Brevet FR2306247A1 — publié le 19761029

La présente invention concerne un nouveau procédé de pm ration d'un liant renfermant de amidon. L'invention concerne plus particulièrement un nouveau procédé pour préparer un adhésif à base d'amidon, constitué d'un seul composant de type amidon, de qualité régulière, qu'on forme en gonflant partiellement des grains d'amidon. lies adhésifs d'amidon qu'on prépare selon ce procédé conviennent particulièrement bien pour fabriquer le carton ondulé qui est une forme industrielle importante du carton. Actuellement, on fabrique en continu le carton ondulé en utilisant pour le stade de collage un adhésif d'amidon qu'on gé latgDse et qu'on durcit par chauffage. Il est très courant d'utiliser un adhésif d'amidon constitué de deux composants de type ari- don dont l'un, qui est de l'amidon gélatinisé, se comporte comme un support du second composant qui est de l'amidon non gélatinisé, c'est-à-dire comme un milieu stabilisant la suspension d'amidon. On prépare généralement les dieux composants dans les cartonneries dans des récipients séparés et On les mélange ensuIte. On prépare généralement le support en chauffant de l'amidon mélangé à de 1' eau en présence d'une base, à une température supérieure à la température de gélification de l'amidon, jusqu'à ce que l'amidon soit totalement gélatinisé. On prépare l'amidon non gélatinisé dans un récipient séparé, en mélangeant simplement l'amidon non gélatinisé avec de l'eau et une petite quantité de borax. On obtient l'adhésif final en mélangeant les deux composants. Le pouvoir collant est dû à la gélatinisation brusque de l'amidon non gélatinisé lorsqu'on chauffe l'adhésif entre les surfaces à coller généralement sous pression, à une température élevée. On a récemment utilisé, pour remplacer l'adhésif précédemment décrit, un adhésif d'amidon constitué d'un seul composant d'amidon partiéllement gonflé. Dans ce procédé, décrit par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 355 307, les brevets Grande Bretagne nO 1 079 387 et nO 1 302 942, le brevet d'Allemagne Fédérale nb 1 567 363 et le brevet Finlande nO 43 973, on gonfle chimiquement l'amidon en utilisant une base à une température inférieure à la température de gélification, jusqu'à ce qu'on atteigne une viscosité déterminée et on arrete ensuite le gonflement de l'amidon en neutralisant une partie de la base avec un salent acide et/ou en abaissant suffisamment la température, par exemple en ajoutant de l'eau froide ou de la glace. La pratique a montré que, bien que ce procédé n'utilisant pas de support présente certains avantages par rapport au procédé à deux composants, son emploi n'est pas particulièrement simple et que la qualité des adhésifs varie. Les instructions de préparatIon doivent être suivies rigoureusement pour qu'on obtienne un adhésif satisfaisant. La réaction de préparation comporte au moins six variables indépendantes qui sont la quantité d'amidon, la quantité d'eau, la quantité de base, la quantité d'agent d'ar rêt, la température et la durée réactionnelle. Plus les variables indépenCantes ont d'effet sur 1 rection, plus il est difficile de la régler comme le prouvent les difficultés rencontrées en pratique. Les quantités de base et d'agent d'arrêt sont faibles par rapport aux quantités d'amidon et d'eau et par conséquent, de petites variations de leur dosage modifient les caractéristiques de l'adhésif ou nécessitent des changements des variables indépendantes restantes, en particulier de la tem,pérature et de la durée réactionr elle. La durée réactionnelle doit etre très précise, sinon les grains d'aidon gonflent trop peu, auquel cas la viscosité de 11 adhésif demeure faible et le collage final est retardé, où gonflent trop auquel cas la viscosité de l'adhésif est trop élevée et le transfert de l'adhésif dans la machine de collage devient plus difficile et la fixation par l'adhésif est irrégulière.La façon dont on ajoute la base est très importante car un mélange irrégulier de la base dans la suspension d'amidon provoque localement des excès de gonflement et de gélatinisation des grains d'amidon en produisant de petits gels d'amidon dans 1' adhésif dont la qualité devient irrégulière. Ces faits contrent que la production d'un adhésif régulier n'est possible que si on utilise un dispositif automatique controlant généralement la viscosité de l'adhésif (voir Tapi, Vol. 50, n 8, 57 A - 60 A 1967). L'utilisation d'un dispositif automatique constitue une solution très coûteuse et compliquée. Le procédé de l'invention permet d'obtenir un adhésif d' amidon constitué d'un seul compossnt d'amidon, de qualité régulière, et qui est constitué de grains d'amidon gonflés. Le procédé simple et rapide de l'invention fournit - un adhésif d'amidon dans lequel l'amidon non gélatinisé -sous forme dtune suspension aqueuse a été traité uniquement p".'4 la chaleur pour gonfler les grains d'amidon jusqu ' obtetin flue viscosité appropriée, sans gélatinisation merle partielle de l' amidon, - un adhésif d'amidon qui est sinople, de qualité régulière et homogène et constitué d'un seul composant d'amidon, - un adhésif d'amidon de viscosité extrêmement stable même lorsqu'on le conserve pendant des durées prolongées et qui se gélatinise en formant une union rapide et complète après un chauffage relativement faible, - un adhésif d'anidon qu'on peut préparer de façon discontinue ou continue dans un appareil simple, - un adhésif d'amidon qu'on peut également sécher facilement et distribuer à l'utilisateur sous forme d'une poudre prête à l' emploi. Le procédé de l'invention rend inutile l'utilisation d'agents alcalins dans'le gonflement de l'amidon. Dans le procédé de préparation selon l'invention il n'existe que quatre variables réactionnelles : quantité d'amidon, la quantité d'eau, la température et la durée réactionnelle. Par conséquent, dans ce procédé, les deux variables qui sont les plus difficiles à contrôler, c' est-à-dire la quantité de base et la quantité d'agent d'arrêt, sont supprimées, ce qui simplifie considérablement la préparation de l'adhésif d'amidon et en moeme temps assure la production d'un adhésif de qualité régulière. Il convient de noter que, si on le désire, on peut supprimer une des variables réactionnelles, la durée réact-lonnelle, Pour cela, on apporte à la suspension aqueuse d'amidon une quantité de chaleur soigneusement déterminée et on laisse la réfaction s'effectuer jusqu'à équilibre pa rapport à l'environnement et au degré de gonflement. Ceci constitue une différence importante par rapport aux procédés de production connus des-~adhésifs à un seul composant dans lesquels on effectue chimiquement le gonflement de l'amidon en utilisant une base. Dans les procédés connus, le mélange réactionnel renferme toujours un excès de base et, par conséquent, la réaction n'atteint pas spontanément un équilibre et se poursuit Jusqu a ce qu'on l'arrête. Le procédé de préparation selon l'invention est, de plus, caractérisé par le fait que l'adhésif d'amidon gonflé, que l'on a fait gonfler uniquement par la chaleur, peut être séché et distribué à l'utilisateur sous forme d'une poudre. Gette possibilité convient particulièrement aux utilisateurs dont la consommation annuelle d'adhésif est relativement faible. Il suffit que l'utilise sateur de l'adhésif mélange une quantité appropriée de l'amidon déjà gonflé, dans lseau et, s'il le désire, qu'il ajoute des additifs connus en soi abaissant la température de gélification de l'adhésif, modifiant la capacitéde 1 union de l'adhésif ou de résistance à l'humidité du collage.Une telle poudre adhésive prête à l'emploi, constituée dsun-seul composant d'amidon gonflé, était, avant l'invention, extrêmement difficile à fabriquer car sa fabrication nécessitait l'utilisation d'agents basiques pour le gonflement de l'amidon, ces agents basiques rendant extrêmiement difficile le séchage de l'amidon gonflé et facilitant la gélatinisation de l'amidon à la température de séchage. Le procédé de préparation d'un nouvel adhésif amélioré d' amidon constitué d'un seùl composant d'amidon gonflé, de qualité régulière, est caractérisé en ce que 1) on prépare une suspension aqueuse d'amidon non modifié et non gélatinisé ou d'amidon modifié non gélatinisé renfermant 35 à 45 ,! en poids d'amidon, 2) on chauffe la suspension d'amidon ainsi préparée à une température ne dépassant pas 65"C, et en tout cas inférieure à la température de gélification de l'amidon utilisé, jusqu'à ce que la viscosité de la suspension d'amidon atteigne une valeur de 500 à 1000 cPo, déterminée avec un viscosimètre Brookfield avec une tige ne 2, à vitesse de 100 tr/mn, 3) on arrête le chauffage et on dilue la suspension de grains d'amidon gonflés en utilisant 1 à 3 parties en poids d'eau par partie en poids de suspension d'amidon, 4) on ajoute s'il est nécessaire à l'adhésif ainsi obtenu, sous une forme prête à l'emploi, des additifs connus en soi tels que le borax, c'est-à-dire le tétraborate de sodium, l'hydroxyde de sodium, une résine d'urée-formaldéhyde, une résine de phénolformaldéhyde, etc. Selon l'invention, on met l'amidon en suspension dans l'eau en agitant de façon continue dans un récipient approprié, de teille sorte que la quantité d'amidon soit de 35 à 45 e en poids. La suspension-est prête lorsque l'amidon a été mis en suspension dans l'eau, de façon régulière et sans formation d'agglomérats. On amorce le gonflement de l'amidon en élevant lentement a température de la suspension, par exemple par injection directe de vapeur. On élève la température de la suspension en agitant de façon continue, jusqu'à ce que la viscosité ait atteint une valeur maximale de 1000 cPo, déterminée avec un viscosinètre Brookfield avec une tige nO 2, à la vitesse de lOO trÈn. On atteint ce résultat selon la qualité de l'amidon et sa concentration, lorsque la température de la suspension est comprise entre 4â et 65 OG. Il est généralement bon d'arreter le chauffage lorsque la viscosité atteint une valeur de 500 cPo, déterminée comme précédemment indiqué. La durée totale de chauffage est relativement brève, gé généralement d'environ 15 à 30 mn. Bien qu'on ait avantage à laisser la viscosité s'élever régulièrement pendant une durée brève déterminée à l'-avance, où il est facile de déterminer le moment d'arrêt -du chauffage, on peut également chauffer rapidement la suspension d'amidon en agitant de façon continue à une température inférieure de quelques de grès à la température à laquelle le gonflement, selon des observations antérieures, commence à se manifester. Ensuite, on arrête le chauffage et on laisse la suspension se refroidir lentement en surveillant la viscosité. On peut également régler le gonflement de l'amidon dans une gamme appropriée, en élevant ou en abaissant la température finale de quelques degrés. Lorsque la viscosité désirée a été atteinte, on arrête le chauffage et on dilue la suspension d1amidon gonflé, avec de 1' eau froide, à la concentration convenant à l'application ; on peut utiliser 1 à 3 parties en poids d'eau par partie en poids de suspension en obtenant une suspens ion diluée renfermant 15 à 25 t en poids d'amidon gonflé.On peut ajouter, s'il est nécessaire, à 1' adhésif d'amidon final obtenu, des additifs connus tels que le tétraborate de sodium qui, comme on le sait, accélère le collage, -de.-l'hydroxyde de sodium qui abaisse la température de gélification de l'adhésif d'amidon, une résine de phénol-formaldéhyde ou d'urée-formaldéhyde qui accrott la résistance à l'état humide du collage, du formaldéhyde ou des agents semblables empêchant 1' altération microbienne de l'adhésif dans le cas de conservation prolongée, etc. De façon générale, on peut utiliser dans le procédé de 1' invention, tout amidon du commerce. On peut, par exemple, utiliser l'amidon de mais, de blé ou de pomme de terre et des aridons modifiés, par exemple par un acide, oxydés, ou des esters et éthers d'amidon. Dans le cas où l'on désire utiliser en continu le procédé de l'invention, on peut introduire la suspension préparée selon le stade 1) ci-dessus et renfer!a?it 35 à 45 v en poids d'amidon, en utilisent une pompe dans un tube de mél-nge statonnaire comportant un chauffage par la vapeur ou l'électricité.On choisit la longue::oe du tube, le degré de chauffage et le débit d'alirenta- tion de façon que la viscosité de la suspension quittant le tube et renferrnant l'amidon gonflé soit comprise entre 500 et 1000 cPo, cette valeur étant déterminée comme précédemment cecrit. Qn peut ensuite diluer cette suspension à une concentration appropriée à l'application, soit de façon discontinue en introduisant la suspension dans un récipient renfermant de l'eau de dilution, soit en continu en introduisant la suspension dans un second tube de né lange statIonnaire où on la mélange avec de l'eau. Lorsqu'on désire préparer un adhésif sous forte d'une poudre renfermant de l'amidon gonflé, on peut Introduire la suspension d'amidon gonflé à des concentrations de 35 à 45 % en poids, préparée comme ci-dessus, immédiatement après le gonflement, dans un dispositif de séchage approprié, sans la diluer. Un séchoir pneumatique annulaire, dans lequel on utilise de l'air chaud pour le séchage, convient particulièrement bien. L'invention est illustrée par les exemples non limitatifs suivants. Exemple 1 Dans un récipient en acier de 100 litres, muni d'un agitateur puissant, on introduit 18 kg d'éau à 22 C. On ajoute ensuite en agitant 10 kg d'amidon ce blé non gélatinisé. On agite l'amidon en formant une suspension homogène, puis on commence à chauffer la suspension an injectant de la vapeur à 13500 par le fond du récipient, en agitant de façon continue et énergique la suspension. Lorsque la ter.pérature a atteint 55 C, la viscosité de la suspension, mesurée avec un viscosimètre Brookfield, en utilisant une tige n 2 à la vitesse de 100 tr/mn, est de 520 cPo. On arrête le chauffage et on introduit dans la suspension, en agitant, 25 kg d'eau à 220C. On ajoute au nXélan-e adhésif, en agitant, 150 g de tétraborate de sodium et 120 g d'hydroxyde de sodium dissous tous deux dans 1 kg d'eau. La viscosité du mélange adhésif ainsi obtenu, déterminée avec une coupe standard Stein-Hall couramment utilisée dans l'industrie du carton ondulé, est de 38 secondes à 35 C. On détenrine la température de gélification de l'adhésif, qui est de 600C, à partir d'un amylogramme obtenu avec un viscographe Brabender. Après 2 heures d'agitation, le viscosité (Stein-Xall) du mélange adhésif est de 37 secondes et après 24 heures elle est de 38 secondes. La teneur en matières sèches de l'adhésif est de 17,5 %. Exemple 2 Dans un récipient en acier de 100 litres, muni d'un agitateur puissant, on introduit 27 kg d'eau et en agitant on chauffe à 5qOG par injection directe de vapeur. On ajoute ensuite en agitant 16 kg d'amidon de blé non gélatinisé. On poursuit l'agitation pendant encore 300 secondes pour gonfler l'amidon en formant une pâte ayant l'aspect de la crème fouettée, qui a une viscosité déterminée avec un viscosimètre Brookfield comme dans l'exemple 1, de 640 cPo. On introduit ensuite dans le récipient en agitant 56 kg d'eau à 200C, On ajoute également 150 g d'hydroxyde de sodium et 250 g de borax dissous dans des petites quantités d'eau. On poursuit ensuite l'agitation pendant 25 mn.La viscosité (Stein Hall) de l'adhésif préparé est de 38 secondes à 300C, La température de gélification de l'adhésif, mesurée avec un viscographe Brabender, est de 580C. Après 6 heures, la viscqsité Stein-Haîl est inchangée. On conserve le mélange adhésif préparé pendant 24 heures, puis on l'agite pendant 10 mn et on mesure la viscosité Stein Hall qui est de 40 secondes à 270C. Après le mélange adhésif ainsi préparé on colle un carton ondulé simple face avec une machine miniature fonctionnant de la façon suivante : on fait passer une bande de cannelure de 12 cm de largeur entre des cylindres de formation de cannelures. Avec un cylindre d'encollage, on applique l'adhésif sur le sommet des cannelures d'une face. Immédiatement après, on met une bande de papier plat de couverture au contact des sommets encollés de la cannelure en utilisant un cylindre de pressage chauffé, de façon que l'adhésif se gélatinise immédiatement et colle. On prépare du carton ondulé simple face avec cette machine, à des vitesses différentes, et on fait les observations suivantes concernant le comportement de l'adhésif L'adhésif n'éclabousse pas et ne mousse pas.Il est convena jolement prélevé par le cylindre d'encollage et étalé régulièrement sur les sommets des cannelures. On peut appliquer ltadhésif à toutes les vitesses sans formation de poches froides ni de séparattion entre le papier plat de couverture et la cannelure. On mesure les forces d'adhésion du carton ondulé simple face en utilisant le test d'adhésion à l'aiguille couramment utilisé dmns les fabriques de papier ondulé. Dans l'essai de comparaison, on utilise un adhésif d'amidon courant à deux composants pour carton ondulé. On obtient les résultats suivants Vitesse de la machine Force du collage m/mn Adhésif étudié Adhésif comparatif (kg) (kg) 50 27,2 22,7 75 25,9 23,1 100 28,6 22,7 125 25,9 22,7 150 25,4 15,9 175 19,5 16,3 200 24,9 15,4 225 24,9 12,2 250 26,8 Les résultats montrent de façon évidente que la capacité d' union est bonne pour toutes les vitesses de la machine. On pourrait également appliquer l'adhésif à des vitesses supérieurs à celles généralement utilisées dans les machines modernes de production industrielle. Exemple 3 Dans un récipient de 100 litres, muni d'un agitateur puissant, on introduit 20 litres d'eau à 25 C et, en agitant on ajoù- te 15,5 kg d'amidon de pomme de terre légèrement modifié par un acide. On chauffe la suspension d'amidon par injection directe de vapeur en poursuivant l'agitation. Lorsque.la température atteint 590c, la viscosité de la suspension est de 820 cPo (Brookfield) et l'on arrête alors le chauffage, puis on ajoute en agitant à la suspension d'amidon gonflé, 10 litres d'eau à 1500 et, après 10 mn d'agitation, encore 20 litres d'eau à 200C. Finalement, on ajoute 140 g de borax et 150 g athydroxyde de sodium, dissous dans 1 litre d'eau, et comme conservateurj 50 ml de formaline à 35 '3''. La viscosité (Stein-Xall) de l'adhésif ainsi obtenu est de 43 secondes et sa température de gélification est de 6000. Exemple 4 On introduit à vitesse constante, en utilisant une pompe, dans un tube de mélange stationnaire muni d'une enveloppe de chauffage direct par la vapeur, une suspension aqueuse à 37,5 % qu'on a préparée à partir d'amidon de blé non gélatinisé. On utilise, pour le chauffage, de la vapeur à 300 kPa. On introduit la suspension dans le tube à 200C et la température de sortie de la suspension renfermant l'amidon gonflé qui quitte le tube est de 580C, On règle le débit de telle sorte que la durée de séjour moyenne de la suspension dans le tube soit de 265 secondes. La longueur du tube de mélange stationnaire est de 196 cm et son diamètre de 2,5 cm.On introduit la suspension ayant l'aspect de la crème fouettée, qui quitte le tube, dans un récipient en acier d'environ 100 litres, muni d'un agitateur, qui renferre de l'eau de dilution à 1200. Cn introduit de l'amidon jusqu'à ce qu'on obtienne 80 kg d'une suspension aqueuse d'amidon gonflé renfermant 22 % en poids d'amidon gonflé. La viscosité Brookfield de la suspension quittant le tube de mélange est d'environ 840 cPo. Finalement, on mélange la suspension obtenue à 300C, avec 250 g de borax dissous dans une petite quantité d'eau et avec 310 ml d'une solution renfermant 50 % en poids de soude caustique technique ayant une densité de 1,492. Après agitation, la viscosité Stein-Hall du mélange adhésif obtenu est de 45 secondes à 300C et la température de gélification mesurée est de 590C. Exemple 5 On munit le tube de mélange stationnaire décrit dans 1 'exem- ple 4 d'une enveloppe électrique chauffante au lieu d'une enveloppe de vapeur. Après le tube, on monte une dérivation pour introduire de l'eau de dilution et un second tube de mélange stationnaire long de 105 cm. On introduit comme décrit dans l'exemple 4, dans le tube de mélange stationnaire chauffé, une suspension aqueuse préparée à partir d'amidon de mals non gélatinisé ayant une concentration en amidon de 35 % en poids. La température de la suspension d'amidon introduite est de 2100 et la température de la masse évacuée est de 600C, et sa viscosité Brookfield est de 670 cPo. On introduit, dans la suspension, par la dérivation, de l'eau à 1100 et pour assurer le mélange de l'eau diluée, on fait s'écouler la masse à travers le second tube de mélange stationnaire précédemment décrit On règle le débit d'introduction de l'eau de façon que la concen ration de l'amidon dans la masse quittant le second tube de mélange soit de 17,5 % en poids. On recueille 80 kg de cette suspension aqueuse d'amidon gonflé dans un récipient en acier de 100 litres, muni d'un agitateur, puis on mélange avec 290 ml d'une solution renfermant 50 % en pcids de soude caustique technique et 240 g de borax. li viscosité otein-Hall du @élange adhésif ainsi préparé est de 46 secondes à 29 C et sa terpérature de gélification est de 63 C. Exemple 6 On propre de l'amidon gonflé en opérant comme dans l'exem-- ple 4 de la façon suivante: On introduit à vitesse constante, dans un tube de mélange stationnaire chauffé, une suspension aqueuse rpare à partir d' amidon de blé non gélatinisé renfermant v7,5 en poids d'amidon. On utilise pour le chauffage de la vapeur à 300 kPa. La température de la suspension est de 20 C à l'extrémité d'entrée du tube et de 54 C à l'extrémité de sortie, et sa viscosité Brook- field spr4s chauffage st de 650 cPo . On introduit immédiatement la suspension d'amidon quittant le tube de mélange dans un séchoir pneumatique annulaire, en utilisant de l'air à 120 C. On utilise pour l'introduction dans le séchoir une buse classique pour séchoir par pulvérisation, le séchoir étant par ailleurs un séchoir annulaire ordinaire du commer- ce. On obtient 300 kg d'une poudre d'amidon gonflé sans agglomérats. Dans 100 kg de cette poudre, on mélange avec un mélangeur classique, 4,5 kg d'hydroxyde de sodium technique en paillettes et 4,5 kg de borax. Après mélange, on broie la composition pour diviser les paillettes.On mélange ensuite l'amidon gonfler renfermant les additifs indiqués (109 kg) dans un mélangeur classique pour poudres avec les 200 kg restants d'amidon gonflé en formant un mélange homogène qu'on répartit dans des sacs de 50 kg qu'on distribue à une fabrique de carton ondulé. A la fabrique, on prépare l'adhésif final en mettant en suspension dans 600 litres d'eau à 25 C, en agitant énergiquement, 150 kg de la poudre d'adhésif. La viscosité Stein-Haîl de l'adhésif final est de 48 secondes à 26 G et sa température de gélification est de 5800. L'adhésif se comporte dans la machine à fabriquer le carton ondulé de la façon suivante L'adhésif est sec lorsqu'il quitte la machine et la force d' union est supérieure à la résistance du carton dans l'essai de déchireent. La consommation d'adhésif est de 4,9 g/m2 de surface. L'adhésif ne trousse pas ni ne forme d'éclaboussures. En utilisant l'adhésif, on peut produire des cartons ondules double-double à une vitesse (140 m/mn) supérieure à la vitesse de production ordinaire (120 m/mn), le collage médian étant sec à la sortie de la machine. On pourrait fabriquer du carton ondulé simple face à la vitesse maximale de la machine. 1a viscosité de l'adhésif ne varie pratiquement pas d'un lot d'adhésif à l'autre. REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'un liant renfermant un amidon, en particulier d'un adhésif pour carton ondulé, dans lequel on utilise comme amidon dans le liant de l'amidon non gélatinisé not modifié ou non gélatinisé et modifié, en le faisant gonfler dans l'eau à chaud, caractérisé en ce qu'on traite une suspension aqueuse renfermant 35 à 45 ,4 en poids d'amidon, à une température inférieure à la température de gélification de l'amidon, jusqu'à ce que la viscosité Brookfield de la suspension soit de 500 à 1000 co, et en ce qu'on dilue ensuite la suspension avec 1 à 3 parties d'eau par partie de suspension, puis on utilise le mélange obtenu tel quel ou après séchage, éventuellement avec des additifs connus en soi, comme liant final 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prépare l'amidon gonflé de façon discontinue ou continue. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on traite la suspension aqueuse d'amidon à une température ne dépassant pas 650C, 4. Liant à base d'amidon préparé par procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 3.