AT396132B - Verfahren zur behandlung von papier oder karton zur erhoehung der wasserdampf- und aromadichte sowie nach diesem verfahren behandeltes papier - Google Patents

Description

AT 393 132 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Papier oder Karton zur Erhöhung der Wasserdampf-und Aromadichte, wobei das Papier oder der Karton mit einem Beschichtungsmittel, welches eine Mischung aus Paraffindispersion und einer wäßrigen Dispersion von Styrolbutadien und zusätzlich ein Polyacrylat (ΠΙ) sowie gegebenenfalls übliche Zuschlagsstoffe wie Isopropanol, Pigmente u. dgl. enthält, beschichtet wird. Weiters betrifft die Erfindung nach diesem Verfahren behandeltes Papier oder Karton. Für einige Verwendungszwecke ist es nokwendrg, die Wasserdampfdichte oder Aromadichte von Papier oder Karton zu erhöhen, insbesondere in der Verpackungsindustrie. So ist es z. B. erforderlich, zum Verpacken von Kopierpapier ein Papier zu verwenden, dessen Wasserdampfdichte, gemessen nach DIN 53 122 Klima D, unter 10 g/m /24 h liegt Diese Forderung gilt auch für gefaltetes Papier, wobei die wasserdampfdichte Beschichtung bei der Meßanordnung nach DIN 53 122 so zu legen ist, daß diese zum Trockenmittel zeigt Hohe Wasserdampfdichte und Aromadichte ist beispielsweise beim Verpacken von Gewürzen erforderlich.

Bisher ist es bekannt geworden, Papiere oder Karton mit Poly vinylidenchlorid (PVDC) oder PVDC-Mischpo-lymerisaten zu beschichten. Die geforderte Wasserdampfdichte wird dabei dadurch erreicht, daß mindestens 15 g/m^ PVDC in zwei Arbeitsgängen aufgebracht werden. Die genannten zwei Arbeitsgänge sind erforderlich, um etwaige Poren des Papiermaterials zu schließen.

Die genannten Verpackungsmaterialien mit PVDC-Beschichtung weisen jedoch zufolge ihrer chemischen Zusammensetzung den Nachteil von Chlorverbindungen auf. Bei der Verbrennung kommt es zur HCl-Bildung, und weiters besteht die Gefahr der Bildung von Dioxin - einer stark giftigen Substanz.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, dieses PVDC durch chlorfreie Polymere zu ersetzen. Es ist bereits bekannt, Papier mit Polyäthylen oder Aluminium-Polyäthylenverbindungen zu beschichten. Weiters sind auch Polymerdispersionen, wie z. B. Polyvinylacetat, PVC-Copolymere, Polymetacrylat, Polyäthylendispersionen, etc., verwendet worden. Alle diese Beschichtungen können jedoch den gestellten Anforderungen nicht entsprechen. Entweder sind die erzielten Wasserdampfdichten zu gering oder es ist ein sehr dicker mehrschichtiger Auf-

O bau von insgesamt über 20 g/m der Beschichtung notwendig, wobei trotzdem zumeist die notwendige Wasserdampfdichte nicht erreicht wird. So erzielt man beispielsweise bei dem Verfahren nach DE-OS 27 41 824 nur eine Dichte von 15-20 g/m^/24 h, und dies sogar bei einem trockenerem Prüfklima von 65 % RF statt der üblichen 85 % RF.

Aus der US-PS 4 117 199 ist eine Kombination eines Wachses mit einem Styrolbutadien-Copolymer zur Beschichtung von Papier bekannt geworden. Allerdings ist die damit erzielte Wasserdampfdichte völlig ungenügend und etwa 3 bis 10 mal schlechter als gewünscht. Für die Verpackung von Gewürzen sind ebenfalls PVDC-Beschichtungen seit langer Zeit in Verwendung. Für diesen Zweck sind jedoch sehr hohe Strichgewichte - bis zu 60 g/m^ - aufzubringen, um z. B. gemahlene Gewürznelken aromadicht zu verpacken. Die zuvor bereits genannten mehrlagigen Verbünde von Papier/Alumi-nium/PoIyäthylen können die PVDC-Beschichtung ersetzen, sind aber sehr aufwendig.

Ziel der Erfindung ist es, eine Beschichtung für Papier oder Karton vorzusehen, bei der die verwendeten Polymere chlorfrei sind und die notwendige Wasserdampfdichte und gegebenenfalls Aromadichte gegeben ist. Weiters soll die neue Beschichtung noch folgende Eigenschaften haben: lebensmittelecht, nicht klebend, blockfrei, geruchlos, heißsiegelbar, gute Haftung mit hotmelts, vollkommen wasserabweisend, fettdicht und stabil gegen Weichmacher. Für Aromaverpackungen ist auch noch Sauerstoffdichügkeit erforderlich.

Das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs genannten Type ist dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmittel 40-60 GT einer Dispersion (Mischung A) mit etwa 45 % Feststoffanteil, der aus etwa 16 % Paraffin (Wachs) und etwa 29 % carboxyliertem Styrolbutadien (bezogen auf die Gesamtmenge der Dispersion) besteht, wobei das carboxylierte Styrolbutadien etwa 3 Mol% Carboxylgruppen, die großteils als Ammoniumsalz vorliegen, sowie etwa 40 Mol% Styrol und etwa 57 Mol% Butadien aufweist und das Makromolekül über die zweite Doppelbindung des Butadiens räumlich quervemetzt ist, und weiters 3-15 GT eines thermisch vemetzbaren Poly-acrylats enthält (Mischung B), das etwa 22 Mol% Methylacrylat, etwa 52 Mol% Äthylacrylat und etwa 26 Mol% Butylacrylat enthält, wobei das mittlere Molekulargewicht etwa 500.000 beträgt, sowie 5-60 Gewichtsteile Wasser enthält

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Patentansprüchen zu entnehmen.

Die neuen erfindungsgemäßen Beschichtungen können auf beliebig») Papieren und Kartons verschiedener Grammatur, Glätte, Porosität, usw. aufgetragen werden. Die Beschichtung kann mit herkömmlichen Mitteln, wie z. B. Luftbürste, Rakel oder reverse Gravursysteme, erfolgen. Für die Trocknung kann Kontakt- oder Schwe- betrocknung angewendet werden. Die Stnchgewichte liegen bevorzugt bei 8 g/rrr oder darüber, um die geforderte Wasserdampfdichte von < 10 g/m^/24 h gemäß DIN 53 122Klima D zu »zielen.

Das erfindungsgemäße Beschichtungsmittel enthält in erster Linie eine Mischung aus zwei Polymeren, und in bevorzugter Weise eine Mischung aus drei Polymeren, welche als wäßrige Dispersionen vorliegen: I Paraffindispersion II carboxyliertes Styrolbutadien -2-

AT 393 132 B m Polyacrylat

Die Polymerdispersionen I und 11 sind im Handel bereits als fertiges Gemisch erhältlich, wobei dieses Gemisch 6 Gew.-% Paraffindispersion I und 24 Gew.-% carboxyliertes Styrolbutadien Π enthält. Dieses Dispersionsgemisch bewirkt unmittelbar die Wasserdampfdichte des damit behandelten Papiers.

Das Polyacrylat ΙΠ dient zur Erhöhung der Knickfestigkeit der Beschichtung und verbessert somit die Wasserdampfdichte von geknickten oder gefalteten Papier- oder Kartonproben. Bekannterweise wird das Verpackungsmaterial beim Verpacken gefaltet und geknickt, sodaß auch an den derart geschwächten Stellen die erforderliche Wasserdampf- und Aromadichte gegeben sein muß. Auch das Polyacrylat (ΙΠ) ist im Handel mit einem Feststoffgehalt von 50 % erhältlich.

Die Polymerkomponente I ist ein Paraffin mit einem Schmelzbereich von 52 · 56 °C und einem mittleren Molekulargewicht von 1000 (bestimmt durch Gelpermeationschromatographie, wobei Polystyrol als Vergleichsstandard genommen wird).

Die Komponente Π ist ein carboxyliertes Styrolbutadienpolymer mit 3 Mol% Carboxylgruppen, welche großteils als Ammoniumsalz vorliegen, sowie mit 40 Mol% Styrol und 57 Mol% Butadien.

Als besonderes Merkmal ist zu erwähnen, daß das Makromolekül über die zweite Doppelbindung des Butadiens räumlich quervemetzt ist, sodaß die Masse eines einzelnen Dispersionstropfens dieser Verbindung als ein einziges vernetztes Makromolekül vorliegt. Die Carboxylgruppen sind durch Acrylsäure in die Polymerkette eingebracht. Nach Ammoniumabspaltung bei Trocknung sind die freien Carboxylgruppen fähig, über Anhydridbildung eine weitere Vernetzung zu verursachen.

Die handelsübliche Mischung der Komponenten I und Π wird im folgenden als Mischung A bezeichnet Das weiters erfindungsgemäß verwendete Polyacrylat (Komponente III) setzt sich aus 22 Mol% Methyl-acrylat, 52 Mol% Äthylacrylat und 26 Mol% Butylacrylat zusammen. Das mittlere Molekulargewicht liegt bei 500.000, bestimmt durch Gelpermeationschromatographie mit Polystyrol als Vergleichsstandard.

Die wäßrige Dispersion der Komponente III mit einem Feststoffgehalt von etwa 50 % wird im folgenden auch als Mischung B bezeichnet.

Das Beschichtungsmittel kann zum Aufträgen mit üblichen Mitteln und Zuschlagstoffen versehen werden, wie ein bis mehrere Vol.-% Isopropanol, Pigmenten etc. Das Isopropanol dient als Entschäumer.

Um eine weitere Dichte auch gegen Aromastoffe zu erlangen, wird gemäß vorliegender Erfindung unter der zuvor beschriebenen Beschichtung ein Strich mit Polyvinylalkohol aufgebracht. In bevorzugter Weise liegt die

Strichgrammatur dieses PVA-Strichs zwischen 8 und 15 g/m . Der Strich wird in bevorzugter Weise in zwei Lagen aufgetragen. Es können Mischungen verschiedener vollverseifter Typen mit Molekulargewichten zwischen 20.000 und 200.000 verwendet werden. Eine Vernetzung dieser Polyvinylalkohole mit Glyoxal bringt eine weitere Verbesserung der Aromadichtigkeit und bewirkt zusätzlich, daß der wasserdampfdichte Deckstrich (Mischungen A + B) rißfrei auftrocknet. Bevoizugt wird ein zu 98 % verseifter Polyvinylalkohol-Typ (IV) mit einem mittleren Molekulargewicht von 23.000 und zu 99 % verseifter Typ (V) mit einem mittleren Molekulargewicht von 88.000 eingesetzt. Die Gesamtkonzentration beider Typen IV + V in wäßriger Lösung beträgt 5 -15 % und liegt bevorzugterweise bei 8 %. Beide Typen werden bevorzugt zu gleichen Anteilen vorgesehen (im folgenden Mischung C).

Das oben beschriebene Beschichtungsmittel zur Erhöhung der Wasserdampfdichte besteht in bevorzugter Weise aus 40 - 60 Gewichtsteilen der Mischung A, 3 -15 Gewichtsteilen der Mischung B sowie 5-60 Gewichtsteilen Wasser. In bevorzugter Weise verwendet man etwa 50 Gewichtsteile der Mischung A, 5 -10 Gewichtsteile der Mischung B und etwa 50 Gewichtsteile Wasser. Diese Beschichtung wird bevorzugt in einer solchen Menge auf das Papier oder den Karton aufgetragen, daß sich eine Trockenmenge von 8-25 g/m^ ergibt, wenn die oben genannte hohe Wasserdampfdichte erzielt werden soll. Bei geringeren Anforderungen kann die Menge des Beschichtungsmittels entsprechend herabgesetzt werden. Die Beschichtung kann einstufig oder auch mit mehreren Schichten aufgestrichen werden. Λ

Die Strichgrammatur des Polyvinylalkohols liegt bevorzugt zwischen etwa 5 und 15 g/m (Trockengewicht) 0 und bevorzugt bei etwa 8 g/m .

Nachfolgend einige Beispiele, die das erfindungsgemäße Verfahren weiter erläutern:

Beispiel 1 50 Gewichtsteile Mischung A 5 Gewichtsteile Mischung B 50 Gewichtsteile Wasser Auftrag trocken 8-25 g/m^

Beispiel 2

50 Gewichtsteile Mischung A 10 Gewichtsteile Mischung B -3-

Claims (9)

1. AT 393 132 B 5-50 Gewichtsteile Wasser Auftrag trocken 10 - 25 g/m^ Die so behandelten Papiere ergaben eine Wasserdampfdichte, gemessen nach DIN 53 122, Klima D, von Λ < 10 g/iarpA h, wobei dieser Wert auch bei den niedrigsten Strichgrammaturen erzielt wurde. Beispiels Vorstrich: Mischung C, wäßrige Lösung vom Typ IV 4 %ig und vom Typ V 4 %ig 3 Vol.-% Glyoxal Strichauftrag 8-15 g/m^ (trocken) Deckstrich: Mischungen A + B 50 Gewichtsteile A 5 Gewichtsteile B 5-50 Gewichtsteile Wasser Strichauftrag 8-20 g/m^ (trocken) Beispiel 4 wie Beispiel 3, jedoch Deckstrich: 50 Gewichtsteile A 10 Gewichtsteile B 5 - 50 Gewichtsteile Wasser Strichauftrag 8-20 g/m2 (trocken) Die Wasserdampfdichte bei diesen Beispielen 3 und 4 beträgt < 10 g/m^/24 h nach DIN 53 122, Klima D. Die Aromadichtigkeit wurde individuell und im Vergleich zu PVDC-beschichteter Emballage beurteilt: Es wurden jeweils mehrere Gramm von Gewürzen, wie zerstoßener Kümmel und zerstoßene Gewüiznelken, in obiges Emballagepapier eingesiegelt und die Geruchsentwicklung sowohl an Luft freiliegender als auch hermetisch in Glasflaschen verschlossenen Proben nach Merkblatt 52, Verpackungsrundschau 7/1986, Verfahren A, Sensorische Prüfung, verfolgt. Die versiegelten Proben waren selbst nach Wochen vollkommen geruchlos und zumindest als gleichwertig einzustufen mitPVDC-beschichteten Vergleichsproben. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Behandlung von Papier oder Karton zur Erhöhung der Wasserdampfdichte, wobei das Papier oder der Karton mit einem Beschichtungsmittel, welches eine Mischung aus Paraffindispersion und einer wäßrigen Dispersion von Styrolbutadien und zusätzlich ein Polyacrylat (III) sowie gegebenenfalls übliche Zuschlagsstoffe wie Isopropanol, Pigmente u. dgl. enthält, beschichtet wird, dadurch gekennzeichnet! daß das Beschichtungsmittel 40 bis 60 GT einer Dispersion (Mischung A) mit etwa 45 % Feststoffanteil, der aus etwa 16 % Paraffin (Wachs) und etwa 29 % carboxyliertem Styrolbutadien (bezogen auf die Gesamtmenge der Dispersion) besteht, wobei das carboxylierte Styrolbutadien etwa 3 Mol% Carboxylgruppen, die großteils als Ammoniumsalz vorliegen, sowie etwa 40 Mol% Styrol und etwa 57 Mol% Butadien aufweist und das Makromolekül über die zweite Doppelbindung des Butadiens räumlich quervernetzt ist, und weiters 3 bis 15 GT eines thermisch vemetzbaren Polyacrylats enthält (Mischung B), das etwa 22 Mol% Methylacrylat, etwa 52 Mol% Äthylacrylat und etwa 26 Mol% Butylacrylat enthält, wobei das mittlere Molekulargewicht etwa 500.000 beträgt, sowie 5 bis 60 Gewichtsteile Wasser enthält
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Paraffindispersion (I) ein Paraffin mit einem Schmelzbereich von etwa 52 bis 56 °C und einem mittleren Molekulargewicht von etwa 1000 enthält
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmittel etwa 50 Gewichtsteile der Mischung (A), 5 bis 10 Gewichtsteile der Mischung (B) und etwa 50 Gewichtsteile Wasser enthält -4- AT 393 132 B
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmittel in einer Menge auf das Papier aufgetragen ist, die einer Trockenmenge von 8 bis 25 g/m2 entspricht
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Aromadichte das Papier zuerst einen cder mehrere Striche mit Polyvinylalkohol erhält, auf dem das Beschichtungsmittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 aufgebracht wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strichgrammatur (Trockengewicht) des Polyvinylalkoholanstriches zwischen etwa 5 und 15 g/m2 beträgt, bevorzugt etwa 8 g/m2.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß da- Polyvinylalkoholanstrich eine Mischung (C) verschiedener vollverseifter Typen mit Molekulargewichten zwischen 20.000 und 200.000 ist wobei in bevorzugter Weise Glyoxal als Vemetzungsmittel zugesetzt wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung zu gleichen Teilen einen zu 98 % verseiften Polyvinylalkohol-Typ (TV) mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 23.000 und einen zu 99 % verseiften Polyvinylalkohol-Typ (V) mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 88.000 umfaßt
9. 9. Papier oder Karton mit erhöhter Wasserdampfdichte, bevorzugt unter 10 g/m2/24 h Wasserdampfdurchlässigkeit nach DIN 53 122, wobei das Papier oder der Karton mit einem Beschichtungsmittel, welches eine Mischung aus Paraffindispersion und einer wäßrigen Dispersion von Styrolbutadien und zusätzlich ein Polyacrylat (III) sowie gegebenenfalls übliche Zuschlagsstoffe wie Isopropanol, Pigmente u. dgl. enthält beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmittel 40 bis 60 GT einer Dispersion (Mischung A) mit etwa 45 % Feststoffanteil, der aus etwa 16 % Paraffin (Wachs) und etwa 29 % carboxyliertem Styrolbutadien (bezogen auf die Gesamtmenge der Dispersion) besteht, wobei das carboxylierte Styrolbutadien etwa 3 Mol% Carboxyl-gruppen, die großteils als Ammoniumsalz vorliegen, sowie etwa 40 Mol% Styrol und etwa 57 Mol% Butadien aufweist und das Makromolekül über die zweite Doppelbindung des Butadiens räumlich quervemetzt ist, und weiters 3 bis 15 GT eines thermisch vemetzbaren Polyacrylats enthält (Mischung B), das etwa 22 Mol% Methyl-acrylat, etwa 52 Mol% Äthylacrylat und etwa 26 Mol% Butylacrylat enthält, wobei das mittlere Molekulargewicht etwa 500.000 beträgt, sowie 5 bis 60 Gewichtsteile Wasser enthält, wobei das Beschichtungsmittel in einer Menge auf das Papier aufgetragen ist, die einer Trockenmenge von 825 g/m2 entspricht. -5-