Composición adhesiva mejorada.

Una composición adhesiva acuosa que comprende por lo menos 7% y como mucho 30% en peso, basado en la composición adhesiva total, de componente adhesivo, comprendiendo el componente adhesivo por lo menos un poli

(alcohol vinílico) y/o por lo menos una dextrina y/o por lo menos un almidón, comprendiendo adicionalmente la composición adhesiva un carbómero y opcionalmente un compuesto de boro, caracterizada por el hecho de que el carbómero está reticulado, la composición adhesiva tiene un pH de como mucho 13,0 y de que, si el almidón y el compuesto de boro están presentes en la composición adhesiva, más del 91,0% de todos los almidones en la composición están en una forma insoluble en agua fría.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/050341.

Solicitante: C-IP S.A.

Nacionalidad solicitante: Luxemburgo.

Dirección: 26-28, rue Edward Steichen 2540 Luxembourg LUXEMBURGO.

Inventor/es: CEULEMANS,Philippe, CEULEMANS,Olivier, BLOMME,JEAN LOUIS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES;... > ADHESIVOS; ASPECTOS NO MECANICOS DE LOS PROCEDIMIENTOS... > Adhesivos a base de almidón, de amilosa o amilopectina... > C09J103/02 (Almidón; Sus productos de degradación, p. ej. dextrina)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES;... > ADHESIVOS; ASPECTOS NO MECANICOS DE LOS PROCEDIMIENTOS... > Adhesivos a base de homopolímeros o copolímeros... > C09J129/04 (Alcohol polivinílico; Homopolímeros o copolímeros parcialmente hidrolizados de ésteres de alcoholes insaturados con ácidos carboxílicos saturados)

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Fragmento de la descripción:

Composición adhesiva mejorada Campo de la invención

La presente invención se refiere a composiciones adhesivas que encuentran sus principales usos en la industria de papel y cartón. Tales composiciones adhesivas están muy a menudo principalmente basadas en un producto polimérico natural, lo más típicamente almidón y/o dextrina, pero también pueden estar basadas parcial o totalmente en polímeros adhesivos sintéticos apropiados, tales como un poli(alcohol vinílico). La invención se refiere particularmente a adhesivos que se pueden usar en contacto con substancias comestibles, e incluso se pueden usar como parte de alimentos. La presente invención trata adicionalmente de la producción y los usos de tales composiciones adhesivas.

Antecedentes de la invención

Las composiciones adhesivas basadas en almidón, y sus alternativas naturales y sintéticas, encuentran muchos usos industriales, tales como en la industria que produce cartón de cajas corrugado, bolsas de papel, cajas de papel, sellado de cartón o sellado de cajas, en encuadernación de libros o bobinado de tubo (tube winding), en adhesivos para papel de pared, en la producción de cartón estratificado, cinta o papel engomado, adhesivos de sobres, pegamentos escolares, etiquetado de botellas y apresto de telas.

El almidón es un material polimérico natural que se encuentra en casi todas las plantas, un carbohidrato que consiste en un gran número de unidades de glucosa. Es producido por todas las plantas verdes como almacenamiento de energía, para almacenar su glucosa en forma de polímero de polisacárido, que es una forma insoluble en agua y mucho más compacta que la glucosa. Consiste en dos tipos de moléculas: la lineal y helicoidal amilasa y la ramificada amilopectina. Las moléculas de almidón se disponen ellas mismas en la planta en gránulos semicristalinos, y cada especie de planta tiene un tamaño granular de almidón único. El almidón puro es un polvo que es insoluble en agua fría, pero que se puede convertir en una forma soluble en agua cuando se calienta.

Se pueden secar y moler o triturar muchas plantas para obtener harina que contiene almidón. Este es un procedimiento seco, simple y barato, y que conduce a una harina que contiene almidón junto con otros componentes, tales como usualmente gluten y fibra. El almidón de más alta pureza por otra parte se produce típicamente por medio de un procedimiento húmedo y más complejo, por el que un producto natural tal como maíz se ablanda primero usualmente para romper los enlaces entre los componentes individuales del grano, denominado también el procedimiento de remojo, seguido de molienda o trituración en húmedo, lavado y tamizado o cribado para separar las otras partes componentes con relativamente alta pureza. El procesado de maíz, por ejemplo, conduce al denominado agua de remojo, que contiene todos los compuestos solubles en agua, y el lavado adicional y separación conduce al almidón separado del germen, la fibra y el gluten como subproductos. El germen, gluten y fibras se desecan y secan con el uso de filtros, prensas y secadores. El germen usualmente se procesa adicionalmente para recuperar aceite de maíz, mientras que la fibra restante se devuelve típicamente para alimentación animal.

Para la producción de almidones industriales y de alimentación, la suspensión de almidón de las etapas de lavado y separación se deseca usualmente en centrífugas para producir una torta de almidón, que se dispersa a continuación en una corriente de aire caliente, y se seca rápidamente hasta el deseado contenido de agua de alrededor de 1%. Se debe tener mucho cuidado para prevenir que el almidón se sobrecaliente en presencia de humedad, debido al riesgo de que comience la gelificación, y tal producto puede exhibir también una indeseablemente alta sensibilidad a la sosa cáustica.

Hoy en día las fuentes principales de almidones comerciales son cereales o maíz, patata, tapioca y trigo, pero también se usan comercialmente arroz, boniato, sagú, arrurruz, y frijol mungo.

La calidad de un producto de almidón depende de su material de partida, y como con cualquier materia prima natural, las propiedades de una planta cultivada pueden estar afectadas por muchos factores, tales como temperatura, horas de luz solar, humedad, pluviosidad, año de plantación, humedad del suelo, densidad de plantas y tasa de fertilización.

La composición química del polímero de almidón le convierten en un buen adhesivo, una propiedad que se ha conocido y usado desde la historia antigua. El almidón en bruto, sin tratar o sin gelatinizar, denominado también almidón perla no se disuelve en agua fría, es decir, en agua en o por debajo de la temperatura ambiente. El almidón solo se vuelve soluble en agua cuando se calienta. En agua caliente, los gránulos se hinchan y se rompen, se pierde la estructura semicristalina y las menores moléculas de amilasa comienzan a salir fuera del gránulo, formando una red que retiene agua e incrementa la viscosidad de la mezcla.

Esta transformación del gránulo de almidón se denomina gelatinización. La temperatura de gelatinización, o temperatura de gel, de un almidón en agua es la temperatura a la que la mezcla comienza a espesarse y a desarrollar sus propiedades de unión. Aunque a menudo se expresa en forma de una sola unidad de temperatura,

en realidad es un intervalo de temperatura, dependiente del maño molecular y composición del almidón, y por consiguiente muy dependiente del material en bruto. El punto de gel de un almidón en la industria de adhesivos es muy importante, ya que establece la temperatura requerida para que se gelatinice el adhesivo aplicado y para efectuar su fundón de unión después de la evaporación del exceso de agua.

Para las aplicaciones Industriales modernas sin embargo, con máquinas de corrugado funcionando a velocidades por encima de 3 m/mln, el almidón mismo es demasiado lento para desarrollar sus propiedades adhesivas, es decir, su adhesividad, y también su viscosidad en agua es demasiado baja. El punto de gelatinización de un almidón perla es típicamente 77°C o más alto. Se sabe que la temperatura de gelatinización de un almidón se puede reducir, por ejemplo, por la adición de una base. Suficiente cantidad de una base fuerte, por ejemplo, sosa cáustica o sosa comercial, puede Incluso gelatlnlzar almidón totalmente a temperatura ambiente o por debajo, y convertirlo en una forma soluble en agua fría. Los adhesivos Industriales basados en almidón se hacen por lo tanto bastante fuertemente básicos. Para la reducción del punto de gel, una necesidad que está motivada por los requerimientos de energía reducida y velocidades más rápidas de procesado, el adhesivo basado en almidón por lo tanto tiene típicamente un pH de por lo menos 12,2 o por encima, y en muchos casos el pH puede estar por encima de 13,. El adhesivo de almidón convencional por lo tanto típicamente contiene una alta cantidad de base libre, usualmente NaOH.

El almidón se puede precoclnar, o pregelatlnlzar y secar subsecuentemente, tal que se puede usar para espesar instantáneamente en agua fría. El almidón se puede modificar químicamente para permitir que el almidón funcione apropiadamente en condiciones que se encuentran frecuentemente durante el procesado o almacenamiento, tales como calor elevado, elevada clzalladura, bajo pH, congelación/descongelación y enfriamiento. Los almidones modificados típicos para aplicaciones técnicas son almidones catiónicos, almidón de hidroxietilo y almidones carboximetilados.

La principal aplicación no alimenticia de los almidones es su uso en la industria de papel y cartón corrugado, que consumen conjuntamente millones de toneladas métricas de almidón anualmente. Casi todo el cartón corrugado... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una composición adhesiva acuosa que comprende por lo menos 7% y como mucho 3% en peso, basado en la composición adhesiva total, de componente adhesivo, comprendiendo el componente adhesivo por lo menos un poli(alcohol vinílico) y/o por lo menos una dextrina y/o por lo menos un almidón, comprendiendo adicionalmente la composición adhesiva un carbómero y opcionalmente un compuesto de boro, caracterizada por el hecho de que el carbómero está reticulado, la composición adhesiva tiene un pH de como mucho 13, y de que, si el almidón y el compuesto de boro están presentes en la composición adhesiva, más del 91,% de todos los almidones en la composición están en una forma insoluble en agua fría.

2. La composición según la reivindicación 1 que comprende adicionalmente carboximetilcelulosa (CMC) o goma de xantano.

3. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, que tiene por lo menos una de las siguientes características:

(i) un punto de gelificación de como mucho 7°C,

(ii) una lectura del refractómetro en % Brix de como mucho 15%,

(iii) una viscosidad Brookfield a 25°C en el intervalo de 5 a 5. mPa.s, tal como se mide en un aparato Brookfield RV con husillo 4 a una velocidad de 15 rpm para la composición adhesiva fresca, y

(iv) una relación de la viscosidad medida en (iii) a una velocidad del husillo de 1 rpm dividida entre la viscosidad medida a una velocidad del husillo de 15 rpm de por lo menos 5,.

4. La composición según cualquier reivindicación precedente que está sustancialmente libre de boro o un compuesto que contiene boro y/o libre de NaOH.

5. La composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 que contiene adicionalmente un compuesto que contiene boro, preferentemente un compuesto que contiene boro seleccionado del grupo que consiste en ácido bórico, un poliborato de sodio o potasio, en su forma hidratada o sin hidratar, anhídrido bórico, metaborato de sodio o potasio, preferentemente un tetraborato, pentaborato u octaborato de sodio, más preferentemente tetraborato de sodio decahidrato (bórax), y sus mezclas.

6. Una composición premezcla sólida seca que comprende (i) por lo menos un componente adhesivo seleccionado de un poli(alcohol vinílico) y/o por lo menos una dextrina y/o por lo menos un almidón, (ii) un carbómero y (iii) una base, preferentemente (bi)carbonato de sodio, y opcionalmente un compuesto de boro, caracterizada por el hecho de que el carbómero está reticulado, y si el almidón y al compuesto de boro están presentes en la composición, más del 91,% de todos los almidones en la composición están en una forma insoluble en agua fría.

7. La composición según cualquier reivindicación precedente que contiene adicionalmente uno o más ingredientes seleccionados del grupo que consiste en un promotor de adhesión, un agente de tensión superficial, un agente antiespumante, un agente desincrustante, un agente de clarificación óptica, un fungicida, un bactericida, un colorante, un agente humectante, un modificador de la viscosidad, un modificador de la reología, un anticongelante,

un disolvente y sus mezclas.

8. La composición según cualquier reivindicación precedente, en la que por lo menos parte de cualquiera de los almidones está presente en forma de harina.

9. Un procedimiento para la producción de una composición adhesiva acuosa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 o la reivindicación 7 u 8 cuando dependen de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende las etapas de

a) formar opcionalmente un primer vehículo mezclando una primera cantidad de almidón en una primera cantidad de agua y por lo menos parcialmente gelatinizar este almidón primario por medio de la adición de calor y/o base,

b) disolver opcionalmente el carbómero en una cantidad secundaria de agua para formar un segundo vehículo,

c) neutralizar opcionalmente, en ausencia de cualquier almidón, el segundo vehículo de la etapa b) al pH deseado mezclando una base para formar un tercer vehículo,

en el que por lo menos una de las etapas a) y b) está presente, y

d) mezclar una cantidad terciaria de agua, el componente adhesivo, y cualquier ingrediente adicional según se requiera, en el primer vehículo de la etapa a), el segundo vehículo de la etapa b), y/o el tercer vehículo de la etapa c) según se requiera para formar la composición adhesiva acuosa.

1. El procedimiento según la reivindicación 9 por el que en la etapa a), b), c) o d) se mezcla por lo menos un ingrediente adicional seleccionado del grupo que consiste en un compuesto que contiene boro, carboximetilcelulosa (CMC), goma de xantano, un promotor de adhesión, un agente de clarificación óptica, un agente de tensión superficial, un agente antiespumante, un agente desincrustante, un fungicida, un bactericida, un colorante, un agente

humectante, un modificador de la viscosidad, un modificador de la reología, un anticongelante, un disolvente, y sus mezclas.

11. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 9 o 1 que comprende adicionalmente la etapa e) de evaporar agua para obtener un polvo seco que forma la composición de premezcla seca sólida.

12. Un procedimiento para la producción de una composición de premezcla seca sólida según una cualquiera 1 de las reivindicaciones 6, o de la reivindicación 7 o 8 cuando dependen de la reivindicación 6, que comprende una

mezcla en seco del componente adhesivo, carbómero, opcionalmente suficiente base, y cualquier ingrediente adicional según se desee para obtener la deseada composición de premezcla seca sólida.

13. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que por lo menos parte de cualquiera de los almidones se introduce como harina.

14. El procedimiento según una cualquiera de la reivindicaciones 9 a 13, que comprende adicionalmente la

composición adhesiva acuosa de la etapa d) o la composición de premezcla seca sólida de la etapa e) para formar una unión adhesiva con un substrato para formar un artículo que comprende el substrato y la unión adhesiva.

15. El procedimiento según la reivindicación 14, en el que el artículo se selecciona del grupo que consiste en papel o cartón estratificado corrugado o no corrugado, cartón, cartón corrugado, opcionalmente en la forma de un 2 tubo o un tubo bobinado, y un recipiente o recipiente de envase que comprende cartón o cartón corrugado.