專利名稱：制造波紋紙板的方法和由此獲得的產(chǎn)品的制作方法
相關(guān)申請的交叉引用本申請要求提交于2001年5月2日的美國臨時專利申請?zhí)?0/288,261和提交于2001年5月2日的歐洲專利申請?zhí)?1201593的權(quán)益。
關(guān)于聯(lián)邦政府贊助研究的說明不能申請發(fā)明背景1.發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域發(fā)明涉及生產(chǎn)波紋紙板的方法，其中使用一種新型的粘合劑使不同紙層彼此粘附，粘附是在適于用新粘合劑生產(chǎn)波紋紙板的條件下。所用粘合劑稱為生物高聚物乳膠粘合劑，包括用例如淀粉制造的生物高聚物微小粒子。同樣包括在本發(fā)明中的是用此方法生產(chǎn)的波紋紙板。
2.相關(guān)領(lǐng)域的描述波紋紙板通過波紋壓制操作生產(chǎn)。波紋壓制通過使瓦楞夾心原紙經(jīng)過壓波紋機進(jìn)行，互相嚙合的瓦楞紙卷將壓波紋剖面?zhèn)鹘o介質(zhì)。粘合劑應(yīng)用于紙頂(在一側(cè))且襯里紙板用于有粘合劑的紙側(cè)以形成單面。通過將另外的粘合劑加入紙揭開側(cè)，襯里紙板的另一層可粘附在單面上，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)單層波紋紙板。波紋壓制和壓波紋粘合劑的更詳細(xì)描述可發(fā)現(xiàn)于“壓波紋粘合劑的制備”，W.O.Koeschell編，Technical Association of the Pulp and Paper Industry，Inc.，1997。以如上所述相同的一般方法可創(chuàng)造許多變化和多種建筑紙板，這是通過使連續(xù)的單面紙板相互結(jié)合，接著最后應(yīng)用襯里紙板。波紋壓制所用粘合劑在單面和單(和多)層波紋紙板的質(zhì)量和生產(chǎn)效率中發(fā)揮重要作用。
原位煮淀粉的想法首先由Lawrence L.Dreurden提出，他為Robert Gair公司發(fā)展了雙面壓波紋機部分，此部分在1989年取得專利。然而此想法直到Stein Hall公司的Jordan V.Bauer的1963年專利才在商業(yè)上得到發(fā)展，Jordan V.Bauer構(gòu)想了使淀粉作為壓波紋粘合劑為紙板接受的方法。此方法由一種使用淀粉粘合劑的新方式組成。其中使用高溫來形成應(yīng)用粘合膜后的結(jié)合。淀粉粘合劑原理以未煮過淀粉通過煮過淀粉載體的懸浮定律為基礎(chǔ)。載體提供足夠的粘度或機身使粘合膜沉積在波紋凹槽上。隨著結(jié)合線經(jīng)受波紋壓制操作的高溫，粘合線上的未煮過淀粉成膠狀以形成膠接。現(xiàn)在它仍是波紋紙板生產(chǎn)的主導(dǎo)技術(shù)。
波紋壓制操作中所用常規(guī)淀粉粘合劑通常包括兩種類型的淀粉—載體淀粉(carrier starch)和漿淀粉(slurry starch)(Peter A.Snyder，國際波紋壓制(Corrugating International)，第2卷，4號，2000年10月，175-179頁)。載體淀粉被用來在粘合劑制備中攜帶未煮過漿淀粉成分和在波紋壓制操作中傳送最初的濕強度和初步粘合。載體淀粉通過煮淀粉到超過其凝膠點來制備，這是在存在化學(xué)品如苛性鈉和硼砂的情況下?？列遭c和硼砂都加入以修飾膠溫度和淀粉粘合劑制備的最終性質(zhì)。除了波紋壓制操作中的波紋紙板，淀粉粘合劑進(jìn)一步加熱到漿淀粉本身轉(zhuǎn)化成粘性淀粉，剩余水被蒸發(fā)且在波紋紙板中形成最終的干粘結(jié)。要理解的是對于任何待成為粘合劑的淀粉，它必須實際在溶液中。因此，當(dāng)粘合劑應(yīng)用于波紋壓制操作中時，載體淀粉是波紋壓制粘合劑制備中唯一真正粘性成分(Snyder，同前)。漿淀粉僅當(dāng)在壓波紋機中達(dá)到足夠溫度、凝膠點時成為有效的粘合劑。
制備載體/漿淀粉型波紋壓制粘合劑(corrugating adhesives)，有時也稱為Stein Hall粘合劑，它在波紋壓制業(yè)很有名。波紋壓制粘合劑的載體淀粉成分通常是粘合劑中所用總淀粉的僅一部分。一般載體淀粉可代表5-25％粘合劑制備中加入的總淀粉。此外，加入硼砂以使典型的載體/漿淀粉型粘合劑混合物更稠、更粘(Snyder，同前)。加入苛性鈉到粘合劑制備中以降低淀粉的凝膠點(有效降低漿淀粉中原始淀粉的凝膠溫度)。因此加入苛性鈉改進(jìn)載體/漿淀粉型粘合劑的總性能并被認(rèn)為是典型波紋壓制粘合劑的主要部分。
熟知的是許多波紋紙板生產(chǎn)相關(guān)的質(zhì)量問題與粘合劑和它的應(yīng)用相聯(lián)。較差或非統(tǒng)一粘合劑可導(dǎo)致不合規(guī)格的產(chǎn)品。過多的粘合劑應(yīng)用可導(dǎo)致穿過壓波紋機的低通量，這是由于粘合劑中的漿淀粉適當(dāng)加熱至粘合劑凝膠點以在最終產(chǎn)品中產(chǎn)生良好的干粘結(jié)。通常熱板或蒸汽加熱滾筒用于壓波紋機以產(chǎn)生足夠的傳熱來調(diào)整和干燥雙面板或單層板中的粘合劑。如果應(yīng)用太少的粘合劑，所生成波紋紙板一般不合規(guī)格，產(chǎn)生過多量的廢料。因此考慮到通常的過程波動，一般應(yīng)用所需兩到三倍粘合劑更佳。由于粘合劑包含70到80％的水，壓波紋機的最大速度一般被波紋壓制操作末端的烘烤線長度限制。
典型的工業(yè)壓波紋機需要能量輸入以加熱波紋紙板到足夠溫度來去除充分水分用于產(chǎn)生最終的干粘結(jié)。通過提高粘合劑的固體含量，需要去除來干燥波紋紙板的水更少。然而典型波紋壓制粘合劑中的過高固體含量可導(dǎo)致粘合劑制備的過早干燥，使淀粉的漿部分轉(zhuǎn)化成粘性淀粉不充分。這會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量較差。
美國專利號5,972,091描述了用于波紋壓制粘合劑和與之制備粘合劑的淀粉取代組合物。在此專利中作者描述了一種以淀粉和植物胚為基礎(chǔ)的新波紋壓制粘合劑，淀粉和植物胚首先在干燥形式中混合一起作為預(yù)混合物。此預(yù)混合物隨后用于以多種方式制備典型的波紋壓制粘合劑。作者描述了不同類型的波紋壓制粘合劑如載體類型、無載體類型和載體-無-載體類型粘合劑。制備各個這些種類粘合劑的過程被描述，粘合劑是以淀粉/植物胚預(yù)混合物為基礎(chǔ)。作者進(jìn)一步要求生產(chǎn)波紋紙板方法的權(quán)利，波紋紙板生產(chǎn)自這類粘合劑以及以淀粉/植物胚預(yù)混合物為基礎(chǔ)的粘合劑。作者聲稱發(fā)明的主要好處是這種波紋壓制粘合劑所需的硼化合物量減少。然而沒有提到這種粘合劑系統(tǒng)對波紋壓制過程速度的效果。同樣明顯的是此淀粉取代組合物需要凝膠發(fā)生在壓波紋機中以使粘合劑制備適當(dāng)發(fā)揮功能，因此要求波紋壓制設(shè)備的操作方式確保凝膠在操作中發(fā)生。仍然需要使用苛性鈉。
美國專利號4,279,658描述了通過化學(xué)-機械淀粉轉(zhuǎn)化制備淀粉糊的方法。淀粉在生產(chǎn)位置凝膠，在那里沒有可用熱能且熱能通過在堿存在時使用經(jīng)受漿的機械剪切來制備。所得糊描述為穩(wěn)定和在結(jié)合到粘合劑前不需要進(jìn)一步凝膠。用此漿糊制備粘合劑的缺點是它們在波紋壓制粘合劑應(yīng)用中必須仍在使用位置凝膠。同樣明顯的是在波紋壓制中應(yīng)用這種粘合劑需要凝膠發(fā)生在壓波紋機中以使粘合劑制備適當(dāng)發(fā)揮功能。這要求波紋壓制設(shè)備的操作方式確保凝膠在操作中發(fā)生，如用標(biāo)準(zhǔn)波紋壓制粘合劑通常所完成。
美國專利號5,855,659描述了假定不需煮并可在周圍條件下再水化的即時波紋壓制粘合劑。此粘合劑的制備首先構(gòu)成天然淀粉(未煮過)和半纖維素的干燥混合。半纖維素能方便地再水化，因此作為用于未煮過淀粉的載體相發(fā)揮功能，從而類似標(biāo)準(zhǔn)Stein Hall型波紋壓制粘合劑。此粘合劑的一個缺點是半纖維素必須首先提取自適當(dāng)來源并隨后從萃取液體中重新獲得，干燥和與未煮過淀粉混合，這是一種相對復(fù)雜的方法。作者進(jìn)一步描述了再水化可形成塊狀物并因此需要溫度提高。由于仍作為Stein Hall型粘合劑發(fā)揮作用，此粘合劑也是一種相當(dāng)常規(guī)的方法。顯然此方法需要凝膠發(fā)生在壓波紋機中以使粘合劑制備適當(dāng)發(fā)揮功能，因此要求波紋壓制設(shè)備的操作方式確保凝膠在操作中發(fā)生。
歐洲專利申請?zhí)朎P990687描述了支鏈淀粉馬鈴薯淀粉，它用作蒸發(fā)-干燥、水溶粘合劑(或粘合劑前體)的淀粉物質(zhì)，任選地與常規(guī)粘合劑組合如流變能力改進(jìn)劑、消泡劑、穩(wěn)定劑、防腐劑和/或其它，可能是非淀粉-基礎(chǔ)的粘合劑或前體。此粘合劑適于波紋紙板。
美國專利號5,133,908描述的方法包括(1)制備液相，液相本質(zhì)上由溶劑或溶劑混合物中物質(zhì)的溶液組成，溶劑混合物可加入一種或更多表面活性劑，(2)制備第二個液相，液相本質(zhì)上由用于物質(zhì)的非溶劑混合物的非溶劑組成，非溶劑混合物可加入一種或更多表面活性劑，用于物質(zhì)的非溶劑或非溶劑混合物在與用于物質(zhì)的溶劑或溶劑混合物的所有比例中可混合，(3)將(1)或(2)中制備的一個液相通過溫和攪拌加至另一個以產(chǎn)生物質(zhì)微小粒子的膠狀懸浮，(4)如果需要，去除所有或部分用于物質(zhì)的溶劑或溶劑混合物和用于物質(zhì)的非溶劑或非溶劑混合物以產(chǎn)生所需濃度微小粒子的膠狀懸浮或產(chǎn)生微小粒子的粉末。
PCT國際專利出版號WO 00/40617描述了在兩相系統(tǒng)中制備淀粉顆粒的方法，該方法包括至少下列步驟(a)制備第一相，該相包括在水中的淀粉散布；(b)在第二液相中制備第一相的散布和乳液，限制條件是第二相不是水；(c)第一相中存在的淀粉的交聯(lián)；(d)分離因而形成的淀粉顆粒。第一方面，第二相由疏水液體組成且步驟(b)存在于形成水包油乳液中，此乳液隨后轉(zhuǎn)化成油包水乳液。第二方面，第二相由用于淀粉的水-可混合非溶劑組成。粒度非常小的淀粉顆?？赏ㄟ^此方法以控制方式生成。
PCT國際專利出版號WO 00/69916描述了用擠壓法制備生物高聚物納米級顆粒的方法，其中生物高聚物例如淀粉或淀粉衍生物或它的混合物在交聯(lián)劑存在時在高剪切力下加工。此專利申請也描述了淀粉納米級顆粒、所述納米級顆粒的含水分散體和加工過程制備的壓出膠，壓出膠浸沒后在水介質(zhì)中膨脹并形成粘性散布。所述淀粉顆粒的顆粒大小分布狹窄，顆粒尺寸低于400納米，尤其是低于200納米，且進(jìn)一步通過它們的粘性表現(xiàn)特征。提到許多用于淀粉納米級顆粒使用的申請，包括作為粘合劑成分，然而沒有提供例子來證明顆粒的粘合劑特性，任何所提到的具體粘合劑申請也沒有提供證明。
發(fā)明概述發(fā)明者驚訝地發(fā)現(xiàn)根據(jù)WO 00/69916生產(chǎn)的生物高聚物納米級顆粒如淀粉納米級顆?？捎米鞑y壓制中的粘合劑，這是在適于這些粘合劑的條件下。我們稱這些粘合劑為生物高聚物乳膠粘合劑。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員不明顯的是生物高聚物納米級顆粒的懸浮液，如根據(jù)WO00/69916所生產(chǎn)的，可以是現(xiàn)在所用的典型Stein Hall型粘合劑的一種合適的替代品。如前所述，一種典型的波紋壓制粘合劑包含淀粉顆粒形式的未煮過漿淀粉主要部分，它們懸浮在溶解淀粉溶液中(載體淀粉)。典型的波紋壓制過程要求足夠的熱傳遞在波紋壓制過程中用于使未煮過淀粉達(dá)到其凝膠點。熟知的是天然淀粉顆粒本質(zhì)上不是粘合劑且僅當(dāng)它們煮到凝膠點并變得溶解時成為粘合劑。因此不明顯的是淀粉個別微粒的其它散布例如根據(jù)WO 00/69916所產(chǎn)生未溶解的散布，可適于用作波紋壓制過程的粘合劑。
由于多種原因，將生物高聚物乳膠粘合劑用于波紋壓制是有吸引力的。例如這些通過波紋壓制設(shè)施準(zhǔn)備使用的粘合劑不需要在波紋壓制設(shè)施中的凝膠步驟，不需要加入苛性鈉，不需要加入硼砂化合物，不需要在波紋壓制設(shè)施中安裝復(fù)雜淀粉粘合劑的廚房。此外這些粘合劑在延伸段穩(wěn)定，而常規(guī)波紋壓制粘合劑僅在制備后幾小時開始失去它們的穩(wěn)定性。這些新粘合劑不需要凝膠發(fā)生在壓波紋機中以使粘合劑發(fā)揮功能，它轉(zhuǎn)變?yōu)闇p少的能量和/或增加的波紋壓制速度。生物高聚物乳膠粘合劑可以高于典型淀粉粘合劑的固體含量、類似粘度制備，因此可提供波紋壓制中另外的能量節(jié)約。化學(xué)物的量降低和簡化的粘合劑制備可轉(zhuǎn)變成更安全的工作場所和更低勞動強度的波紋壓制操作。
發(fā)明的詳細(xì)描述生物高聚物乳膠粘合劑可如WO 00/69916中所述生產(chǎn)。因此生物高聚物如淀粉和其它多糖如纖維素、半纖維素和樹脂以及蛋白質(zhì)(如明膠、乳清蛋白質(zhì))可通過用剪切力和同步交聯(lián)加工生物高聚物來形成納米級顆粒。生物高聚物可先修飾，如用陽離子基團、羧甲基基團、?；?、磷酸化、羥烷化、氧化等。優(yōu)選淀粉和淀粉與其它(生物)聚合物的混合物，混合物含至少50％淀粉。特別優(yōu)選的是高支鏈淀粉(即低直鏈淀粉)，即淀粉的支鏈淀粉如蠟質(zhì)淀粉(waxy starch)含量至少為75％，尤其是至少為90％。優(yōu)選的生物高聚物在加工開始時有至少50％的干物質(zhì)含量，尤其是至少為60％重量。
本文使用剪切力的加工指機械處理，尤其是在高剪切條件下以高溫(高于40℃，尤其是高于60℃，低于聚合物的降解點，直到如200℃尤其是直到140℃)進(jìn)行的擠壓處理。此剪切可通過應(yīng)用每克生物高聚物至少100焦耳比機械能(SME)(specific mechanical energy)來實現(xiàn)。取決于所用加工設(shè)備，最小能量可更高；同樣當(dāng)使用非預(yù)凝膠物質(zhì)時最小SME可更高，如至少250J/g，尤其是至少500J/g。機械處理在高溫方便地進(jìn)行。在淀粉的情況中，可通過使用堿性介質(zhì)或使用預(yù)凝膠淀粉來緩和高溫。在機械處理中，生物高聚物以高濃度存在，優(yōu)選至少為50wt％，水溶劑如水或水/醇混合物?？蓱?yīng)用高壓(如5和150巴之間)以促進(jìn)在高濃度加工。除了水或水/醇混合物可存在增塑劑，如5-40％生物高聚物重量水平的多羥基化合物(乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、甘油、糖醇、尿素、檸檬酸酯等)。然而水可作為增塑劑。增塑劑(即水和其它如甘油)總量優(yōu)選在15和50％之間?；瑵檮┤缏蚜字?、其它磷脂或甘油一酸酯也可以如0.5-2.5％重量水平存在。酸或碳水化合物-降解酶可以0.01-5％生物高聚物重量水平存在，優(yōu)選的酸是固體或半固體有機酸，如馬來酸、檸檬酸、草酸、乳酸、葡糖酸，酶如淀粉酶；酸或酶協(xié)助輕微解聚作用，解聚作用假定為生產(chǎn)特定大小的納米級顆粒過程中的優(yōu)勢。
生產(chǎn)生物高聚物乳膠方法中的重要步驟是機械處理中的交聯(lián)。交聯(lián)優(yōu)選是可逆的，即機械處理步驟后交聯(lián)部分或全部裂開。適當(dāng)?shù)目赡娼宦?lián)劑包括那些在低水濃度形成化學(xué)鍵的，它們在存在更高水濃度時分離或水解。此交聯(lián)模式導(dǎo)致加工中暫時的高粘度，加工后是較低粘度?？赡娼宦?lián)劑的例子是可逆形成半縮醛的二醛和多醛、酸酐和混合酐等。適當(dāng)?shù)亩┖投嗳┦俏於⒁叶?、高碘酸鹽氧化碳水化合物等。乙二醛是用于生成乳膠顆粒的特別合適的交聯(lián)劑。這種交聯(lián)劑可單獨或作為可逆交聯(lián)劑使用，或作為可逆和非可逆交聯(lián)劑混合物使用。因此常規(guī)交聯(lián)劑如表氯醇和其它環(huán)氧化物、三磷酸、二乙烯砜可用作多糖生物高聚物的非可逆交聯(lián)劑，二醛、硫醇劑等可用于蛋白質(zhì)生物高聚物。交聯(lián)反應(yīng)可以是酸-或堿-催化。交聯(lián)劑水平可方便地在0.1和10％生物高聚物重量之間。交聯(lián)劑可在機械處理開始時存在，但在非預(yù)凝膠生物高聚物如顆粒淀粉的情況中，優(yōu)選的是交聯(lián)劑稍后加入，即在機械處理中。
機械處理的交聯(lián)生物高聚物隨后通過在適當(dāng)溶劑中散布來形成乳膠，通常溶劑是水或另外的羥基溶劑如醇，形成乳膠濃度在4和50wt.％之間，尤其是在10和和40wt.％之間。散布前可進(jìn)行低溫研磨步驟，但用溫和加熱攪拌同樣作用良好。此處理導(dǎo)致膠在水吸收誘導(dǎo)同時或之后破裂成乳膠?？衫么苏承孕再|(zhì)來應(yīng)用顆粒，如改進(jìn)混合等。如果需要，散布的生物高聚物可用上述相同或其它交聯(lián)劑進(jìn)一步交聯(lián)。
使用生物高聚物乳膠作為生產(chǎn)波紋紙板中的粘合劑不需要高堿度，高堿度來自使用現(xiàn)有技術(shù)方法中的苛性鈉，因此粘合劑中的pH可在過程中保持低于10，尤其是低于9。同樣使用這些乳膠不需要高溫使粘合劑有活性，從而過程中應(yīng)用的熱可保持低到僅用于干燥所必需。因此有粘合劑在上面的板表面溫度可保持低于150℃或甚至低于130℃，此表面溫度假定為最大相當(dāng)于干燥設(shè)備如滾筒和板的表面溫度。
波紋紙板可包括附于襯里片(liner sheet)任一側(cè)的的一種波紋介質(zhì)(單層板)和一些(二、三或甚至更多個)彼此粘附且外部覆蓋襯里的單層板(多層板)。波紋介質(zhì)和襯里通過連續(xù)或間斷粘合層附著，其中生物高聚物顆粒通常可辨別。
實施例下列例子用于進(jìn)一步闡明本發(fā)明。例子不想在任何方面限制發(fā)明。
實施例1.生物高聚物乳膠粘合劑的制備使用WO 00/69916中所述技術(shù)通過反應(yīng)擠壓加工來制備生物高聚物乳膠粘合劑。天然馬鈴薯淀粉(PN)、小麥淀粉(WN)、玉米淀粉(CN)和蠟質(zhì)種玉米淀粉(WCN)用于制備納米級顆粒。包括淀粉納米級顆粒的壓出膠顆粒隨后用機械攪動散布在水中。納米級顆粒(直至35％(w/v)固體)用3葉片式攪拌機以200rpm在45℃分散15到60分鐘。發(fā)現(xiàn)所得生物高聚物乳膠的穩(wěn)定性取決于淀粉和交聯(lián)水平。
有甘油和乙二醛的PN、CN和WN擠壓樣品制成的散布在乙二醛含量小于4份時僅穩(wěn)定幾小時，獲得自這些散布的干膜不透明。這闡明于表1的PN淀粉部分。用于有4和5份乙二醛的反應(yīng)性擠壓PN的所獲得散布穩(wěn)定至多幾天，獲得自這些散布的干膜透明。24％(w/v)散布穩(wěn)定7天且12％(w/v)散布穩(wěn)定1個月。
表1淀粉壓出膠的組成和所得乳膠的粘度
*pph＝占每一百份干淀粉的份數(shù)**粘度用布氏粘度計測量100s-1混合后在2.5s-1剪切速度的20％(w/w)散布。
與用于PN淀粉獲得的結(jié)果相反，僅有2份乙二醛的24％散布反應(yīng)性擠壓WCN淀粉被發(fā)現(xiàn)粘度低且穩(wěn)定超過6個月。樣品5和7的顆粒大小范圍通過氣動激光器光散射(DLS)確定并發(fā)現(xiàn)此范圍狹窄，從50-100納米。
兩種粘合劑散布分別以20和26％(w/w)固體制備，這是通過用3葉片式攪拌機以200rpm在45℃混合粉狀壓出膠15到60分鐘。
實施例2.典型(Stein Hall型)波紋壓制粘合劑的制備標(biāo)準(zhǔn)波紋壓制粘合劑用玉米淀粉(獲得自Roquette的COLLYS HV)制備成20.4％(w/w)總干固體含量[相當(dāng)于25.6％(w/v)]。標(biāo)準(zhǔn)粘合劑由表2所述載體相和顆粒漿相組成。載體相通過在60℃機械攪動下使淀粉溶解于水中來制備，使用3.26份玉米淀粉、0.33份氫氧化鈉和29.66份水[淀粉固體＝9.8％(w/w)]。載體相隨后可冷卻至室溫。制備顆粒相是通過將0.30份硼砂和16.47份玉米淀粉加入50.00份水[淀粉固體＝24.7％(w/w)]，并在室溫機械攪動下攪拌混合物。在室溫機械攪動下將載體相加入顆粒相[總淀粉固體＝19.7％(w/w)或24.8(w/v)]。此樣品用于實施例4的試驗性波紋壓制實驗。
表2典型的Stein Hall型波紋壓制粘合劑的配方
第二種Stein Hall型粘合劑以相似方式制備，使用改進(jìn)的玉米淀粉(獲得自Roquette的COLLYS R)到26.0％(w/w)總干固體含量[相當(dāng)于35.7％(w/v)]。載體相通過在60℃機械攪動下使淀粉溶解于水中來制備，使用2.64份玉米淀粉、0.97份氫氧化鈉和36.38份水[淀粉固體＝6.6％(w/w)]。載體相隨后可冷卻至室溫。制備顆粒相是通過將0.31份硼砂和23.33份玉米淀粉加入36.38份水[淀粉固體＝38.9％(w/w)]，并在室溫機械攪動下攪拌混合物。在室溫機械攪動下將載體相加入顆粒相[總淀粉固體＝26.0％(w/w)或35.7(w/v)]。此樣品用于實施例3的粘度-溫度實驗。
所得典型的Stein Hall型波紋壓制粘合劑在30℃僅幾小時后開始失去它們的穩(wěn)定性。
實施例3.比較生物高聚物乳膠粘合劑和典型Stein Hall型波紋壓制粘合劑比較實施例1和2制備粘合劑的溫度依賴粘度性質(zhì)。粘合劑制備都是26％固體(w/w)且溫度設(shè)在25、30、40、50、60、70或80℃。所選生物高聚物乳膠粘合劑制備自WCN。在理想溫度平衡粘合劑樣品30秒后測量粘度。表3顯示不同樣品在不同溫度的粘度。
表3不同波紋壓制粘合劑的粘度性質(zhì)
可見對于生物高聚物乳膠粘合劑，粘度隨著溫度上升而下降。對于典型SteinHall型波紋壓制粘合劑，粘度下降直到溫度到達(dá)顆粒漿淀粉的凝膠點，在凝膠點粘度極大增加。在所有情況中生物高聚物乳膠粘合劑的粘度低于Stein Hall型粘合劑，甚至在相同固體含量也是如此。此數(shù)據(jù)表明可制備比Stein Hall粘合劑固體含量高許多的生物高聚物乳膠粘合劑，其粘性類似于Stein Hall型粘合劑。此外，此數(shù)據(jù)顯示生物高聚物乳膠粘合劑沒有Stein Hall型粘合劑通常遇到的凝膠點。
實施例4.在波紋壓制應(yīng)用中使用生物高聚物乳膠粘合劑使用試行設(shè)施比較實施例1的生物高聚物乳膠粘合劑(21％(w/w)固體；LauryCup粘度為15-20秒)性能和實施例2的標(biāo)準(zhǔn)Stein Hall型粘合劑(20％(w/w)固體；Laury Cup粘度為15-20秒)。試行壓波紋機是工業(yè)單面壓波紋機的縮尺版本。進(jìn)行試行波紋壓制實驗來比較兩種粘合劑，使用有指針的A型13cm寬剖面(槽尺寸寬＝8.6mm-高＝4.5mm)。測試兩種稱為“普通”和“重”的紙組合以辨別一般所用不同重量的紙。進(jìn)一步描述如下(1)普通＝測試襯里140g/m2+Wellenstoff 112g/m2；(2)重＝牛皮紙襯里190g/m2+半化學(xué)槽150g/m2一種特殊裝置可在此壓波紋機上測量濕強度。金屬指針擱在波紋紙板槽上，有懸臂支撐可調(diào)整重量。懸臂桿上的重量可通過在刻度尺上滑動砝碼來調(diào)節(jié)。槽和襯里間濕粘結(jié)的阻力對應(yīng)于此刻度尺上砝碼的位置，濕粘結(jié)又稱為濕強度。因此測量的濕強度值報導(dǎo)用于壓波紋機的生產(chǎn)速度，且取決于具體評估粘合劑的濕強度。在對此試行壓波紋機的多年廣泛經(jīng)驗上，這個值對于可接受濕強度必須至少20。
使用一種標(biāo)準(zhǔn)方法來確定粘合劑的干粘結(jié)，此方法稱為針粘附測試(PinAdhesion Test)(P.A.T.)值或針粘附。測試件(寬＝3cm)在干燥空氣(30℃/30％RH)中預(yù)處理，隨后在23℃/50％RH的空氣中處理和測試。使用94512型Lorentzen壓力來測量濕強度的最大力。此分離力以N/cm表示。
對于所有數(shù)據(jù)(在所有速度的樣品)，膠沉淀水平在3到5g/m2(干基礎(chǔ))的范圍內(nèi)。表4結(jié)果證明生物高聚物乳膠粘合劑與標(biāo)準(zhǔn)Stein Hall型粘合劑相比顯著改進(jìn)波紋壓制性能。表4所述溫度是加熱滾筒的溫度。當(dāng)使用Stein Hall型粘合劑時，壓波紋機對于普通和重克重紙組合的限速分別是小于245m/min和146m/min。觀察的“白膠缺點”(white glue defect)顯然證明存在由高速產(chǎn)生的未凝膠淀粉顆粒，在此速度沒有足夠熱傳遞給紙。結(jié)果針粘附低于最小4N/cm的要求。
相反，當(dāng)用生物高聚物乳膠粘合劑運行時(小球)，壓波紋機能以高至350m/min的速度運行所有紙等級，350m/min是此壓波紋機的最大速度，所測針粘附值遠(yuǎn)高于最小4N/cm的要求。濕強度直到200m/min的速度判斷為可接受，超過此速度測試出于安全考慮不可行。然而，在所有情況中生物高聚物乳膠超過200m/min的干粘結(jié)遠(yuǎn)高于最小要求。盡管不測試重克重，觀察到當(dāng)提供足夠PAT值使用生物高聚物乳膠時更低溫度可用于壓波紋機，這表明波紋壓制操作中顯著能量節(jié)約的可能。
表4生物高聚物乳膠粘合劑(小球)相較于標(biāo)準(zhǔn)Stein Hall型粘合劑的性能
*沒有評估更低的溫度**太快而無法測量濕強度盡管本發(fā)明關(guān)于一些實施方案描述相當(dāng)詳細(xì)，本領(lǐng)域技術(shù)人員會贊同本發(fā)明可不同于所述實施方案進(jìn)行實踐，實施方案提出是為了闡明而不是限制。因此，所附權(quán)利要求書的范圍不應(yīng)限于本文所含實施方案的描述。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)波紋紙板的方法，其特征在于，使用生物高聚物乳膠粘合劑作為波紋壓制粘合劑，且其中所述波紋壓制操作在使用生物高聚物乳膠粘合劑最佳的條件下進(jìn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物高聚物乳膠粘合劑可在交聯(lián)劑存在時用剪切力通過塑化生物高聚物來獲得。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述生物高聚物選自淀粉、纖維素、半纖維素、蛋白質(zhì)、這些生物高聚物的衍生物以及這些生物高聚物或其衍生物的混合物。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述生物高聚物是淀粉，優(yōu)選高支鏈淀粉類型的淀粉。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述淀粉含有至少75％，尤其是至少90％的支鏈淀粉組成。
6.如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述乳膠粘合劑包括離散的生物高聚物納米級顆粒，其大小小于1000納米，具體在50和250納米之間。
7.如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述乳膠粘合劑用作穩(wěn)定的含水分散體，此分散體的干固體含量在10和50％(w/v)之間，優(yōu)選在20和35％(w/v)之間。
8.如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述方法在制備和波紋壓制操作中不需要凝膠步驟，且其中使用的表面溫度不超過150℃和/或粘合劑pH不超過9。
9.如上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，至少一種波紋介質(zhì)附于至少一個襯里。
10.波紋紙板，其特征在于，至少一種波紋介質(zhì)和至少一個襯里通過一個含有生物高聚物顆粒的層來粘附，所述顆粒大小在50和1000納米之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及生產(chǎn)波紋紙板的過程，其中生物高聚物乳膠粘合劑用作波紋壓制粘合劑。生物高聚物乳膠粘合劑可通過在交聯(lián)劑如乙二醛存在時擠壓塑化生物高聚物獲得，尤其是淀粉。乳膠粘合劑的制備和它在波紋壓制操作中的應(yīng)用既不需要凝膠步驟也不需使用苛性鈉或硼砂。
文檔編號C09J101/00GK1514770SQ02811560
公開日2004年7月21日 申請日期2002年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月2日
發(fā)明者S·布羅姆伯根, F·卡朋, M·范利烏溫, S 布羅姆伯根, 諼 申請人:生態(tài)合成材料股份有限公司