具有隔离性能的改进粘合剂的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2011年9月9日、发明名称为"具有隔离性能的改进粘合剂"的 中国专利申请No. 201180043368. 0(PCT/US2011/050965国际申请进入中国国家阶段）的分 案申请。
[0002] 相关申请的交互参引
[0003] 本申请要求于2010年9月10日提交的美国临时专利申请61/381，642的优先权， 在此将其内容通过援引加入的方式纳入本文。
技术领域
[0004] 本发明涉及一种隔离性质改进的粘合剂组合物。特别是，本发明包括一种粘合剂 组合物及一种用于为纸制品提供隔离性能的粘合剂组合物的制备方法，所述纸制品包括瓦 愣广品。
【背景技术】
[0005] 纸板，包括瓦楞纸板，通常用于为多种不同产品（包括纸杯）提供隔离性能。传 统上，瓦楞纸板是通过以下方式制备得到的：首先通过将纤维素片材穿过瓦楞轧辊之间从 而使在该片材中形成基本上正弦曲线或螺旋形的截面，从而形成瓦楞元件或"瓦楞芯纸 (medium) "。正弦曲线部分称为沟纹（flute)。通常将粘合剂施用至该沟纹的楞（tip)，并且 当瓦楞片材穿过瓦楞轧辊和压力辊之间时，正对着瓦楞元件中施用有粘合剂的沟纹施用非 波纹形或平面的纤维素衬板。所得的纸制品在一侧具有瓦楞芯纸，而在另一侧具有平面衬 板，这种纸制品被称为单面瓦楞纸幅。该单面元件在某些应用中可用作容器内部的衬板或 缓冲材料。在一些产品中，也可以将粘合剂施用至单面瓦楞纸幅的沟纹楞，并且接着以"双 面"操作将第二衬板片材施用到该具有沟纹的瓦楞芯纸上。使第二衬板片材在其与粘合剂 接触的期间遭受加热和加压的条件。实际上，最常接触到的瓦楞纸板的片材具有两个平的 侧面，这两个侧面设置在该瓦楞芯纸的每一侧面上。根据期望的具体强度，瓦楞纸板的片材 也可以具有更加复杂的结构，如两个瓦楞芯纸和三个平面，其中两个外层平面和一个内层 平面将这两个瓦楞芯纸间隔。
[0006] 淀粉基粘合剂由于它们理想的粘合性、低成本和制备的简易性而最常被用于瓦楞 加工过程中。最基本的淀粉瓦楞粘合剂（通常被称为"斯坦霍尔（Stein-Hall) "配制物） 是由悬浮在熟化淀粉的含水分散体中的未处理的、未糊化淀粉构成的碱性粘合剂。该粘合 剂是通过以下方式制备的：将在氢氧化钠（苛性钠）水溶液中的淀粉凝胶化以产生凝胶化 或熟化载体的第一混合物，然后将其慢慢添加到未处理（未糊化）淀粉、硼砂和水的第二混 合物中以制备充分配制的粘合剂。在传统的瓦楞加工过程中，将该粘合剂施用于该有沟纹 的瓦楞芯纸或单面瓦楞板的楞，在其上施加热量和压力致使未处理的淀粉凝胶化，由此产 生粘度的瞬时增加并形成粘着力。
[0007] 虽然通常的粘合剂足以将该隔离纸的各个层粘合到一起，但是这些粘合剂自身不 能起隔离的作用。因此，在通常的情形中，要求至少双层纸（衬板和瓦楞芯纸），而且在很多 情形中要求三层（两个衬板和瓦楞芯纸）。为了实现合适的隔离功能，通常的隔离产品要 求该瓦楞芯纸的波形具有相当高的波幅，这就要求在形成瓦楞芯纸的过程中要使用更多的 纸。这些常规的配制物导致该产品要使用极大量的纸，这不仅增加生产成本，而且还不合乎 环境的要求。
[0008] 本发明寻求通过利用增加产品隔离性质的粘合剂组合物来改进隔离纸。另外，该 粘合剂和由其制备的产品是由天然的成分制成的，因此其是环保的。本发明提供一种合乎 环境要求的隔离粘合剂（insulating adhesive)，其对要在其上施用该粘合剂的产品提供 足够的粘附力。
【发明内容】
[0009] 本发明涉及一种淀粉组合物和使用该淀粉组合物的方法，其能够提供更好的隔离 性并同时保持足够的粘合强度。本发明能够平衡该淀粉组合物的固化性能与隔离组分的膨 胀性质，从而提供适宜的粘合剂。特别是，选择该淀粉组合物以使其具有能够将粘合强度和 隔离性能的益处均最大化的凝胶化温度和固化温度，所述温度也使得该隔离组分具有足够 的膨胀系数。
[0010] 在本发明的第一个实施方案中，提供一种隔离性能改进的粘合剂组合物，其包含： 淀粉组分；碱性组分；四硼酸钠；水；和多个可膨胀微球体，其中选择该淀粉组分以使该淀 粉组分能够在可膨胀微球体膨胀的温度下或高于其膨胀温度的温度下完全凝胶化。
[0011] 本发明的另一个实施方案提供一种制备隔离性质改进的瓦楞产品的方法，该方法 包括步骤：提供具有第一侧面和第二侧面的基本上为平面的纸衬板；提供具有多个沟纹的 纸衬板，每个该沟纹均具有楞和沟槽（trough);制备隔离性质改进的粘合剂组合物，其包 括步骤：将高直链淀粉含量的淀粉组分、碱性组分、交联剂、和水混合形成淀粉混合物，然后 将该高直链淀粉含量的淀粉混合物熟化以形成熟化的淀粉混合物；将未改性的淀粉组分加 入到该熟化的淀粉混合物中；和将多个可膨胀微球体加入到该熟化的淀粉混合物中；将该 粘合剂组合物施用至每个沟纹的楞；将所述沟纹的楞（peak)与该平面纸衬板的第一侧表 面接合以形成第一纸衬板和第二纸衬板彼此在沟纹的楞处接触的复合结构；将在该复合结 构中的粘合剂组合物固化至第一温度和第二温度，其中第一温度和第二温度相差约20 °F 至约40 °F。
[0012] 本发明的又另一个实施方案提供一种制备隔离片材的方法，该方法包括步骤：提 供具有第一侧面和第二侧面的基本上为平面的纸片材，该第一侧面具有一表面，该表面具 有足以容纳隔离组分的结构；制备粘合剂组合物，其包括步骤：将高直链淀粉含量的淀粉 组分、碱性组分、交联剂、和水混合形成淀粉混合物，然后将该高直链淀粉含量的淀粉混合 物熟化以形成熟化的淀粉混合物；将未改性的淀粉组分加入到该熟化的淀粉混合物中；和 将多个可膨胀微球体加入到该熟化的淀粉混合物中；将该粘合剂组合物施用至该基本上为 平面的纸片材的第一侧面上以形成施用有粘合剂组合物的片材；将该施用有粘合剂组合物 的片材加热至足以使该可膨胀微球体膨胀的第一温度；和将该施用有粘合剂组合物的片材 加热至足以完全固化该粘合剂组合物的第二温度。
【附图说明】
[0013] 图1绘制了对各种粘合剂进行的测试的结果，其显示了粘附力与微球体膨胀率的 对比结果。
[0014] 图IA是制备瓦楞纸板的设备的一个实施方案。
[0015] 图2是不含可膨胀微球体的瓦楞纸板的近摄横断面图。
[0016] 图3是含有可膨胀微球体的瓦楞纸板的近摄横断面图。
[0017] 图4是含有可膨胀微球体的瓦楞纸板的近摄横断面图。
【具体实施方式】
[0018] 常规用于隔离纸制品的粘合剂即使有的话也只能为最终产品提供可忽略不计的 隔离作用。这些粘合剂普遍仅仅可用于将一个衬板（或多个衬板）粘附到瓦楞芯纸上，从而 在沟纹的楞与衬板之间提供空隙以实现隔离的目的。此外，因为该粘合剂组合物仅仅在该 沟纹楞和该衬板之间提供粘附力，因此在粘附位置该沟纹楞和该衬板之间的间距极小。这 两个元件之间的间距在粘附位置的不足也只能提供微乎其微的增加隔离的作用，如果有的 话。因为空气是隔离的主要手段，因此该瓦楞芯纸的波形幅度应当是重要的，这要求该瓦楞 芯纸由相当大量的纸片材制成。此外，为了提供足够的隔离，这样的典型产品通常使用厚层 纸来形成一或多个衬板，或另一个办法是使用多层纸来形成一个衬板。因而，这种产品的典 型制备方法不仅是昂贵的制造过程，而且会导致大量废料。
[0019] 本发明提供一种粘合剂组合物，该粘合剂组合物能够为在其上使用该粘合剂的产 品提供隔离性能。本文所述的粘合剂组合物可用于具有瓦楞芯纸及一或两个衬板的常规瓦 楞纸板产品。通过使用本发明的粘合剂组合物，可以在该瓦楞芯纸的沟纹楞和与其粘附的 该衬板之间在粘合位置上提供更大的隔离空间。在另一种实施方案中，本发明的粘合剂组 合物可用于形成纸板隔离，该隔离可避免使用瓦楞芯纸的需要，相反依靠该粘合剂组合物 自身来提供期望的隔离。本文所述的粘合剂组合物基本上由天然可生物降解的材料制成， 且由本发明粘合剂组合物制得的产品需要更少的纸来形成。最终的结果是得到价格比较低 廉且更加环保的产品。本文可使用的隔离产品包括用于消费用途的纸制品，例如用于热饮 杯、热食品容器等的纸制品。
[0020] 本发明基于用于制备隔离产品的粘合剂组合物中可以包含多个可膨胀微球体的 新发现。当使得这些可膨胀微球体在粘合剂组合物中膨胀时，它们产生类似泡沫体的粘合 材料，其能够给产品提供增加的隔离性能。例如，当将该粘合剂施用在衬板和瓦楞芯纸的沟 纹楞之间时，该可膨胀微球体可膨胀，由此在沟纹楞和衬板之间在粘附位置处提供隔离的 空间。这个隔离的空间能够增加所形成产品的隔离性能，从而使得要使用的瓦楞