvermenge bleibt wie im Standard-Normalleim gleich (150 g). Das Stärkepulver wurde jeweils in die wäßrige Lösung des Tensids eingerührt.

Tabelle 2

Reduktion des Wassergehaltes um 10 Gew.%

Bereits mit 0.2 g% Tensid wurde bei einem um 10% vermindertem Wasseranteil, eine für die Anwendung akzeptable Viskosität erreicht.

Tabelle 3

Reaktion des Wassergehaltes um 15%

Mit 0.3% Tensid wurde bei einem um 15% verminderten Wasseranteil eine ausreichende Viskosität erzielt.

Tabelle 4

Reduktion des Wassergehaltes um 20 Gew.%

Sogar bei einer Verminderung des Wasseranteils um 20 Gew.%, läßt sich bei Zugabe von 1.0% SDS ein für die Wellpappeherstellung geeigneter Stärkeklebstoff herstellen.

Beachtenswert ist die sehr hohe Viskosität ohne Tensidzusatz.

Tabelle 5

Reduktion des Wassergehaltes um 25 Gew.%

25 Gew.% Wasser könnten in einigen Fällen noch zu einem anwendungsfähigen Stärkekleber führen.

Tabelle 6

Reduktion des Wassergehaltes um 30 Gew.% und 40 Gew.%

Reduktionen des Wassergehaltes ab 30 Gew.% führen zu nicht akzeptablen Werten.

Vergleichsbeispiele mit anderen Tensiden Beispiel 1 Versuche mit einem kationischen Tensid Tensid: Dodecylethyldimethylammoniumbromid

Viskosität bei Normalleim mit 0.2% Tensid sofort = 25 Sekunden
Viskosität bei 15 Gew. % Wasserreduktion mit 0.3% Tensid = 45 Sekunden (sofort)

Verglichen mit SDS lassen sich mit dem kationischen Tensid noch stärkere Wassereduktionen erreichen.

Beispiel 2 Versuche mit zwitterionischem Tensid Tensid: N-Dodecyl-N,N′-dimethyl-3- ammoniumpropansulfonsäure

Viskosität von Normalleim mit 0.2% Tensid = 35 Sekunden (sofort) und nach einem Tag 45 Sekunden
Viskosität bei 15 Gew.% weniger Wasser mit 0.3% Tensid = 112 Sekunden (sofort) und 204 Sekunden nach einem Tag.

Beispiele 3 Versuche mit nichtionischen Tensiden 3.1. Tensid: Triton X-100 (ein Polyether)

Viskosität von Normalleim mit 0.2% Tensid = 26 Sekunden (sofort) und 29 Sekunden nach einem Tag.

3.2. Tensid: Glucopon 225 CS UP (Produkt der Fa. Henkel) (ein Alkylpolyglycosid)

Viskosität von Normalleim mit 0.2% Tensid = 34 Sekunden (sofort) und von Leim mit 15% weniger Wasser und 0.3% Tensid 130 Se kunden sofort.

Beispiel 4 Versuche mit einer Tensidmischung Tensid: Texapon GL 20 UP (Fa. Henkel) (eine Mischung aus einem Fettalkoholethersulfat und einem Alkylpolyglycosid)

Viskosität von Normalleim mit 0.2% Tensid = 27 Sekunden (sofort) und 48 Sekunden nach einem Tag.
Viskosität bei einem Leim mit 15% weniger Wassergehalt = 68 Sekunden sofort und 190 Sekunden nach einem Tag.

Claims

1. Herstellung und Zusammensetzung eines Stärkeleimes für die Papierindustrie, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität des Stärkeleimes welcher ohne Zusatz eine bestimmte Viskosität besitzen würde, durch Zusatz eines Tensids vermindert wird.

2. Herstellung und Zusammensetzung eines in der Viskosität verminderten Stärkeleimes gemäß Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Stärke in eine wäßrige Lösung eines Tensids eingerührt wird.

3. Herstellung eines in der Viskosität verminderten Stärkeleimes gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tensid zusammen mit der Stärke in Wasser eingerührt wird.

4. Herstellung eines in der Viskosität verminderten Stärkeleimes gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tensid kurz nach dem Einrühren der Stärke, noch vor deren Quellung hinzugegeben wird.

5. Herstellung der Zusammensetzung eines Stärkeleimes gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tensid ein anionisches Tensid ist.

6. Herstellung und Zusammensetzung eines Stärkeleimes gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Tensid ein kationisches Tensid ist.

7. Herstellung und Zusammensetzung eines Stärkeleimes gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um ein nichtionisches Tensid handelt.

8. Herstellung und Zusammensetzung eines Stärkeleimes gemäß den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tensid ein anionisches oder kationisches Tensid darstellt.

9. Herstellung und Zusammensetzung eines Stärkeleimes gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Tensid um eine Mischung aus einem anionischen und einem kationischen Tensid handelt.

10. Herstellung Zusammensetzung eines Stärkeleimes gemäß den Ansprüchen 1, daß als Tensid Kombinationen von Mischungen aus anionischen, kationischen und nichtionischen Tensiden eingesetzt werden.

11. Herstellung und Zusammensetzung eines Stärkeleimes gemäß den Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt gegenüber tensidfreiem Stärkeleim vermindert ist, aber die Viskosität gegenüber tensidfreiem Leim trotzdem nicht wesentlich verändert ist.

12. Stärkeleim mit verringertem Wassergehalt für die Wellpappeher stellung.

13. Stärkeleim mit verringertem Wassergehalt für die Papierindustrie.