AT396133B - Verfahren zur behandlung von papier oder karton zur erhoehung der wasserdampf- und aromadichte, nach diesem verfahren behandeltes papier oder karton sowie ein beschichtungsmittel - Google Patents

Description

AT 396 133 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 oder mehrere Polymerdispersionen und für Papierbeschichtungsmittel übliche Zuschlagstoffe enthält, beschichtet wird und das Beschichtungsmittel eine Mischung aus Paraffindispersion und einer wäßrigen Dispersion von carboxyliertem Styrolbutadien enthält. Weiters betrifft die Erfindung nach diesem Verfahren behandeltes Papier oder Karton und das Beschichtungsmittel. Für einige Verwendungszwecke ist es notwendig, 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 53122 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 53122 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, Papier oder Karton mit Polyvinyildenchlorid (PVDC) oder PVDC-Misch-polymerisaten 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 «forderlich, 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-Polyäthylenverbünden zu beschichten. Weiters sind auch Polymerdispersionen, wie z. B. Polyvinylacetat, PVC-Copölymere, Polymetacrylat, Polyäthylendispersionen, etc., verwendet worden. Alle diese Beschichtungen können jedoch den gestellten Anforderungen nicht entsprechen. Entweder sind die erzielten Wasserdampfdichten zu gering öder es ist ein sehr dicker mehrschichtiger Aufbau von insgesamt üb« 20 g/m^ der Beschichtung notwendig, wobei trotzdem zumeist die notwendige Wasserdampfdichte nicht «reicht wird. So erziehlt 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 üblich«! 85 % RF. 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/Polyäthylen können die PVDC-Beschichtung ersetzen, sind aber sehr aufwendig.

Aus der Literatur ist es auch bereits bekannt gewesen, Papier mit einem Beschichtungsmittel aus Paraffindispersion und einer Dispersion von carboxyliertem Styrolbutadien zu behandeln. Alle diese früheren Vorschläge führten hinsichtlich Wasserdampfdichte und Aromadichte jedoch nicht zu dem gewünschten Ergebnis. So weisen z. B. Papiere, die gemäß der Lehre des US-Patentes 4 117 199 behandelt wurden, eine Wasserdampfdichte auf, die 3 bis 10 mal schlecht«* ist als bei der vorliegenden Erfindung. . Ziel da Erfindung ist es, eine Beschichtung für Papier oder Karton vorzusehen, bei der die verwendeten Polymere chlorfrei sind. Weitas soll die neue Beschichtung noch folgende Eigenschaften hab«i: lebensmittelecht, nicht klebend, blockfrei, geruchlos, heißsiegelbar, gute Haftung mit hotmelts, vollkommen wasserabweisend, fettdicht und stabil gegen Weichmacher. Für Aromaverpackungen ist auch noch Sauerstoffdichtigkeit erforderlich.

Das «findungsgemäße Verfahren der eingangs genannten Type ist dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmittel etwa 50 Gewichtsteile einer Dispersion (Mischung D) mit etwa 45 % Feststoffanteil, der etwa 16% Paraffin (Wachs) und etwa 29 % carboxyliertem Styrolbutadien aufweist, und etwa 50 Gewichtsteile ein« Dispersion (E) mit 50 Gew.% carboxyliertem Styrolbutadien enthält.

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

Die neuen erfindungsgemäßen Beschichtungen können auf beliebigen Papieren und Kartons verschiedener Grammatur, Glätte, Porosität usw. aufgetragen werden. Die Beschichtung kann mit h«kömmlichen Mitteln, wie z. B. Luftbürste, Rakel oder reverse Gravursysteme, erfolgen. Für die Trocknung kann Kontakt- od« Schwebetrocknung angewoidet werden. Die Strichgewichte liegen bevorzugt bei 8 g/m^ oder darüb«, um die geforderte Wasserdampfdichte von < 10 g/m^/24 h gemäß DIN 53122 Klima D zu erzielen.

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 Π carboxyliertes Styrolbutadien ΠΙ von Acrylsäure abgeleitetes Polymer

Die genannte Polymerkomponente I ist ein Paraffin mit einem Schmelzbereich von 52-56 °C und einem -2-

AT396 133 B 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. 5 Als besonderes Merkmal ist zu erwähnen, daß das Makromolekül über die zweite Doppelbindung des Butadiens räumlich quervemetzt ist, sodaß die Masse eines einzelnen Dispersionstropfens dies» 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. 10 Die handelsübliche Mischung der Komponenten I und Π wird im folgenden als Mischung D 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 bevorzugt» Weise liegt die 15 Strichgrammatur dieses PVA-Strichs zwischen 8 und 15 g/m2 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 rißfrei auftrocknet Bevorzugt wird ein zu 98 % verseifter Polyvinylalkohol-Typ (IV) mit einem mittleren Molekular-20 gewicht 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 bevorzugter Weise bei 8 %. Beide Typen werden bevorzugt zu gleichen Anteilen vorgesehen (im folgenden Mischung Q.

Die Beschichtung wird bevorzugt in einer solchen Menge auf das Papier od» den Karton aufgetragen, daß sich eine Trockenmenge von 8-25 g/m2 »gibt wenn die oben genannte hohe Wass»dampfdichte »zielt werden soll. 25 Bei geringeren Anford»ungen kann die Menge des Beschichtungsmittels entsprechend h»ahgesetzt werden. Die Beschichtung kann einstufig od» auch mit mehreren Schichten aufgestrichen werden.

Die Strichgrammatur des Polyvinylalkohols liegt bevorzugt zwischen etwa 5 bis 15 g/m2 (Trockengewicht) und bevorzugt bei etwa 8 g/m2.

Die Aromadichtigkeit wurde individuell und im Vergleich zu PVDC-beschichtet» Emballage beurteilt: Es 30 wurden jeweils mehrere Gramm von Gewürzen, wie zerstoßen» Kümmel und zerstoßene Gewürznelken, in obiges Emballagepapier eingesiegelt und die Geruchsentwicklung sowohl an Luft freiliegend» als auch hermetisch in Glasflaschen verschlossen» Proben nach Merkblatt 52, Verpackungsrundschau 7/1986, Verfahren A, Sensorische Prüfung, verfolgt. Die versiegelten Proben waren selbst nach Wochen vollkommen geruchslos und zumindest als gleichwertig einzustufen mit PVDC-beschichteten Vergleichsproben. 35 Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Polymerdisp»sionen verwendet, die im Handel als zum Teil fertige Gemische erhältlich sind. Danach enthält die Mischung etwa 8 % Paraffin und etwa 39 % carboxyliertes Styrolbutadien (IV). Dazu ist eine Dispersion von der Firma Schill & Seilach» GmbH & Co. unter der Bezeichnung UKADUR 9533 erhältlich. Diese Dispersion enthält etwa 45 % Feststoffanteil und davon etwa 16 % Wachs und etwa 29 % carboxyliertes Styrolbutadien. Diese Dispersion führt jedoch · allein genommen - zu ei-40 nem schmierigen, wachsartigen Strichcharakter und ist so unbrauchbar. In üb»raschender Weise »hält man ein gut geeignetes Beschichtungsmittel, wenn eine weitere Dispersion mit Gehalt an carboxyliertem Styrolbutadien· polym» zugegeben wird, wie sie unter der Bezeichnung "Papi»dispersion 7" von d» Firma Prochema Handelsgesellschaft m.b JL erhältlich ist.

Die genannte Dispersion UKADUR 9533 ist als Handelsware von anionischer IonogenitäL Der pH-Wert liegt 45 etwa bei 7.

Die "Papierdispersion 7" ist eine homog»ie weiße Emulsion mit einer Viskosität von 50-150 (mpa, s) mit anionischem Charakter. Der Styrolanteil liegt bei ca. 60 % und der Festköiperanteil bei ca 50 %. Die Korngröße ist mit ca. 0,25 fim angegeben.

Nachfolgend ein Beispiel für ein derartiges Beschichtungsmittel: 50

Beispiel 1 50 GT UKADUR 9533 50 GT Papi»dispersion 7 0-50 GT Wass» 55 Strichauftrag 5-20 g/m2 (trocken)

In vorteilhafter Weise kann dem Beschichtungsmittel ein von der Acrylsäure abgeleitetes Polymer zugesetzt w»den. Bevorzugt ist dies hier ein Styrolacrylsäureesterpolymer (V) in einer Menge von 0,5 bis 2 Gew.-%. Unter der Bezeichnung UKADUR 3169 ist von der Firma Schill & Seilacher GmbH & Co. eine Polymerdis-60 p»sion erhältlich, welche einen 45-%igen Feststoffanteil aufweist, der aus etwa 16 % Paraffin, etwa 1,5 Gew.-%

Styrolacrylsäureesterpolymer und Rest carboxyliertes Styrolbutadien besteht. Analog zur zuvor beschriebenen -3-

Claims (12)

1. AT 396 133 B Ausführungsvariante ist eine weitere Dispersion mit etwa 50 Gew.-% carboxyliertem Styrolbutadien, erhältlich unter der Bezeichnung "Papierdispersion 7" der Firma Prochema Handelsgesellschaft m.b.H., zuzusetzen. Das nachfolgende Beispiel erläutert ein solches Beschichtungsmittel. Beispiel 2 50 GT UKADUR 3169 50 GT Papierdispersion 7 0-50 GT Wasser Strichauftrag 5-20 g/m^ Die zuvor genannte Polymerdispersion UKADUR 3169 weist eine Viskosität von etwa 3200 cp (Biookfield) auf und ist von anionischer Ionogenität Der pH-Wert liegt bei der Handelsware ungefähr bei 9 und da* Feststoffgehalt bei 46%. Bei den zuvor genannten Beispielen ergeben sich sehr vorteilhafte Wasserdampf- und Aromadichtigkeiten, wobei die notwendigen Strichgewichte auf herkömmlichen Maschinen leicht zu erzielen sind. Überdies kommt es zu einer beträchtlichen Verbilligung der Beschichtung gegenüber bekannten Beschichtungen. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Behandlung von Papier oder Karton zur Erhöhung der Wasserdampf- und Aromadichte, wobei das Papier oder der Karton mit einem Beschichtungsmittel, welches eine oder mehrere Polymerdispersionen und für Papierbeschichtungsmittel übliche Zuschlagstoffe enthält, beschichtet wird und das Beschichtungsmittel eine Mischung aus Paraffindispersion und ein» wäßrigen Dispersion von carboxyliertem Styrolbutadien enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmittel etwa 50 Gewichtsteile einer Dispersion (Mischung D) mit etwa 45 % Feststoffanteil, der etwa 16 % Paraffin (Wachs) und etwa 29 % carboxyliertem Styrolbutadien aufweist, und etwa 50 Gewichtsteile einer Dispersion (E) mit 50 Gew.-% carboxyliertem Styrolbutadien enthält.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion (D) mit etwa 45 % Feststoffanteil vorliegt, der aus etwa 16 Gew.-% Paraffin, 0,5 bis 2 Gew.-%, bevorzugt etwa 1,5 Gew.-% Styrolacryl-säureesterpolymer und Rest carboxyliertes Styrolbutadien besteht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das carboxylierte Styrolbutadienpolymer etwa 3 Mol-% Carboxylgruppen, die großteils als Ammoniumsalz vorliegen, sowie etwa 40 Mol.-% Styrol und 57 Mol-% Butadien enthalten und daß das Makromolekül über die zweite Doppelbindung des Butadiens räumlich quervemetzt ist, sodaß die Dispersionstropfen bevorzugt als ein vernetztes Makromolekül vorliegen und daß die Carboxylgruppe durch Acrylsäure in die Polymerkette eingebracht sind.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmittel in ein» Menge auf das Papier aufgetragen wird, die einer Trockenmenge von 8 bis 25 g/m^ entspricht
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmittel zusätzliche Zuschlagstoffe wie Isopropanol, Pigmente, etc. enthält.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Aromadichte das Papi» zuerst einen od» mehrere Striche mit Polyvinylalkohol erhält, auf dem das Beschichtungsmittel gemäß den Ansprüchen 1 Ins 5 aufgebracht wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strichgrammatur (Trockengewicht) des Polyvinylalkoholanstriches zwischen etwa 5 und 15 g/m^ beträgt bevorzugt etwa 8 g/m^.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß d» Polyvinylalkoholanstrich eine Mischung (C) verschieden» vollverseifter Typen mit Molekulargewichten zwischen 20 000 und 200 000 ist wobei in bevorzugter Weise Glyoxal als Vemetzungsmittel zugesetzt wird. -4- AT 396 133 B
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung zu gleichen Teilen einen zu 98 % verseiften Polyvinylalkohol-Typ (IV) 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.
10. 10. Papier oder Karton mit erhöhter Wasserdampfdichte, bevorzugt unter 10 g/m^ 24 h Wasserdampfdurchlässigkeit nach DIN 53 122, wobei das Papier oder der Karton mit einem Beschichtungsmittel, welches eine oder mehrere Polymerdispersionen und für Papierbeschichtungsmittel übliche Zuschlagstoffe enthält, beschichtet wird und das Beschichtungsmittel eine Mischung aus Paraffindispersion und einer wäßrigen Dispersion von cafboxy-liertem Styrolbutadien enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmittel etwa 50 Gewichtsteile einer Dispersion (Mischung D) mit etwa 45 % Feststoffanteil, der etwa 16 % Paraffin (Wachs) und etwa 29 % carboxyliertem Styrolbutadien aufweist, und etwa 50 Gewichtsteile einer Dispersion (E) mit 50 Gew.-% carbo-xyliertem Styrolbutadien enthält.
11. 11. Papier oder Karton mit erhöhter Wasserdampfdichte und Aromadichte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Papier oder der Karton unter dem Beschichtungsmittel einen oder mehrere Striche mit Polyvinylalkohol aufweist
12. 12. Beschichtungsmittel für Papier oder Karton zur Erhöhung der Wasserdampf- und Aromadichte, wobei das Mittel eine Mischung aus Paraffindispersion und einer wäßrigen Dispersion von carboxyliertem Styrolbutadien enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel etwa 50 Gewichtsteile einer Dispersion (Mischung D) mit etwa 45 % Feststoffanteil, der etwa 16 % Paraffin (Wachs) und etwa 29 % carboxyliertem Styrolbutadien aufweist, und etwa 50 Gewichtsteile einer Dispersion (E) mit 50 Gew.-% carboxyliertem Styrolbutadien enthält -5-