Verpackung EndUser Stärke- und Dextrin-basierte Klebstoffe
Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Rohstoffe, die in Stärke und Dextrin Klebstoffe gehen, die Methoden des Klebstoff herzustellen, und die Additive, die in Formulierungen zur Verbesserung der spezifischen Eigenschaften häufig verwendet werden.
Stärke- und Dextrin-basierten Klebstoffe spielen eine große Rolle in der industriellen Produktion, vor allem die Verpackungsindustrie. Stärke und Dextrin werden zum Verkleben von Papierprodukten in erster Linie verwendet. Die meisten Kartons Wellpappe zur Herstellung von mit Klebstoffen auf Stärkebasis gebunden ist, und andere poröse Substrate können leicht mit diesen vielseitigen Klebstoffen verbunden werden.
Stärke- und Dextrin-Klebstoffe sind leicht verfügbar, kostengünstig und einfach aus Wasser-Dispersion anzuwenden. Sie gelten als die am wenigsten teure Klasse von Papier-Verpackung Klebstoff sein. Formulierte Stärke und Dextrin Klebstoffe können heiß oder kalt aufgetragen werden. Diese Klebstoffe werden in der Regel als Pulver zugeführt und mit Wasser vermischt vor dem Gebrauch eine relativ dicke Paste zu bilden. Stärke und Dextrin Heilung durch den Verlust von Feuchtigkeit. Da diese Klebstoffe zu einem duroplastischen Struktur heilen, haben sie eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die sehr langsame Härtungsgeschwindigkeit, ausreichend Montagezeit ermöglicht. Nachteile sind eine schlechte Feuchtigkeitsbeständigkeit und Schimmelwachstum.
In diesem Artikel wird die Rohstoffe überprüfen, die in Stärke und Dextrin Klebstoffe gehen, die Methoden der Klebstoffherstellung und die Additive, die in Formulierungen zur Verbesserung der spezifischen Eigenschaften häufig verwendet werden. Schließlich werden die gängigen Anwendungen und Formulierungen von Stärke- und Dextrin-Klebstoffe auf der Basis überprüft werden.
Rohes Material
Sowohl Stärke und Dextrin (Dextrin ist Stärke, die weiterverarbeitet wird) sind Kohlenhydratpolymere betrachtet, und sie kommen im Grunde die gleichen Quellen. Stärke ist ein natürliches Polymer (ein Polysaccharid), abgeleitet von den Samen, Wurzeln und Blättern von Pflanzen. Nur wenige Pflanzen ergeben Stärke in ausreichender Menge wirtschaftlich zu sein: Mais, Weizen, Kartoffeln, Reis, Tapioka und Sago. Die Qualität der Stärke muss hoch sein, qualitativ hochwertige Klebstoffe herzustellen.
Stärke besteht aus zwei Molekülen: Amylose und Amylopektin. Amylose besteht aus langen helikalen Ketten und Amylopektin weist eine verzweigte Struktur. Stärke keine einheitliche Zusammensetzung haben. Seine Molekülstruktur und Amylase / Amylopektin-Verhältnis je nach Pflanzenquelle. Somit Verarbeitungseigenschaften und Endeigenschaften werden ebenfalls variieren. Die wichtigsten Unterschiede zwischen den Stärken sind das Molekulargewicht der Amylose Fraktion und das Verhältnis von Amylose zu Amylopektin.
Die meisten Stärken enthalten 20-30% Gewicht Amylase, obwohl bestimmte Spezialtypen so wenig wie 0% oder so hoch wie 80% haben können. Wegen der Amylosefraktion, Stärke in kaltem Wasser suspendiert ist im Wesentlichen nicht in der Lage als Klebstoff zu wirken, weil die Stärke so dicht in kristallinen Bereichen gebunden wird. Diese Granulate müssen durch Verarbeitung geöffnet werden Klebung zu erhalten.
Herstellung von Stärke Adhesive
Heizung in Wasser ist die einfachste Methode der Zerschlagung Stärkekörner. Beim Erhitzen in Wasser, Stärkekörner quellen und erst dann aufplatzen mit einer resultierenden Verdickung der Suspension. Die Temperatur, bei der diese Verdickung der Suspension auftritt, wird die Geliertemperatur genannt. Für die meisten Stärken in reinem Wasser, tritt eine Gelbildung zwischen 57 und 72 ° C (siehe Tabelle 1). In dieser Form ist die Stärke nicht um eine echte Lösung, sondern eine kolloidale Suspension.
Die Stärkepaste hat nun eine hohe Viskosität auf und wirkt als Klebstoff. Wenn die Konzentration der Stärke von über 7%, dann ist die gekochte Paste sehr viskos und schwierig zu pumpen. Oberhalb von 15% Stärkefeststoffgehalt bildet die gekochte Paste eine immobilen gummiartige Masse beim Abkühlen. Suspensionen mit einem höheren Amylose / Amylopektin-Verhältnis eine höhere Viskosität aufweist.
Vorgelierung Stärke durch physikalische Modifikation der Stärke erzeugt die Fähigkeit zu verleihen, eine Paste leicht in kaltem Wasser zu bilden. Das Verfahren besteht die Stärkeaufschlämmung auf eine Temperatur oberhalb der Geliertemperatur der Erwärmung und anschließendes Trocknen schnell die Stärke vor der Verzögerung auftreten kann. Die Hauptverfahrensausrüstung verwendet wird, ist ein beheizter Trommeltrockner oder Heißwalzen.
Unmodifizierte Stärken wie jene zuvor hergestellten umrissenen durch die Schritte, kommen in Pulverform (Vorgelierung) oder als hochviskose, low-Pasten Feststoffgehalt, die eine stabile Viskosität mit der Zeit nicht mehr anzeigen. Daher wurden mehrere Behandlungen wurden flüssige Klebstoffe bereitzustellen entwickelt, die nicht unter Retrogradation sind und eine Viskosität und Rheologie besser geeignet für viele Anwendungen. Diese Behandlungsverfahren umfassen Alkalibehandlung, Säurebehandlung und Oxidation.
Die Geliertemperatur kann durch die Zugabe eines Alkalis, wie Natriumhydroxid abgesenkt werden, um die Stärkesuspension. Wenn ausreichend Alkali zugesetzt wird, kann die Stärke bei Raumtemperatur zu einem Gel induziert werden.
Säure Modifizierung von Stärke durch Erhitzen die Stärke bei 49-54 ° C mit kleinen Mengen an wässriger Mineralsäure, gefolgt von der Neutralisation mit einer Base erreicht. Dies neigt dazu, für eine viel dünnere Lösung bei der gleichen Feststoffgehalt zu machen, wenn sie nicht modifizierte Stärke verglichen. Stärken auf diese Weise hergestellt werden oft so dünn siedende oder hoch Fluidität Stärken bekannt. Säuremodifikation wird häufig verwendet, wenn Anwendungen erfordern höheren Feststoffgehalt, aber eine kontrollierte, geringere Viskosität.
Oxidation von Stärke wird in der Regel durch Behandlung mit alkalischem Hypochlorit wässrigen erhalten. Eine Stärkesuspension bei pH 8-10 mit Hypochlorit (5-10% Cl auf Basis von Stärke) für eine ausreichend lange Zeit behandelt, um die gewünschte Viskosität zu erzeugen. Säure wird während der Reaktion freigesetzt, so Base zugegeben werden, muß der pH für die optimale Reaktivität aufrecht zu erhalten. Getrocknet oxidierte Stärke ist in der Regel weißer als unmodifizierte Stärke. Wegen der niedrigen Farbe, diese Stärken sind oft für die Dimensionierung und Beschichtung von Druckpapieren verwendet. Diese oxidierten oder chlorierten Stärken verhalten sich ähnlich wie Säure-modifizierte Stärken. Jedoch weist die oxidierte Stärke größere Klebrigkeit und Klebstoffcharakter und somit oft in Klebstoffanwendungen verwendet wird.
Das Stein-Hall-Verfahren
Einzelne Container oder "No-Carrier" Process
Dieser gesamte Vorgang kann auch in einem System, einem Behälter durchgeführt werden, wenn kein Trägerteil des Klebstoffs ist. In diesem Verfahren wird eine Lösung von Ätznatron zu einer Aufschlämmung von Stärke zugegeben, um die Stärkekörner gleichmäßig aufquellen, bis sie die erforderliche Klebstoffviskosität erreichen. Eine Säure wird dann hinzugefügt, um diesen Quellvorgang kurz kompletter Verkleisterung zu stoppen, und Borax wird schließlich zugegeben.
Wenn ein solcher Einzelbehälter Klebstoffe Herstellung ist es wichtig, sorgfältig die Konzentrationen und die Temperatur der Stärkeaufschlämmung und der alkalischen Lösung zu steuern, und die Schwellung in der richtigen Phase zu stoppen, um sicherzustellen, dass die erforderliche Viskosität erreicht ist. Die Vorteile des Single-Container Stärkesystem umfassen:- Weniger Wärme zur Bindungsbildung erforderlich (da die Stärkekörner bereits teilweise gequollen sind)
- Weniger freies Wasser
- Viskosität ermöglicht Erhöhung der Maschinengeschwindigkeit und Verringerung verzogen Plattenproduktion
- Überlegene Lager- und Scherstabilität erlaubt
Herstellung von Dextrin Adhesives
Dextrin Klebstoffe werden durch Trocken Rösten von Stärke in Gegenwart eines sauren Katalysators hergestellt. Durch Behandlung mit Hitze und Säure werden die Stärkemoleküle in kleine Fragmente hydrolysiert und dann in der hochverzweigten repolymerisiert, leicht lösliche Polymermoleküle von mittlerer Größe. Cornstarch wird allgemein wegen seiner geringen Kosten und leichten Verfügbarkeit verwendet, obwohl andere Stärken werden auch verwendet.
Im Gegensatz zu Stärke, Dextrine sind in Wasser löslich. Die Schwere der Wärme- und Säurebehandlung bestimmt den Grad der Löslichkeit, die die Grundlage für die Klassifizierung von Dextrinen ist. Fertige Dextrine nehmen eine sehr feine Pulverform, variiert in der Farbe von reinem Weiß bis braun.
Es gibt drei Haupttypen von Dextrin Klebstoffen: Weißdextrine, Kanarienvogel (oder gelb) Dextrine und britisches Zahnfleisch. Die Unterschiede werden durch die Röstzeit und die Temperatur und Menge des verwendeten Katalysators bestimmt. Tabelle 3 beschreibt die Eigenschaften dieser Klebstoffe Dextrin.
Britische Gummis sind Dextrine mit dem höchsten Molekulargewicht, und obwohl sie die stärksten Klebstoffe unter dem Dextrine, ihr maximal nutzbares-Feststoffgehalt beträgt nur etwa 25% sind. Gelbdextrine sind die niedrigsten Molekulargewicht. Materialien dieser Art sind mit einer Viskosität von nur 1700 cP bei 60% Konzentration zur Verfügung. Weißdextrine haben die niedrigste Farbe der drei, und ihr Molekulargewicht zwischen denen der beiden anderen.
Dextrine sind oft vorzuziehen, Stärke, da sie weniger benötigen oder kein Kochen und viel weniger Wasser die Paste zu bilden. Dies bedeutet, dass die Trocknungszeit reduziert wird, und es besteht wenig Wahrscheinlichkeit einer Form Infektion in wärmeren Klimazonen. Als Klebstoffe, Dextrine sind in viele der gleichen Anwendungen wie Stärke Klebstoffe verwendet. Dextrine werden auch als Kernbindematerial bei der Herstellung von Gießereikernen verwendet. Hier ist die Hauptfunktion gute Grünfestigkeit und Verformung des Kerns zu verhindern, bevor sie in den Ofen gebrannt werden.
Additive und Modifikatoren
Eigenschaften von Stärke und Dextrin Klebstoffe, die durch Formulierungsvariablen modifiziert werden können, umfassen: Viskosität; Feststoffgehalt; Stabilität; tack; Unterhose; Substrat penetration; Trocknungsrate; Flexibilität; Wasser und Pilzbeständigkeit; und Kosten. Diese Formulierungen hängen im allgemeinen von der Art der Stärke und Modifikation wie oben angegeben, wie auch die verwendeten Additive.
Häufig, Dextrin-Klebstoffe und manchmal Klebstoffe auf Stärkebasis-sind mit Borax (Natriumtetraborat) formulieren hohe Klebrigkeit bei moderaten Konzentrationen und Viskositäten mit guten Alterungseigenschaften zu erhalten. Sie haben auch eine gute Haftung und Zerspanbarkeit. Das Borax wird in Mengen von bis zu 10%, bezogen auf trockene Stärke zugesetzt. Natriumhydroxid wird auch hinzugefügt, um das Borax in der aktivere Natriummetaborat zu konvertieren. Anwendungen umfassen Fall Siegeln, Kartonverschluß, Beutelnähte, Rohrwicklung und Laminieren.
Chemikalien wie Calciumchlorid, Harnstoff, Natriumnitrat, Thioharnstoff und Guanidinsalze sind als Verflüssiger verwendet Viskosität zu verringern. Sie werden auch als Feuchthaltemittel steuern Offenzeit und Geschwindigkeit der Trocknung verwendet. Sie werden in der Regel bei etwa 5 bis 20%, bezogen auf trockene Stärke zugesetzt. Kolloid-Stabilisatoren, wie Seifen und Natriumchlorid, werden manchmal verwendet, um die Neigung zur Retrogradation zu verzögern.
Mineralische Füllstoffe, wie Kaolinton, Calciumcarbonat und Titandioxid, werden oft in Stärke und Dextrin Klebstoffe verwendet, um Kosten und Steuer Eindringen in poröse Substrate zu reduzieren. Sie werden in der Regel in Konzentrationen von 5-50% verwendet. Thixotropiermittel wie Bentonit wird oft auch in bestimmten Anwendungen verwendet Viskosität zu steuern.
Andere Additive, die in Stärke- und Dextrin-basierte Klebstoffe umfassen Konservierungsmittel, Bleichmittel und Entschäumer zu finden sind. Konservierungsstoffe, die üblicherweise verwendet werden, mikrobielle Aktivität zu verhindern, sind Formaldehyd (35% Feststoffe) auf 0,2-1,0%, Kupfersulfat bei etwa 0,2%, Zinksulfat, Benzoate, Fluoride und Phenole. Mögliche toxische Wirkungen sorgfältig vor der Auswahl eines Konservierungsmittels in Betracht gezogen werden müssen. Gemeinsame Bleichmittel schließen Natriumbisulfit, Wasserstoff und Natriumperoxid, und Natriumperborat. Organische Lösemittel werden manchmal zur Verbesserung der Haftung an gewachsten Oberflächen zugegeben.
Typische Anwendungen und Formulierungen
Der Großteil der Stärke und Dextrin-Klebstoffe werden in der Papier- und Textilindustrie verwendet. Die hauptsächlichen Endverwendungen von Stärke und Dextrin Klebstoffs sind in Tabelle 4 Einige der häufigsten Anwendungen für diese Klebstoffe werden im folgenden beschrieben dargestellt.
Die meisten Kartons Wellpappe zur Herstellung von mit auf Stärke basierenden Klebstoffen gebondet. Ein Bruchteil der Stärke erforderlich, um den Klebstoff zu formulieren, wird mit wässrigen kaustischen gelatiniert. Diese mit einer konzentrierten Suspension von nicht-modifizierten Stärkekörnchen gemischt wird (siehe Tabelle 1). Eine typische Stärke-Klebstoff-Formulierung enthält auch Bentonit (als ein Thixotropiermittel verwendet wird), Borax (auf Geschwindigkeit Gelatinierung), und eine kleine Menge an Konservierungsmitteln (für die Verwendung als Schimmelinhibitor). Die Paste wird angewendet kalt den gewellten Flöten und den Liner. Bei der nachfolgenden Wärmeeinwirkung quellen die Stärkekörner und platzen, um eine starke Bindung zu bilden.
Klebstoffe auf Stärkebasis werden auch üblicherweise in Beutelherstellung verwendet. Nahtquer Einfügen und grundiert: Normalerweise werden in dieser Anmeldung drei Klebstoffe verwendet. In Beutelherstellung wird das Papier zunächst in ein langes Rohr mit einem Seitennahtklebstoff gebildet. Die Viskosität und der Feststoffgehalt dieser Klebstoffe sind relativ niedrig. Sie werden im allgemeinen aus hochlöslich weißer Dextrin oder Säure modifizierte Stärke hergestellt. Der Boden Klebstoff wird aus einer viskosen Paste gemacht, und es hat in der Regel höher Tack. Boden Pasten werden in der Regel von weißen Dextrine oder Stärke zusammengesetzt ist. Typische Formulierungen für Naht und grundiert Klebstoffe sind in den Tabellen 5-6 gezeigt. Cross-Paste Klebstoffe sind für die Herstellung von mehrwandigen Beuteln verwendet. Im Allgemeinen werden mineralische Füllstoffe zu diesem Klebstoff hinzugefügt, damit es nicht durch das Papier bluten.
Kaschierklebstoffe müssen eine hohe Klebrigkeit, geringe Permeation des Substrats und nicht-curling Verhalten. Der Kleber muss auch die Anforderungen der Laminierausrüstung erfüllen. Weißdextrin wird oft in dieser Anwendung verwendet. Eine typische Formulierung, die in Tabelle 7 gezeigt Zucker, Natriumnitrat oder Harnstoff wird häufig bei 30-50% des Dextrins hinzugefügt Feststoffe zu erhöhen und die Verarbeitungszeit zu steuern. Foil Laminierungen erfordern Kleber auf Harzbasis für die Haftung und Wasserbeständigkeit. Und während alkalisch Stärketypen bieten eine ausgezeichnete Haftung auf Aluminiumfolie und eine gute Wärmebeständigkeit, sie zeigen auch eine schlechte Wasserbeständigkeit.
Heute sind die meisten Pappkartons versiegelt mit flüssigen Klebstoffen oder Schmelzklebstoffen. Diese sind im allgemeinen bevorzugt wegen ihrer hohen Betriebsgeschwindigkeit und die Fähigkeit zur Bindung sicher an viele verschiedene Substrate. Allerdings Dextrin-Klebstoffe werden in bestimmten Anwendungen eingesetzt, bei denen niedrig Kosten erreicht werden muss. Kartonsiegelklebstoffe eine niedrige und stabile Viskosität erfordern, und sie müssen schnell einstellen. Eine Formulierung für einen weißen Dextrin-Klebstoff für Kartonverschluß ist in Tabelle 8 bereitgestellt.
Klebstoffe für Bänder, Etiketten, Umschläge und ähnliche Anwendungen erfordern noncurling Fähigkeit, und sie sollten unter feuchten Bedingungen werden nicht blockierend. Bestimmte Band und Etikettenkleber muß auch in der Lage sein, eine Rückfeuchtung oder Rückbefeuchtung. Dies erfordert im Allgemeinen, dass die Formulierung säuremodifizierte Stärke oder hochlösliche Weiß- und Gelbdextrine enthält, um Hochfeststoffgehalte zu erlauben. Eine Formulierung für eine Wiederbefeuchtung Klebstoff, der oft für Umschläge verwendet wird, ist in Tabelle 9 angegeben.
Dextrine und konvertierte Stärken werden oft zum Verbinden von Etiketten verwendet. In Flaschenetikettierung, High-Solids Stärkebasis jelly Gummen repräsentieren klebrige, langsam trocknenden, feuchtigkeitsbeständige Klebstoffe. Sie weisen eine gute Haftung auf Polyethylen und Polypropylen behandelt. Dextrin-Formulierungen verwendet werden, wo eine hohe Konzentration und Geschwindigkeit erforderlich sind.
Referenzen
1. Lazarus, D.M. „Klebstoffe auf Basis von Stärke“, Ch. 10, Adhesives and Adhesion, Vol. 7, K.W. Alle, hrsg. Applied Science, London: 1983.
2. Bauer, I. V. Die US-Patente 2.051.025 (1936), 2,102,937 (1937), 2.212.557 (1940).
3. Jarowenko, W. "auf Stärke basierende Klebstoffe", Ch. 12, Handbook of Adhesives, van Nostrand Reinhold, New York: 1977.
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