施膠粘合劑組合物的制作方法

專利名稱：施膠粘合劑組合物的制作方法
技術領域：
本發明涉及粘合劑組合物。具體的，它涉及新的瓦楞紙粘合劑(corrugating adhesive)，涉及用這樣的粘合劑來生產瓦楞紙板的方法和涉及用這樣的方法可獲得的瓦楞紙板。
背景技術：
瓦楞紙板的制造典型的包括下面的步驟
(a)將第一纖維紙通過加熱的波紋輥之間來在它上面制出凹槽，以使得所獲得的“瓦楞夾心原紙(corrugating medium) ”具有基本上正弦曲線的或者曲折的橫截面；
(b)將粘合劑施用到該瓦楞夾心原紙的至少一面上的突出的凹槽頂端(flutetip)上；
禾口
(c)將非波紋的或者平坦的纖維紙張(“襯紙”)結合到該粘合劑涂覆的凹槽頂端上。所形成的產品，在一個面上具有瓦楞夾心原紙和在另一面上具有襯紙，被稱作單面瓦楞紙板。它可以例如用作容器內的襯墊或者緩沖材料。但是，更通常的，將粘合劑施用到瓦楞夾心原紙兩個面的凹槽頂端上，并且施用第二襯紙，有效的將該瓦楞夾心原紙夾入到兩個襯紙之間。所形成的產品被稱作雙面瓦楞紙板，并且通常用于制造紙板盒和其他這樣的容器或者包裝材料。為了提高剛度或者強度，幾張這樣的單面和/或雙面紙板可以結合來產生多壁瓦楞紙板。為了確保正確的粘附，將瓦楞夾心原紙結合到其一張或多張襯紙上的步驟通常是在壓力下和大約150-200°C的溫度進行的。這些高溫確保了粘合劑的固化和任何多余的水的蒸發。對生產瓦楞紙板所用的粘合劑基于幾種因素進行選擇，包括例如成本和最終的瓦楞產品的目標用途。淀粉基粘合劑例如Mein Hall粘合劑是最通常使用的，這歸因于它們令人期望的結合性能、易于制備和低成本。但是，在工業上持續的推進來降低瓦楞紙板的生產成本。許多領域中以此為目標， 包括例如能量效率。在瓦楞紙板生產中所涉及的主要成本之一當然是加熱所需的能量。使用加熱來凝膠化淀粉基粘合劑(由此提高紙張之間的粘度和結合性)以及用于干燥(即， 用于除去由液體粘合劑所形成的紙板中存在的任何多余的水)。為了降低對于加熱的需要， 已經提出了一種方案，用于降低瓦楞粘合劑的含水量。使用另外一種方式，這意味著提高了它們的干固體含量。但是，這種觀念僅僅在對粘合劑粘度(與干固體含量直接相關)進行嚴格控制的情況下才能使用。過粘的粘合劑將難以施用到凹槽頂端上，并且會引起瓦楞機上的堵塞和流動問題。此外，高粘度會造成粘合劑過多的轉移到紙張上(加入量(add-on))， 由此明顯提高粘合劑成本。已經提出另外一種方案，來降低整體的粘合劑加入量(adhesive add-on)。同樣， 這自然的降低了需要從所形成的紙板上蒸發掉的水量。它同樣將降低原料成本(例如所生產的每平方米紙板上所需的粘合劑量)。不幸的是，加入量不能降低到某種程度以下，而不對結合強度以及因此對紙板品質產生不利作用。
除了粘合劑本身之外，在降成本的努力目標中，另一領域是用于形成瓦楞紙板的纖維紙的品質(厚度，重量)。由于需求增加，紙漿變得更貴了，因此這里需要減少制造瓦楞容器所用的紙張。一種通常的方法是加入材料例如淀粉來增強瓦楞容器中所用的紙張強度。這種增強被稱作“施膠”。施膠對于提高裝有貨物的瓦楞容器彼此堆疊時的抗壓扁能力來說是重要的。這種重要的性能在工業上稱作“堆積強度”。瓦楞紙板制造商使用幾種方法來度量盒子的堆積強度，包括邊緣壓垮測試(ECT - TAPPI測試No. T838 om-07，用于度量瓦楞紙板本身的強度)和盒子壓縮測試(BCT - TAPPI測試No. T804 om-06，用于度量用瓦楞紙板制成的標準盒子的壓垮強度)。為了提高ECT和/或BCT性能，公知的是需要更高的強度紙。用于表示紙強度的兩種公知的測試是短跨度壓縮測試(SCT-TAPPI測試 No. T826 (wd-01))和環壓垮測試(RCT - TAPPI 測試 No. T818 (cm97))。為了滿足多種用戶需要，瓦楞紙板制造商需要購買具有某種強度的紙，并且必須庫存多種紙張。如果紙張強度能夠由瓦楞機調整，則這將提供一種更靈活的方法，其中瓦楞盒的強度將能夠使用較少的紙張來調整。雖然顯然的是，紙張品質的任何降低也將對紙板強度和功能性產生不利的影響。因此，限制了這個領域中節約的可能性。所以這里仍然明顯的需要開發新的和改進的瓦楞粘合劑和更好的、更經濟的瓦楞紙板生產方法，其不會對最終產品的品質產生不利影響。本發明解決了這些需要。

發明內容
根據本發明的第一方面，這里提供一種用于瓦楞紙的施膠粘合劑，特征在于它包含至少一種低分子量的水溶性聚合物。根據本發明的另一方面，這里提供一種瓦楞紙板，其包含結合到至少一張襯紙上的至少一張瓦楞夾心原紙，特征在于
-將一張或多張瓦楞夾心原紙(corrugating medium)和/或一張或多張襯紙(liner sheet)用施膠粘合劑進行涂覆，該施膠粘合劑包含至少一種低分子量的冷水可溶性聚合物；和/或
-用所述的施膠粘合劑將至少一張瓦楞夾心原紙結合到至少一張襯紙上。根據本發明的另一方面，這里提供一種生產瓦楞紙板的方法，特征在于它包括下面的步驟
-提供至少一張瓦楞夾心原紙和至少一張襯紙；
-用施膠粘合劑涂覆所述襯紙和/或瓦楞夾心原紙的至少一個表面，該施膠粘合劑包含至少一種低分子量的冷水可溶性聚合物；
-將該瓦楞夾心原紙和襯紙接觸來引起粘附；和 -干燥。
具體實施例方式本發明提供一種用于瓦楞紙的施膠粘合劑，其包含至少一種低分子量水溶性聚合物。作為此處使用的，術語“用于瓦楞紙的施膠粘合劑(sizing-adhesive for corrugating)”指的是一種粘合劑組合物，其能夠在兩張紙(或者纖維紙)之間形成結合以及提高它施用到其上的紙張的強度。明確的，它指的是用于生產瓦楞紙板的這些粘合劑，如下所述。為了避免混淆，應當注意的是作為此處使用的，術語“施膠粘合劑”可以指的是處于它們的最終的、備用形式的液體粘合劑以及用于制備最終的粘合劑的干的或者液態的預混物二者。施膠粘合劑干混物是一種組合物，其包含至少一種低分子量的水溶性聚合物，但是沒有施膠粘合劑的最終水含量(如下所述)。類似的，液體施膠粘合劑預混物將包含至少一種低分子量的水溶性聚合物和全部的或者部分的施膠粘合劑的最終水含量。如果它的目的僅僅是表示一種具體形式的施膠粘合劑，則這將是規定的或者將是從上下文中顯而易見的。本發明的施膠粘合劑(或者為了簡單而簡稱為“粘合劑”)包含至少一種低分子量的水溶性聚合物。聚合物典型的定義為由重復結構單元組成的大分子。本發明所用的聚合物可以是生物聚合物(即，可從自然中分離的聚合物例如多糖)或者合成聚合物(即，人造聚合物例如聚乙烯醇)。作為此處使用的，術語“低分子量”應當理解為相對于聚合物的平均分子量。因此， 本發明的聚合物優選的平均分子量(Mw)低于200000道爾頓，優選低于150000道爾頓，更優選低于125000道爾頓，更優選低于100000道爾頓和最優選低于75000道爾頓或者甚至 50000道爾頓。根據某些實施方案，該聚合物的平均分子量可以低于30000道爾頓，20000 道爾頓或者10000道爾頓。術語“水溶性”指的是易溶于水的聚合物。術語“可溶性”本身可以表示許多不同的特性，其取決于所討論的聚合物的性質。它可以指的是這樣的聚合物，它的分子結構在水中完全破壞，形成了例如聚合物單元和包圍它們的水分子的均衡混合物。其他聚合物將保持完好，但是將與周圍的水分子相互作用，導致僅僅它們的二級或者三級結構破壞。最后， 我們還將使用術語“可溶性”來表示這樣的聚合物，典型的是具有粒狀結構的聚合物(例如淀粉)，其與水分子混為一體，并因此有效的溶脹在水中，形成粘稠的膠體分散體。此外，這些水溶性聚合物可以僅僅在熱水存在下溶解，并且因此能夠在低于其溶解的溫度以粒狀形式懸浮于液體施膠粘合劑中。它們隨后可以通過在瓦楞紙方法中，加熱該施膠粘合劑而變成可溶性的。本領域技術人員能夠容易的基于上述定義來確定適用于本發明的聚合物。這樣的聚合物的例子包括但不限于多糖和多糖衍生物，木質素磺酸鈉(sodium lignosulfonate), 硅酸鈉，聚乙烯醇和聚氧乙烯。優選的，本發明的聚合物將選自多糖或者多糖衍生物，包括天然的或者改性的淀粉，葡萄糖粉，干玉米糖漿固體和大豆粉等。更優選的，該聚合物將選自天然的或者改性的淀粉。天然淀粉可以來自任何可獲得的來源，包括例如馬鈴薯，玉米，小麥，大米，木薯，豌豆，高梁和西米。它們可以是蠟狀或者非蠟狀淀粉。改性淀粉是天然淀粉，其已經例如通過酶、化學和/或熱處理來改性，并且包括(僅僅作為例子)氧化淀粉，酸稀化的淀粉，酯化的淀粉，醚化的淀粉，糊精，麥芽糊精，交聯的淀粉等。根據一種可能的實施方案，本發明的聚合物將是右旋糖(dextrose)當量(DE)為4_20的麥芽糊精。本發明的施膠粘合劑可以包含上述的僅僅一種類型的聚合物或者它可以包含兩種或多種這樣的聚合物的混合物。總之，它優選將包含30-95%，優選40-90%，更優選50-90%,更優選60-90重量％的所述的聚合物，基于干重。它還可以包含平均分子量(Mw)高于200000道爾頓的天然淀粉。這些天然淀粉可以來自任何來源，但是優選是天然小麥或者玉米淀粉。它們優選在本發明的施膠粘合劑中的含量1-70重量％，基于干重，更優選含量是2-50%，甚至更優選含量是5-30重量％。本發明的施膠粘合劑還將典型的包含硼砂或者硼砂衍生物(例如硼砂十水合物)，優選的量是0. 1-5重量％，基于干重，更優選的量是0. 1-2重量％。因此，在一種特別優選的實施方案中，本發明的施膠粘合劑將包含低分子量水溶性聚合物、天然淀粉和硼砂或者硼砂衍生物。它還可以包含一種或多種添加劑，選自填料例如碳酸鈣，高嶺粘土或者二氧化鈦； 粘結添加劑例如聚乙酸乙烯酯，聚乙酸乙烯酯-乙烯或者丙烯酸聚合物；保濕劑例如丙三醇，甘油或者脲；增粘劑例如硼酸鈉或者偏硼酸鈉；耐水樹脂例如脲醛樹脂，酚醛樹脂或者酮醛樹脂；流變改性劑例如羧甲基纖維素，黃原膠或者瓜爾膠；消泡劑；防腐劑；抗菌劑及其任意的兩種或者多種的混合物。填料優選的含量可以是1_30%，更優選5-30%，最優選10-20重量％，基于干重。粘結添加劑的含量可以是1-30%，更優選5-30重量％，基于干重。保濕劑的含量可以是0. 1-10%，更優選0.5-5重量％，基于干重。增粘劑的含量可以是 0. 1-10%，更優選0. 5-10重量％，基于干重。耐水樹脂的含量可以是0. 1_10%，優選的含量是 1-5重量％，基于干重。流變改性劑的含量可以是0.1-5重量％，基于干重。消泡劑、防腐劑和抗菌劑優選以有效的含量來混入，典型的是0. 1-1重量％，基于干重。在期望或者適當時，還可以包括另外已知的添加劑。它們的性質和濃度由本領域技術人員通過基于常規實踐而是易于確定的。最終的施膠粘合劑(即，處于它的備用狀態的施膠粘合劑)優選的總干物質重量是20-80%，更優選30-60%。有利的是當在25 °C，100 rpm和用No. 4轉子來測量時， Brookfield 粘度是 100_3000mPas，優選 500-2000mPas,甚至更優選 600_1000mPas。此外， 該備用的粘合劑優選是堿性的。根據一種具體的實施方案，它的PH高于7，優選高于8，和理想的是9-11。如果需要，該施膠粘合劑的pH可以通過加入適量的堿例如氫氧化鈉來調離
iF. ο本發明的施膠粘合劑可以如常規的瓦楞粘合劑那樣來使用，S卩，將它施用到瓦楞夾心原紙的凹槽頂端上，但是優選直接施用到一張或多張襯紙上，類似于涂料或者表面施膠組合物。可選擇的，它可以施用到瓦楞夾心原紙的凹槽頂端上和作為基本上連續的膜施用到襯紙上。在仍然另外的一種實施方案中，它可以作為基本上連續的膜施用到瓦楞夾心原紙上，使用或者不使用襯紙包覆。因此，本發明還涉及一種新的生產瓦楞紙板的方法，特征在于它包括下面的步驟
-提供至少一張瓦楞夾心原紙和至少一張襯紙；
-用施膠粘合劑涂覆所述襯紙和/或瓦楞夾心原紙的至少一個表面，該施膠粘合劑包含至少一種低分子量的冷水可溶性聚合物；
-任選的將該施膠粘合劑施用到至少一張瓦楞夾心原紙的至少一個面上的凹槽頂端
上；
-將該瓦楞夾心原紙和/或襯紙的粘合劑表面(即，粘合劑施用到其上的一個或多個表面，無論是否是連續的)置于一起，來引起粘附；和-干燥所形成的瓦楞紙板。作為此處使用的，術語“瓦楞紙板”可以指的是附著到至少一張非瓦楞夾心原紙 (或者“襯紙”)上的包含任何紙張類型材料的至少一張瓦楞夾心原紙。該術語因此包括單面紙板、雙面紙板二者和全部上述類型的多壁紙板。根據本發明的方法所生產的瓦楞紙板可以具有任何的凹槽高度。例如4. 0-4. 8mm 的凹槽高度被稱作A-凹槽；2. l-3mm的凹槽高度被稱作B-凹槽；3. 2-3. 9mm的凹槽高度被稱作C-凹槽；1. 0-1. 8mm的凹槽高度被稱作E-凹槽；大約0. 75mm的凹槽高度被稱作F-凹槽；和0. 5-0. 55mm的凹槽高度被稱作N-凹槽。E_、F_和N-凹槽也被稱作微-或者納-凹槽。當然，如果該紙板是多壁紙板，每個“壁”可以具有不同高度的凹槽。典型的組合例如是包含B-和E-凹槽二者的雙壁紙板。作為此處使用的，術語“涂覆”或者“涂覆的”目的是將本發明所用的粘合劑施涂方法與瓦楞紙工業中典型使用的常規凹槽-頂端施涂方法區分開來。它指的是這樣的事實，用本發明的施膠粘合劑在該一張或多張襯紙和/或一張或多張瓦楞夾心原紙的基本整個表面上，在至少一個面上覆蓋它們。當然，對于含有多于一張襯紙和/或多于一張瓦楞夾心原紙的瓦楞紙板來說，優選的但非必需的是涂覆每個紙張。因此，例如，雙面紙板可以包含一張涂覆有本發明的施膠粘合劑的襯紙和一張未涂覆的襯紙。但是，優選的，兩張襯紙都在至少一個面上涂覆。將該施膠粘合劑施涂到一張或多張襯紙和/或瓦楞夾心原紙上可以使用任何可用的方法來實現。已知的涂覆工藝的例子包括但不限于氣刀涂覆，桿涂，棒涂，繞線棒涂，噴涂，刷涂，流延涂覆，柔性刀涂，凹板涂覆，噴射涂覆器涂覆，短暫停涂覆，滑動料斗涂覆，簾涂，平板涂覆，施膠壓榨涂覆，逆轉輥涂覆和轉移輥涂覆(計量施加壓榨或者柵輥涂覆)。優選該施膠粘合劑的涂覆在瓦楞機上進行。為了簡化該施膠粘合劑的施涂，根據一種優選的實施方案，在涂覆到至少一張襯紙上之前，可以加熱到30-80°C，優選40-60°C。優選該施膠粘合劑將以下面的量施涂到至少一張襯紙和/或瓦楞夾心原紙上最高20g/m2，基于干重，更優選l-15g/m2，甚至更優選 3-10g/m2。在施涂之后，將該至少一張襯紙的涂覆(或者“粘合劑”)表面與一張瓦楞夾心原紙(其本身可以涂覆有施膠粘合劑或者具有施用到它的凹槽頂端上的粘合劑)接觸，來引起粘附。這個步驟優選是在壓力下進行的。有利的，已經發現該瓦楞夾心原紙和襯紙之間的結合不需要與本領域常規的瓦楞粘合劑相同程度的加熱。因此，根據一種具體的實施方案，該結合步驟可以在低于200°C，優選低于100°C的溫度來進行。紙板的干燥可以類似的在相對低的溫度(即，低于200°C，優選低于100°C )進行。有利的，已經發現通過使用上述方法，可以獲得可更強和/或更廉價生產的瓦楞紙板。同樣，根據上述方法所獲得的或者能夠獲得的瓦楞紙板，和/或瓦楞紙板(其一張或多張襯紙和/或瓦楞夾心原紙的至少一張上涂覆有上述施膠粘合劑)也是本發明的一部分。具體的，已經發現與相應的未涂覆的紙張相比，這樣的紙張具有高出至少1%的短跨度壓縮強度(short span compression)，優選高出至少洲，基于每克所添加的淀粉。還已經發現與相應的未涂覆的紙張相比，該襯紙具有高出至少1%的壓垮強度(ring crush strength)，優選高出至少洲，基于每克所添加的淀粉。此外，本發明的瓦楞紙板可以有利的用較少重量(質量)的紙張材料來生產，而不影響所述紙板本身的品質。因此，一種降低瓦楞紙板制造中所用的所需紙張重量的方法包括用此處所述的施膠粘合劑涂覆所述的紙張，其也是本發明的一部分。有利的，所需的紙張重量可以降低最高15g/m2，優選3-15g/m2，更優選3_8g/m2，甚至更優選3_5g/m2，例如 4-5g/m2，基于每克所添加的施膠粘合劑。結果，不大于400g/m2，優選75_200g/m2的纖維紙張重量可以用于瓦楞紙板的至少一張襯紙和/或瓦楞夾心原紙的一種或多種。優選對于雙面或者多壁紙板來說，全部的襯紙和/或全部的瓦楞夾心原紙將選自重量為75-400g/m2的纖維材料。本發明的某些實施方案現在將通過下面的非限定性實施例來描述。 實施例實施例1
樣品粘合劑是通過將表1所列出的干燥成分與水混合來制備的。將每個樣品使用攪拌器以1000 rpm混合30min。樣品4和5然后加熱(在92°C進行IOmin)。其他樣品不加熱。 最終的產品每個的Brookfield粘度是700_900mPas。樣品1被包括來作為對比例，它不是本發明的組合物。樣品2-6是根據本發明的施膠粘合劑的實施例。表 權利要求
1.一種用于瓦楞紙的施膠粘合劑，特征在于它包含至少一種低分子量的水溶性聚合物。
2.根據權利要求1的施膠粘合劑，特征在于該聚合物的平均分子量(Mw)低于200000。
3.根據權利要求1或者權利要求2的施膠粘合劑，特征在于它包含30-95重量％的聚合物，基于干重。
4.根據前述任一權利要求的施膠粘合劑，特征在于該聚合物選自多糖、多糖衍生物、木質素磺酸鈉、硅酸鈉、聚乙烯醇、聚氧乙烯或者其兩種或者多種的混合物。
5.根據前述任一權利要求的施膠粘合劑，特征在于該聚合物選自一種或多種麥芽糊 ρ； Ib ο
6.根據前述任一權利要求的施膠粘合劑，特征在于它的總干物質量為20-80重量％。
7.根據前述任一權利要求的施膠粘合劑，其進一步包含選自下面的一種或多種添加齊 :填料、粘結添加劑、保濕劑、增粘劑、耐水樹脂、流變改性劑、消泡劑、防腐劑、抗菌劑和其兩種或者多種的混合物。
8.根據前述任一權利要求的施膠粘合劑，特征在于它的PH是7或者更高。
9.一種瓦楞紙板，其包含結合到至少一張襯紙上的至少一張瓦楞夾心原紙，特征在于-將一張或多張的瓦楞夾心原紙和/或一張或多張襯紙用根據權利要求1-8任一的施膠粘合劑進行涂覆；和/或-用所述的施膠粘合劑將至少一張瓦楞夾心原紙結合到至少一張襯紙上。
10.根據權利要求9的瓦楞紙板，特征在于至少一張襯紙和/或至少一張瓦楞夾心原紙的一張或多張的重量不大于400g/m2。
11.一種生產瓦楞紙板的方法，特征在于它包括下面的步驟 -提供至少一張瓦楞夾心原紙和至少一張襯紙；-用根據權利要求1-8任一的施膠粘合劑涂覆所述襯紙和/或瓦楞夾心原紙的至少一個表面；-任選的將該施膠粘合劑施用到所述瓦楞夾心原紙的至少一個面上的凹槽頂端； -將該瓦楞夾心原紙和/或襯紙置于一起來引起粘附；和 -干燥所形成的瓦楞紙板。
12.根據權利要求11的方法，特征在于使所述紙接觸的步驟是在低于200°C的溫度進行的。
13.根據權利要求11或者權利要求12的方法，其中該至少一張襯紙涂覆有最高20g/ m2量的該施膠粘合劑，基于干重。
14.一種降低在瓦楞紙板制造中使用的紙張的所需重量的方法，其包括用根據權利要求1-8任一的施膠粘合劑涂覆所述的紙張。
15.根據權利要求14的方法，特征在于紙張的所需重量可降低最高15g/m2，優選降低 3_15g/m2，更優選降低3-8g/m2，基于所添加的每克施膠粘合劑。
全文摘要
一種用于瓦楞紙的新的粘合劑組合物，特征在于它包含至少一種低分子量的水溶性聚合物。
文檔編號C09J105/00GK102471653SQ201080035668
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月19日 優先權日2009年8月10日
發明者J. M. 安德里森 F., 楊努施 L., 奧布拉多維奇-桑曼 P. 申請人:卡吉爾公司