Emballage EndUser et adhésifs dextrine d'amidon à base
Cet article fournit une vue d'ensemble des matières premières qui entrent dans les colles d'amidon et de dextrine, les procédés de fabrication d'adhésif, et les additifs qui sont couramment utilisés dans des formulations pour l'amélioration des propriétés spécifiques.
Et des adhésifs à base d'amidon dextrine jouent un rôle important dans la production industrielle, en particulier l'industrie de l'emballage. L'amidon et la dextrine sont principalement utilisés pour des produits de papier adhésif. La plupart carton pour boîtes en carton ondulé pour la fabrication de cartons est lié avec des adhésifs à base d'amidon, et d'autres substrats poreux peut être facilement jointe à ces adhésifs polyvalents.
Amidon et adhésifs dextrine sont facilement disponibles, peu coûteux et facile à appliquer de la dispersion de l'eau. Ils sont considérés comme la classe la moins coûteuse d'adhésif d'emballage en papier. l'amidon et les adhésifs formulés dextrine peut être appliquée à chaud ou à froid. Ces adhésifs sont généralement fournis sous forme de poudre et mélangés avec de l'eau avant utilisation pour former une pâte relativement épaisse. L'amidon et le traitement de la dextrine par la perte d'humidité. Étant donné que ces adhésifs durcissent à une structure thermodurcissable, ils ont une excellente résistance à la chaleur. Un autre avantage important est leur vitesse de durcissement très lent, ce qui permet le temps d'assemblage suffisant. Les inconvénients comprennent une mauvaise résistance à l'humidité et la croissance de moisissures.
Cet article examinera les matières premières qui entrent dans les adhésifs d'amidon et de dextrine, les procédés de fabrication d'adhésifs, et les additifs qui sont couramment utilisés dans les formulations pour l'amélioration des propriétés spécifiques. Enfin, les applications communes et des formulations d'adhésifs à base de dextrine et d'amidon-seront examinées.
Matières premières
Les deux l'amidon et la dextrine (dextrine est l'amidon qui est traité plus) sont considérés comme des polymères d'hydrates de carbone, et ils viennent essentiellement les mêmes sources. L'amidon est un polymère naturel (un polysaccharide) dérivée des graines, des racines et des feuilles des plantes. Seules quelques plantes donnent l'amidon en quantité suffisante pour être économique: le maïs, le blé, pomme de terre, le riz, le tapioca et sagou. La qualité de l'amidon doit être élevée pour produire des adhésifs de haute qualité.
L'amidon est composé de deux molécules: amylose et l'amylopectine. L'amylose se compose de chaînes longues hélicoïdales, et l'amylopectine présente une structure ramifiée. L'amidon n'a pas une composition uniforme. Sa structure moléculaire et le taux d'amylase / amylopectine varient en fonction de la source végétale. Ainsi, les caractéristiques de traitement et des propriétés finales varient aussi. Les différences les plus importantes entre les amidons sont le poids moléculaire de la fraction d'amylose et le rapport de l'amylose à l'amylopectine.
La plupart des amidons contiennent 20-30% en poids d'amylase, bien que certains types spécialisés peuvent avoir aussi peu que 0% ou jusqu'à 80%. En raison de la fraction d'amylose, l'amidon en suspension dans l'eau froide est essentiellement incapable d'agir comme adhésif parce que l'amidon est si étroitement lié dans les régions cristallines. Ces granules doivent être ouverts grâce à un traitement pour obtenir une liaison adhésive.
Fabrication d'amidon adhésif
Chauffage dans l'eau est la méthode la plus simple de rompre les granules d'amidon. Lors du chauffage dans de l'eau, des granules d'amidon gonflent premier puis éclatent avec un épaississement de la suspension résultante. La température à laquelle cet épaississement de la suspension se produit est appelée la température de gélification. Pour la plupart des amidons dans l'eau pure, la gélification se produit entre 57 et 72 ° C (voir tableau 1). Sous cette forme, l'amidon est pas une vraie solution, mais une suspension colloïdale.
La pâte d'amidon a maintenant une viscosité élevée et agit comme un adhésif. Si la concentration de l'amidon est supérieure à 7%, la pâte cuite est très visqueux et difficile à pomper. Au-dessus de 15% de matières solides d'amidon, la pâte cuite formant une masse immobile caoutchouteux lors du refroidissement. En suspension ayant un rapport plus élevé d'amylose / amylopectine aura une viscosité plus élevée.
amidon Pregelation est produit par modification physique de l'amidon pour conférer l'aptitude à former une pâte facilement dans l'eau froide. Le procédé consiste à chauffer la suspension d'amidon à une température supérieure à la température de gélification puis séchage rapide de l'amidon peut se produire avant le retard. Les principaux équipements de procédé utilisé est un séchoir ou d'un rouleau à chaud tambour chauffé.
des amidons non modifiés, tels que ceux produits par les étapes décrites précédemment, sont sous forme de poudre (pregelation) ou de haute viscosité, les pâtes à faible teneur en matières solides qui ne présentent pas une viscosité stable dans le temps. Par conséquent, plusieurs traitements ont été mis au point pour fournir des adhésifs liquides qui ne sont pas soumis à une rétrogradation et ont la viscosité et rhéologie plus approprié pour de nombreuses applications. Ces méthodes de traitement comprennent un traitement alcalin, un traitement acide et à l'oxydation.
La température de gélification peut être abaissée par l'addition d'un alcali, comme l'hydroxyde de sodium, à la suspension d'amidon. Si on ajoute suffisamment alcalin, l'amidon peut être induite à un gel à la température ambiante.
modification d'acide de l'amidon est obtenu par chauffage de l'amidon à 49-54 ° C avec de petites quantités d'un acide minéral aqueux, suivie d'une neutralisation avec une base. Ceci tend à rendre une solution beaucoup plus mince à la même teneur en matière sèche par rapport à l'amidon non modifié. Les amidons préparés de cette manière sont souvent appelés amidons mince à point d'ébullition ou à haute fluidité. modification acide est souvent utilisé lorsque les applications nécessitent que le contenu en matières solides plus élevées, mais contrôlée, une viscosité plus faible.
L'oxydation de l'amidon est généralement obtenu par traitement avec de l'hypochlorite alcaline aqueuse. Une suspension d'amidon à un pH de 8 à 10 est traitée avec de l'hypochlorite (5-10% Cl à base d'amidon) pendant une durée suffisamment longue pour produire la viscosité désirée. L'acide est libéré au cours de la réaction, de sorte que la base doit être ajoutée pour maintenir le pH optimum pour la réactivité. amidon séché oxydé est généralement plus blanc que l'amidon non modifié. En raison de la faible couleur, ces amidons sont souvent utilisés pour le dimensionnement et le revêtement de papiers d'impression. Ces amidons oxydées ou chlorés se comportent comme des amidons modifiés par un acide. Cependant, l'amidon oxydé a une plus grande adhérence et le caractère adhésif et, par conséquent, est souvent utilisé dans des applications adhésives.
Le processus de Stein-Hall
Container unique, ou "No-Carrier," Processus
Toute cette opération peut également être effectuée dans un système à un conteneur dans lequel il n'y a aucune partie de support de l'adhésif. Dans ce procédé, une solution de soude caustique est ajoutée à une suspension d'amidon à gonfler uniformément les granules d'amidon jusqu'à ce qu'ils atteignent la viscosité colle nécessaire. Un acide est ensuite ajouté pour arrêter ce processus de gonflement court de gélatinisation complète et borax est finalement ajouté.
Lors de la préparation de tels adhésifs seul récipient, il est essentiel de contrôler soigneusement la concentration et de la température de la suspension d'amidon et la solution caustique, et pour arrêter le gonflement au stade approprié de faire en sorte que la viscosité requise est obtenue. Les avantages du système d'amidon seul récipient comprennent:
- Moins de chaleur nécessaire à la formation d'une liaison (comme les granules d'amidon sont déjà partiellement gonflé)
- Moins d'eau libre
- La viscosité permet d'augmenter la vitesse des machines et à la réduction de la production de la carte gauchie
- stockage supérieure et la stabilité au cisaillement est autorisé
Fabrication de colles dextrine
colles de dextrine sont fabriqués par l'amidon sec torréfaction en présence d'un catalyseur acide. Grâce à des traitements avec de la chaleur et de l'acide, les molécules d'amidon sont hydrolyses en petits fragments, puis en repolymerized, des molécules de polymère facilement solubles hautement branchés de taille modérée. La fécule de maïs est couramment utilisé en raison de son faible coût et disponibilité immédiate, bien que d'autres amidons sont également utilisés.
A la différence de l'amidon, les dextrines sont solubles dans l'eau. La sévérité du traitement thermique et de l'acide détermine le degré de solubilité, qui est la base pour la classification des dextrines. dextrines finis prennent une forme de poudre très fine, dont la couleur varie du blanc pur au brun.
Il existe trois principaux types d'adhésifs de dextrine: dextrines blanc, dextrine canari (ou jaune) et les gommes britanniques. Les différences sont déterminées par le temps de cuisson et la température et la quantité de catalyseur utilisée. Le tableau 3 décrit les propriétés de ces adhésifs de dextrine.
les gommes britanniques sont dextrines avec le plus haut poids moléculaire, et si elles sont les adhésifs les plus forts parmi les dextrines, leur teneur en matières solides utilisables-maximum de seulement environ 25%. dextrines jaunes sont les plus bas poids moléculaire. Des matériaux de ce type sont disponibles avec une viscosité de seulement 1700 cps à une concentration de 60%. dextrines blanches ont la plus faible des trois couleurs, et leur masse moléculaire est intermédiaire entre celles des deux autres.
Dextrine sont souvent préférables à l'amidon, car ils ont besoin de moins ou pas de cuisson et beaucoup moins d'eau pour former la pâte. Cela signifie que le temps de séchage est réduite et il est peu probable que l'infection de moisissures dans les climats plus chauds. Comme adhésifs, dextrine sont utilisés dans la plupart des mêmes applications que les colles d'amidon. Les dextrines sont également utilisés en tant que matériau de liaison de base dans la fabrication de noyaux de fonderie. Ici, la fonction principale est de fournir une bonne résistance verte et pour empêcher la déformation du noyau avant d'être tiré dans le four.
Additifs et Modificateurs
Les propriétés des adhésifs d'amidon et de dextrine qui peuvent être modifiés par l'intermédiaire de variables de formulation comprennent: la viscosité; teneur en matières solides; la stabilité; clouer; caleçon; la pénétration du substrat; vitesse de séchage; la flexibilité; l'eau et la résistance à champignon; et le coût. Ces formulations dépendent généralement du type d'amidon et de modification comme indiqué ci-dessus, ainsi que les additifs utilisés.
Fréquemment, des adhésifs et des dextrine parfois à base d'amidon adhésifs sont formulés avec du borax (tetraborate de sodium) pour obtenir tack élevé à des concentrations modérées et des viscosités avec de bonnes caractéristiques de vieillissement. Ils ont également de bonnes propriétés d'adhérence et d'usinage. Le borax est généralement ajouté en des quantités allant jusqu'à 10% sur la base de l'amidon sec. L'hydroxyde de sodium est également ajouté pour convertir le borax au métaborate de sodium plus actif. Les applications incluent étanchéité de cas, l'étanchéité de la boîte en carton, les coutures du sac, enrouler le tube et la stratification.
Les produits chimiques tels que le chlorure de calcium, de l'urée, le nitrate de sodium, les sels de thio-urée et la guanidine sont utilisés comme fluidifiants pour réduire la viscosité. Ils sont également utilisés comme humectants pour contrôler le temps libre et la vitesse de séchage. Ils sont généralement ajoutés à environ 5-20% à base d'amidon sec. des stabilisants colloïdaux, tels que les savons et le chlorure de sodium, sont parfois utilisés pour retarder la tendance à la rétrogradation.
Les charges minérales, telles que l'argile de kaolin, le carbonate de calcium et le dioxyde de titane, sont souvent utilisés dans les adhésifs d'amidon et de dextrine pour réduire la pénétration du coût et de contrôle dans des substrats poreux. Ils sont généralement utilisés à des concentrations de 5-50%. des agents thixotropes comme bentonite sont souvent utilisés dans certaines applications pour contrôler la viscosité.
D'autres additifs que l'on trouve dans les adhésifs et à base dextrine d'amidon comprennent les conservateurs, les agents de blanchiment et anti-mousse. Des conservateurs qui sont couramment utilisés pour empêcher l'activité microbienne comprennent le formaldehyde (35% de matières solides) à 0,2 à 1,0%, sulfate de cuivre à environ 0,2%, le sulfate de zinc, les benzoates, les fluorures et les phénols. Les effets toxiques doivent être soigneusement examinés avant de choisir un agent de conservation. des agents de blanchiment communs comprennent le bisulfite de sodium, l'hydrogène et le peroxyde de sodium et le perborate de sodium. Les solvants organiques sont parfois ajoutés pour améliorer l'adhérence à des surfaces cirées.
Applications communes et Formulations
La majorité des colles d'amidon et de dextrine sont utilisés dans les industries du papier et du textile. Les utilisations finales principales d'amidon et de dextrine adhésif sont présentés dans le tableau 4. Certaines des applications les plus courantes pour ces adhésifs sont décrits ci-dessous.
La plupart carton pour boîtes en carton ondulé pour la fabrication de boîtes en carton est collée avec des colles à base d'amidon. Une fraction de l'amidon nécessaire à la formulation de l'adhésif est gélatinisé avec une base caustique aqueuse. Ceci est mélangé avec une suspension concentrée de granules d'amidon non modifié (voir le tableau 1). Une formulation typique de la colle d'amidon inclut également de la bentonite (utilisé comme agent thixotrope), le borax (à la vitesse de gélatinisation), et une petite quantité d'agents de conservation (pour une utilisation comme inhibiteur de moisissures). La pâte est appliquée à froid aux cannelures ondulées et les doublures. Lors d'une exposition ultérieure à la chaleur, les granules d'amidon gonflent et éclatent en formant une liaison forte.
colles à base d'amidon sont également couramment utilisés dans la fabrication de sacs. Normalement, les trois adhésifs sont utilisés dans la présente demande: couture, contre-collage, et le creux. Dans la production des sacs, le papier est d'abord formé en un long tube avec une colle couture latérale. La teneur en matières solides et la viscosité de ces adhésifs sont relativement faibles. Ils sont généralement fabriqués à partir de dextrine blanche très soluble ou de l'amidon modifié par un acide. L'adhésif de fond est fabriqué à partir d'une pâte plus visqueuse, et il a généralement une plus grande adhérence. Les pâtes de fond sont normalement composés de dextrine ou d'amidon blanc. Les formulations typiques pour les adhésifs couture et talonnage sont présentés dans les tableaux 5-6. adhésifs Cross-pâte sont utilisés pour la fabrication de sacs à parois multiples. En général, les charges minérales sont ajoutées à cet adhésif de sorte qu'il ne traverse pas le papier.
adhésifs de stratification doivent présenter une pégosité élevée, une faible permeation du substrat et le comportement non-curling. L'adhésif doit également satisfaire aux exigences de l'équipement de laminage. dextrine blanc est souvent utilisé dans cette application. Une formulation typique est montré dans le Tableau 7. Sucre, est souvent ajouté du nitrate de sodium ou de l'urée à 30 à 50% de la dextrine pour augmenter les solides et pour commander le temps ouvert. Fleuret laminations nécessitent un adhésif à base de résine pour l'adhésion et la résistance à l'eau. Et tandis que les types alcalines-amidon offrent une excellente adhérence sur une feuille d'aluminium et une bonne résistance à la chaleur, ils démontrent également une mauvaise résistance à l'eau.
Aujourd'hui, la plupart des boîtes en carton sont scellés avec des colles liquides ou des adhésifs thermofusibles. Ceux-ci sont généralement préférés en raison de leur grande vitesse de fonctionnement et la capacité à se lier solidement à de nombreux substrats différents. Cependant, les adhésifs de dextrine sont utilisés dans certaines applications où doit être réalisé à faible coût. Carton d'étanchéité adhésifs nécessitent une viscosité faible et stable, et ils doivent mettre en place rapidement. Une formulation pour un adhésif de dextrine blanche pour le scellement de carton est fourni dans le tableau 8.
Adhésifs pour rubans, des étiquettes, des enveloppes et des applications similaires exigent la capacité noncurling, et ils devraient être pas bloquantes dans des conditions humides. Certains adhésifs de bandes et étiquettes doivent également être capables de remouillage ou réhumidification. Cela exige généralement que la formulation contiennent de l'amidon modifié par un acide ou dextrine blanc et jaune solubles haute pour permettre le contenu haute teneur en solides. Une formulation pour un adhésif de réhumidification qui est souvent utilisé pour les enveloppes est donné dans le tableau 9.
Dextrine et des amidons convertis sont souvent utilisés pour les étiquettes de liaison. Dans l'étiquetage des bouteilles, des gommes de gelée à base d'amidon haute teneur en solides collantes représentent, à séchage lent, des adhésifs résistant à l'humidité. Ils présentent une bonne adhérence au polyéthylène et le polypropylène traité. Les formulations dextrine sont utilisés là où sont requises une concentration élevée et la vitesse.
Les références
1. Lazare, D.M. « Les adhésifs à base d'amidon, » Ch. 10, adhésifs et Adhesion, Vol. 7, K.W. Allen, éd. Applied Science, Londres: 1983.
2. Bauer, i.v. Les brevets US 2.051.025 (1936), 2.102.937 (1937), 2.212.557 (1940).
3. Jarowenko, W. "Adhésifs à base d'amidon," Ch. 12, Manuel des adhésifs, van Nostrand, New York: 1977.
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