Verfahren zur Herstellung eines Klebstoffes für die Verklebunq von Materialla en Process for the production of an adhesive for bonding material layers
Die Erfindung betrifft ein flüssiges Klebstoffkonzentrat auf Wasserbasis, insbesondere mit einer Polyhydroxyverbindung und/oder einer Polyvinylesterverbindung als klebender Kom¬ ponente, sowie einen beispielsweise aus diesem Konzentrat herstellbaren Klebstoff.The invention relates to a liquid, water-based adhesive concentrate, in particular with a polyhydroxy compound and / or a polyvinyl ester compound as an adhesive component, and to an adhesive which can be produced, for example, from this concentrate.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Klebstoffes für die Verklebung von mindestens zwei Materiallagen, insbesondere Papierlagen, durch Verdünnung.The invention also relates to a method for producing an adhesive for bonding at least two layers of material, in particular layers of paper, by dilution.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Klebstoffkonzentrat, das u.a. zur Erzeugung eines solchen Klebstoffes geeignet ist.The invention further relates to an adhesive concentrate which, inter alia, is suitable for producing such an adhesive.
Die Herstellung von Papierlagen, insbesondere Tissuepapier- lagen, erfolgt gewöhnlich durch Zusammenführung, Prägung und Kaschierung zweier oder mehrerer Papierlagen.
Herkömmliche Produktionsmethoden sind das "nested and bossed" und das "foot to foot"-Verfahren, die auf Maschinen, bei¬ spielsweise der PCMC (Papier Converting Machine Company) , durchgeführt werden. Bekannte Klebstoffe für die Lagenver- klebung waren in Deutschland bisher hauptsächlich Zellulose¬ derivate, beispielsweise Zelluloseether.Paper layers, in particular tissue paper layers, are usually produced by merging, embossing and laminating two or more paper layers. Conventional production methods are the "nested and bossed" and the "foot to foot" method, which are carried out on machines, for example the PCMC (Paper Converting Machine Company). Known adhesives for layer bonding in Germany have so far been mainly cellulose derivatives, for example cellulose ethers.
Aus Kostengründen erfolgt die Herstellung des zu verarbei¬ tenden Klebstoffes normalerweise direkt beim Klebstoffver¬ arbeiter. Beispielsweise wird ein pulverförmiges Zellulose¬ derivat wie Methylzellulose in Wasser eingerührt, um eine bis zu 10%ige, vorzugsweise 3-5%ige Lösung herzustellen, die dann verarbeitet wird.For reasons of cost, the adhesive to be processed is normally produced directly by the adhesive processor. For example, a pulverulent cellulose derivative, such as methyl cellulose, is stirred into water to produce an up to 10%, preferably 3-5% solution, which is then processed.
Diese Klebstofflösungen weisen jedoch erhebliche Nachteile während der Verarbeitung auf. Speziell steht dem Einsatz dieser Klebstoffe entgegen, daß diese, infolge eingeschränkter Klebkraft, nicht für jeden Anwendungsbereich geeignet sind. Weiterhin sind solche vom Klebstoffverarbeiter hergestellten Klebstofflösungen nicht immer homogen, da sie zur Klumpen¬ bildung neigen. Darüberhinaus können die hohen Viskositäten dieser Klebstoffe einen unsauberen Maschinenlauf verursachen.However, these adhesive solutions have significant disadvantages during processing. The use of these adhesives is particularly opposed by the fact that, owing to their limited adhesive strength, they are not suitable for every application. Furthermore, such adhesive solutions produced by the adhesive processor are not always homogeneous, since they tend to form lumps. In addition, the high viscosities of these adhesives can cause unclean machine operation.
Neben den Zelluloseklebstoffen werden auch Klebstoffe, die auf Polyvinylalkohol basieren, eingesetzt. Diese Klebstoffe ent¬ halten Polyvinylalkohole in teilverseifter Form. Es handelt sich hierbei um Polyvinylalkohole, die durch Verseifung von Polyvinylacetat hergestellt werden. Der Polyvinylalkoholester enthält 87-90% PVOH und 10-13% PVAC. Diese Klebstoffe können nicht wie die entsprechenden Zelluloseprodukte aus einem Pulver vom Verbraucher selbst angesetzt werde r sondern müssen vom KlebstoffProduzenten als flüssiges Produkt bezogen werden. Dies führt zu höheren Kosten, die der KlebstoffVerbraucher • tragen muß. Aus wirtschaftlichen Gründen haben sich infolge-
dessen einige Klebstoffhersteiler darum bemüht, ein flüssiges Konzentrat auf Polyvinylalkoholbasis zu entwickeln. Solche Konzentrate können beim Verarbeiter in einem Verhältnis bis maximal 1:3 auf Verbrauchsstärke verdünnt werden.In addition to cellulose adhesives, adhesives based on polyvinyl alcohol are also used. These adhesives contain polyvinyl alcohols in partially saponified form. These are polyvinyl alcohols, which are produced by saponification of polyvinyl acetate. The polyvinyl alcohol ester contains 87-90% PVOH and 10-13% PVAC. These adhesives may not like the corresponding cellulose products will set off a powder by the consumer r but must be obtained from the adhesive manufacturer as a liquid product. This leads to higher costs, which the adhesive consumer has to bear. For economic reasons, some adhesive manufacturers are trying to develop a liquid concentrate based on polyvinyl alcohol. Such concentrates can be diluted by the processor in a ratio up to a maximum of 1: 3 to consumption strength.
Die Vorteile eines PVOH-Klebstoffes liegen z.B. in höherer Klebkraft bei gleichzeitig niedriger Viskosität und sauberem Maschinenlauf. Nachteilig sind allerdings die hohen Kosten und die teilweise sogar zu hohe Klebkraft bei zu geringer Viskosität. Die Viskosität eines Konzentrates sollte 30000 mPa»s nicht überschreiten, damit es ausreichend leicht handhabbar bleibt. Andererseits sollte die fertige, verdünnte Klebstofflösung ausreichend viskos sein, um so einen störungs¬ freien Maschinenlauf und ausreichend Wasserrückhaltevermögen bei der Verklebung zu gewährleisten. In der Praxis wird mitThe advantages of a PVOH adhesive are e.g. in higher adhesive strength with low viscosity and clean machine operation. Disadvantages, however, are the high costs and the sometimes too high adhesive strength when the viscosity is too low. The viscosity of a concentrate should not exceed 30000 mPa »s so that it remains sufficiently easy to handle. On the other hand, the finished, diluted adhesive solution should be sufficiently viscous in order to ensure trouble-free machine operation and sufficient water retention during bonding. In practice, with
Festkörpergehalten von vorzugsweise 2,5 bis 5 % (PVOH) undSolids contents of preferably 2.5 to 5% (PVOH) and
Viskositäten unter 1000 mPa»s, aber oberhalb 300 mPa»s im fertigen Klebstoff gearbeitet. Gebrauchsfertige Klebstoffe lassen sich aus den bekannten, nur begrenzt verdünnbaren Konzentraten nur unzureichend herstellen.Viscosities below 1000 mPa »s, but above 300 mPa» s worked in the finished adhesive. Ready-to-use adhesives can only be produced inadequately from the known concentrates, which can only be diluted to a limited extent.
Es ist daher eine wesentliche Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Klebstoffes, insbesondere für die Verklebung von Papierlagen, für die Tapetenherstellung, für die Herstellung von Verpackungsmitteln und dergleichen anzugeben, der die genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet. Es ist «ine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Klebstoffkonzentrat anzugeben, das die' Herstellung eines Klebstoffes der eingangs genannten Art ermöglicht.It is therefore an essential object of the invention to provide a process for the production of an adhesive, in particular for the bonding of paper layers, for the production of wallpaper, for the production of packaging materials and the like, which overcomes the disadvantages of the prior art mentioned. It is a further object of the invention to provide an adhesive concentrate which enables the production of an adhesive of the type mentioned in the introduction.
Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Klebstoff- konzentrat anzugeben, daß sich ohne störende Viskositäts¬ verluste stärker verdünnen läßt als bekannte Konzentrate. Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale der unabhängigen Ansprüche; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den zugeord-
neten Unteransprüchen definiert.In particular, it is an object of the invention to provide an adhesive concentrate which can be diluted more than known concentrates without interfering viscosity losses. The features of the independent claims serve to solve this problem; advantageous embodiments are in the assigned defined subclaims.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß eine Verdünnung des Klebstoffkonzentrates, bis zu einem Verhältnis von 1:10 und mehr erfolgen kann. Gegenüber Zellulosederivatlösungen ver¬ kürzt sich die langwierige Herstellung des Klebstoffes auf wenige Minuten. Durch die Aktivierung des im Konzentrat ent¬ haltenen "latenten" Verdickungsmittels läßt sich dann die ge¬ wünschte höhere Viskosität zur Verarbeitung einstellen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Möglichkeit fast beliebiger Einstellung bzw. Regulierung der Viskosität des Klebstoffes nach dem Verdünnungsschritt. Das Verfahren ermöglicht somit die Herstellung eines Klebstoffes mit einem hohen Verdünnungsverhältnis und der für jedwede Verarbeitung notwendigen Viskosität. Die Konzentratform des Klebstoffes ist besonders wirtschaftlich, z.B. für Export¬ zwecke.An advantage of the invention is that the adhesive concentrate can be diluted up to a ratio of 1:10 and more. Compared to cellulose derivative solutions, the lengthy production of the adhesive is reduced to a few minutes. The desired higher viscosity for processing can then be set by activating the "latent" thickener contained in the concentrate. Another advantage of the method according to the invention is the possibility of almost any adjustment or regulation of the viscosity of the adhesive after the dilution step. The process thus enables the production of an adhesive with a high dilution ratio and the viscosity required for any processing. The concentrate form of the adhesive is particularly economical, e.g. for export purposes.
Das erfindungsgemäße Klebstoffkonzentrat enthält vorzugsweise eine Polyhydroxyverbindung bzw. eine Polyvinylesterverbindung als klebende Komponente, sowie das Verdickungsmitel als zweite Komponente, Wasser sowie ggf. Weichmacher wie z.B. Dibutyl- phthalat und Harnstoff als Zusatzkomponente. Der Harnstoff bewirkt eine Stabiliserung der Viskosität des Klebstoffkon- zentrateε.The adhesive concentrate according to the invention preferably contains a polyhydroxy compound or a polyvinyl ester compound as the adhesive component, and the thickener as the second component, water and optionally plasticizers, such as Dibutyl phthalate and urea as additional components. The urea stabilizes the viscosity of the adhesive concentrate.
Bevorzugt wird ein teilverseifter Polyvinylalkohol oder ein Stärkederivat als Polyhydroxykomponente eingesetzt. Das Verdickungsmittel, die zweite Komponente, ist vorzugsweise ein emulgiertes, alkalilösliches Acrylsäurepolymer, welches freie Säuregruppen enthält.A partially saponified polyvinyl alcohol or a starch derivative is preferably used as the polyhydroxy component. The thickening agent, the second component, is preferably an emulsified, alkali-soluble acrylic acid polymer which contains free acid groups.
Natürliche oder synthetische Verdickungsmittel, die sich erfindungsgemäß verwenden lassen, werden in verschiedenen technischen Bereichen eingesetzt (z.B. Acrysol ASE-
Thickeners, Rohm and Haas Co.). Sie werden u.a. zur Stabiliserung von Flüssigwaschmitteln, Fußbodenreinigern und dergleichen, sowie zur Erhöhung der Viskosität von Lösungs¬ mittelgemischen oder Lösungen oberflächenaktiver Substanzen verwendet.Natural or synthetic thickeners that can be used according to the invention are used in various technical fields (for example Acrysol ASE- Thickeners, Rohm and Haas Co.). They are used, among other things, to stabilize liquid detergents, floor cleaners and the like, and to increase the viscosity of solvent mixtures or solutions of surface-active substances.
Dieses Acrylatsäurepolymer ist bis zur Zugabe eines akti¬ vierenden Reagens latent, d.h. bei sehr geringem Viskositäts¬ grad im Klebstoffkonzentrat enthalten.This acrylate acid polymer is latent until the addition of an activating reagent, i.e. contained in the adhesive concentrate at a very low degree of viscosity.
Zur Aktivierung wird der verdünnten Klebstofflösung eine Base zugesetzt. Grundsätzlich kann jede starke Base verwendet werden, wobei vorzugsweise Ammoniak oder Natriumhydroxyd zum Einsatz kommen. Das Acrylsäurepolymer wird durch die Base neutralisiert und damit aktiviert, d.h. die Klebstofflösung wird viskoser. Die Viskosität der Klebstofflösung ist variabel und hängt u.a. von der Einstellung des PH-Wertes ab. Das er¬ findungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung eines Klebstoffes, in dem Viskosität, Festkörpergehalt und Klebkraft (nach Bedarf) variiert werden können.A base is added to the diluted adhesive solution for activation. In principle, any strong base can be used, preferably ammonia or sodium hydroxide. The acrylic acid polymer is neutralized by the base and thus activated, i.e. the adhesive solution becomes more viscous. The viscosity of the adhesive solution is variable and depends, among other things. depends on the setting of the pH value. The method according to the invention enables the production of an adhesive in which the viscosity, solids content and adhesive strength (as required) can be varied.
Bei der Tissueherstellung werden hervorragende Verklebungs- ergebnisse bei Festkörpergehalten von 1,5 bis 4% erhalten. Für andere Anwendungen können Festkörpergehalte von bis zu 40% vorgesehen werden.In the tissue production, excellent gluing results are obtained with solids contents of 1.5 to 4%. Solids contents of up to 40% can be provided for other applications.
Die Eigenschaften der Klebstofflösung sind damit wählbar durch Festlegung des Verdünnungsgrades des Klebstoffes und der Menge der zugesetzten Base, die eine äquivalente Menge an Acryl¬ säurepolymer neutralisiert und aktiviert. Damit kann die Kleb¬ stofflösung nach entsprechender Verdünnung nachträglich auf eine höhere Viskosität angehoben werden, die beispielsweise zur Verarbeitung des Klebstoffes notwendig ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit die Her¬ stellung eines Klebstoffes, der infolge eines erhöhten Ver¬ dünnungsverhältnisses kostengünstiger ist als die her¬ kömmlichen Klebstoffe, und der die Nachteile der bekannten Klebstoffe hinsichtlich der Verarbeitungseigenschaften vermeidet.The properties of the adhesive solution can thus be selected by specifying the degree of dilution of the adhesive and the amount of base added, which neutralizes and activates an equivalent amount of acrylic acid polymer. Thus, after appropriate dilution, the adhesive solution can subsequently be raised to a higher viscosity, which is necessary, for example, for processing the adhesive. The method according to the invention thus enables the production of an adhesive which, owing to an increased dilution ratio, is less expensive than the conventional adhesives and which avoids the disadvantages of the known adhesives with regard to the processing properties.
So können die gewünschten Klebstoffeigenschaften dem jeweiligen Verarbeitungsprozeß angepaßt werden.In this way, the desired adhesive properties can be adapted to the respective processing process.
Das erfindungsgemäße Verfahren liefert einen Klebstoff, der z.B. zur Herstellung von Papierlagen, insbesondere Tissue- papierlagen für Haushalts- und Toilettenpapier, eingesetzt werden kann. Der erfindungsgemäße Klebstoff enthält für eine solche Anwendung in einer bevorzugten Ausführungs orm die folgenden Bestandteile: ca. 10 bis 30 Teile teilverseifter Polyvinylalkoholester oder gegebenenfalls derivatisierte Stärkeacrylatpolymere ca. 20 bis 35 Teile AcrylatverdickerThe method according to the invention provides an adhesive which e.g. can be used for the production of paper layers, in particular tissue paper layers for household and toilet paper. For such an application, the adhesive according to the invention contains the following constituents in a preferred embodiment: approx. 10 to 30 parts of partially saponified polyvinyl alcohol esters or optionally derivatized starch acrylate polymers approx. 20 to 35 parts of acrylate thickener
0 bis 2 Teile übliche Zusätze, insbesondere Harnstoff0 to 2 parts of common additives, especially urea
Rest Wasser.Rest of water.
Die folgenden Ausführungsbeispiele erläutern die Erfindung, ohne sie jedoch einzuschränken.The following exemplary embodiments explain the invention without, however, restricting it.
Ausführuncrsbeispiel 1:Example 1:
Ein Klebstoffkonzentrat 1 wird mit folgender Zusammensetzung hergestellt:An adhesive concentrate 1 is produced with the following composition:
Klebsto fkonzentrat 1: 22 Teile Polyvinylalkohol 32 Teile Acrylεäureverdicker 46 Teile Wasser
Es hat eine Viskosität von ca. 1700 mPa»s. Das Konzentrat wird mit Wasser in einem Verhältnis von 1:9 verdünnt. Die Viskosität des Verdünnungsproduktes beträgt ca. 30 mPa«s. Nach Zugabe von 0,2 % Base (konzentrierte Ammoniaklösung) (bezogen auf 100 Teile Konzentrat) beträgt die Viskosität des verar¬ beitungsfertigen Klebstoffes 350 mPa»s.Adhesive concentrate 1: 22 parts polyvinyl alcohol 32 parts acrylic acid thickener 46 parts water It has a viscosity of approx. 1700 mPa »s. The concentrate is diluted with water in a ratio of 1: 9. The viscosity of the dilution product is approximately 30 mPas. After addition of 0.2% base (concentrated ammonia solution) (based on 100 parts of concentrate), the viscosity of the ready-to-use adhesive is 350 mPas.
Ausführungsbeispiel 2:Example 2:
Ein Klebstoffkonzentrat 2 wird mit folgender Zusammensetzung hergestellt:An adhesive concentrate 2 is produced with the following composition:
Klebstoffkonzentrat 2: 26 Teile PolyvinylalkoholAdhesive concentrate 2: 26 parts of polyvinyl alcohol
2 Teile Harnstoff 33 Teile Acrylsäureverdicker 39 Teile Wasser2 parts urea 33 parts acrylic acid thickener 39 parts water
Mit einer Viskosität von ca. 5000 mPa»s wird mit Wasser in einem Verhältnis von 1:7 verdünnt. Die Viskosität des Kleb¬ stoffes nach diesem Verdünnungsschritt beträgt ca. 40 mPa»s. Nach Zugabe von 0,2% Base (konzentrierte NH4 - Lsg) (bezogen auf 100 Teile Konzentrat) als aktivierendes Reagens beträgt die Viskosität des fertigen Klebstoffes 1100 mPa»s.With a viscosity of approx. 5000 mPa »s is diluted with water in a ratio of 1: 7. The viscosity of the adhesive after this dilution step is approximately 40 mPas. After adding 0.2% base (concentrated NH 4 solution) (based on 100 parts of concentrate) as the activating reagent, the viscosity of the finished adhesive is 1100 mPa »s.
Ausführungsbeispiel 3:Example 3:
Ein Klebstoffkonzentrat 3 wird mit folgender Zusammensetzung hergestellt:An adhesive concentrate 3 is produced with the following composition:
Konzentrat 3:Concentrate 3:
75 Teile PVAC-Dispersion 50%ig75 parts of PVAC dispersion 50%
13 Teile Dibutylphthalat13 parts of dibutyl phthalate
5 Teile Acrylsäureverdicker5 parts of acrylic acid thickener
7 Teile Wasser.
- a7 parts water. - a
Das Konzentrat mit einer Viskosität von ca. 20000 mPa»s wird mit 50% Wasser verdünnt (2 Teile Konzentrat und 1 Teil Wasser) . nach Zugabe von 1% Ammoniak auf die Mischung stellt sich eine Viskosität von ca. 5000 mPa»s ein. Diese Mischung kann beispielsweise in der graphischen Industrie für die Längsnahtverklebung von Papieren eingesetzt werden.The concentrate with a viscosity of approx. 20,000 mPas is diluted with 50% water (2 parts concentrate and 1 part water). after adding 1% ammonia to the mixture, a viscosity of approx. 5000 mPa »s is established. This mixture can be used, for example, in the graphics industry for the longitudinal seam bonding of papers.
In allen Ausführungsbeispielen wird als Acrylsäureverdicker ein Acrysol ASE-Verdicker von Rohm and Haas Co. verwendet.
In all of the exemplary embodiments, an Acrysol ASE thickener from Rohm and Haas Co. is used as the acrylic acid thickener.