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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Papier, Karton oder ähnlichen Materialien, um diese wasserabweisend zu machen, wobei eine Beschichtungslösung oberflächlich auf das Material aufgebracht wird, die Molke enthält.
In vielen Bereichen der Technik ist es erforderlich, saugfähige Materialien so zu behandeln, dass diese möglichst wasserabweisend sind. Dies betrifft beispielsweise Papier, Karton oder andere Produkte, deren Eigenschaften sich durch Wasseraufnahme in nachteiliger Weise verändern. An eine solche Beschichtung werden in den meisten Fällen vielerlei Ansprüche gestellt, wie - einfache und kostengünstige Anwendbarkeit; - möglichst geringer Beeinflussung der Oberfläche des Materials; - möglichst geringe Beeinflussung der Luftdurchlässigkeit; - Dauerhaftigkeit ; - hohe Wirksamkeit, d. h. möglichst geringe Wasseraufnahme unter Feuchtigkeitseinfluss.
Zusätzlich zu den obigen Kriterien wird in zunehmenden Masse auch eine ökologische Verträglichkeit verlangt, die die Benutzung von giftigen oder umweltschädlichen Stoffen ausschliesst, um keine Beeinträchtigung der Recyclierbarkeit der behandelten Materialien zulässt.
Es ist bekannt, Beschichtungslösungen zu verwenden, die hauptsächlich auf der Basis von Molke aufgebaut sind. Molke ist ein bekanntes Naturprodukt, das im Wesentlichen aus Fett, Eiweiss und Mineralstoffen sowie Wasser besteht. Beispielsweise wird hierbei auf die GB 2 326 115B, die EP 0 845 060 B und die US 2001/0050150 A1 verwiesen. Bei Molke handelt es sich um ein Naturprodukt, das hervorragende ökologische Eigenschaften aufweist und bei richtiger Anwendung eine relativ hohe Wirksamkeit im Hinblick auf die Wasseraufnahme gewährleistet. Nachteilig bei den bekannten Verfahren ist jedoch, dass die Beschichtungslösung entweder heiss aufgetragen werden muss oder das beschichtete Material nach der Beschichtung einer Wärmebehandlung unterzogen werden muss, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.
Dies macht die Verfahren aufwendig und kann bei empfindlichen Materialien zu einer Qualitätsbeeinträchtigung führen. Ausserdem wird bei den bekannten Verfahren eine oberflächliche Schicht auf das Material aufgebracht, so dass sich die Oberfläche in bisweilen unerwünschter Weise verändert. Dies hat ausserdem den Nachteil, dass bei mechanischer Beanspruchung der Oberfläche die Gefahr besteht, dass die Wirksamkeit der Beschichtung verloren geht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren anzugeben, das die oben aufgestellten Kriterien in optimaler Weise erfüllt.
Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass die Beschichtungslösung vor dem Aufbringen auf einen pH-Wert zwischen 7 und 14, vorzugsweise zwischen 8 und 11 und besonders vorzugsweise auf etwa 9 eingestellt wird und danach erwärmt wird. Überraschenderweise ergibt sich aus der Kombination der Einstellung des pH-Wertes und der Wärmebehandlung der Beschichtungslösung vor dem Aufbringen eine wesentliche Verbesserung der Produkteigenschaften. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führen dies darauf zurück, dass durch die erfindungsgemässe Behandlung der Beschichtungslösung eine spezifische Denaturierung der Molke erfolgt.
Diese Denaturierung bewirkt, dass die Beschichtungslösung beim Auftragen wesentlich tiefer in die Poren der des Grundmaterials eindringt, und damit nicht eine oberflächliche Beschichtung erzeugt, sondern eine tiefer gehende Behandlung der beschichteten Materialien. Daher ist die so erzielte Beschichtung wesentlich robuster als bei Verfahren nach dem Stand der Technik, da auch mechanische Beeinflussungen der Oberfläche der Materialien nicht unmittelbar zu einer Zerstörung der Beschichtung führen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass das beschichtete Material zwar bei Bedarf wärmebehandelt werden kann, jedoch in keiner Weise wärmebehandelt werden muss. Die Temperatur, bei der die Erwärmung der Beschichtungslösung vor dem Auftragen erfolgt, liegt im Allgemeinen zwischen 40 C und 180 C, vorzugsweise zwischen 60 C und 120 C und besonders vorzugsweise bei etwa 80 C. Bei einer Erwärmung auf etwa 80 C beträgt die Dauer der Wärmebehandlung beispielsweise drei Stunden. Bei entsprechend höheren Temperaturen kann sich die Dauer der Wärmebehandlung bis auf etwa 1 Minute verringern, bei niedrigeren Temperaturen können in Einzelfällen auch fünf Stunden erforderlich sein. Bei Anwendung besonderer Verfahren, die mit der Herstellung von UHT-Milch vergleichbar sind, kann die Dauer der Wärmebehandlung auf wenige Sekunden reduziert werden.
Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass der eigentliche Denaturierungs-
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vorgang der Molke nach Einstellung des pH-Wertes und Erwärmung, jedoch vor der Beschichtung der saugfähigen Materialien nicht oder zumindest nicht vollständig stattfindet. Erst im Zuge der Beschichtung wird die Denaturierung vollzogen bzw. abgeschlossen, wodurch die wasserabweisende Wirkung erzielt wird. Die Tatsache dürfte auch ein Grund dafür sein, dass die Lösung tiefer in die zu beschichtenden Materialien eindringt, wodurch die oben dargestellten Vorteile erreicht werden.
Weiters betrifft die vorliegende Erfindung eine Beschichtungslösung zur Beschichtung von Papier, Karton oder ähnlichen Materialien, um diese wasserabweisend zu machen, die im Wesentlichen aus denaturierter Molke besteht. Die erfindungsgemässe Beschichtungslösung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungslösung auf einen pH-Wert zwischen 7 und 11, vorzugsweise auf 9 eingestellt ist. Vorzugsweise wird die Einstellung des pH-Wertes durch Zugabe von Natronlauge vorgenommen.
In weiterer Folge betrifft die vorliegende Erfindung auch beschichtetes Papier bzw. beschichteten Karton.
In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand einiger Beispiele näher erläutert. Die Fig. 1 bis 5 zeigen Diagramme, die die Versuchsergebnisse darstellen.
Beispiel: Beschichtung von Karton
Es wurden insgesamt zwei Pappenchargen untersucht:
Charge 2.1.1, eine Pappe niedriger Qualität und
Charge 2.1.2 eine Pappe hoher Qualität
Die beiden Pappenchargen wurden getaucht, bis etwa 0,4 g der Beschichtungslösung (entweder 10 % Ovalbuminlösung ca. 55% Reinheit oder Vollmolke) aufgetragen waren (ca. 15 s Tauchzeit). Nach einer kurzen Antrocknungszeit (ca. 10 - 15 min) wurden die Proben in einem Wärmeschrank bei 180 C über 5 Minuten bzw. 15 Minuten getrocknet, abkühlen gelassen und bei 23 C / 50 % r.F. gelagert. Zusätzlich wurde die M9-Lösung über 3 Stunden gekocht und Pappen damit beschichtet, um den Einfluss der Kochzeit auf die wasserresistente Wirkung zu erfassen.
Aus der nachfolgenden Tabelle sind die einzelnen Probenchargen der weiteren Untersuchungen zu entnehmen. Dabei stellen die Proben 0-1,0-2, 0-3 und 1-5 Proben dar, die nach Verfahren nach dem Stand der Technik durchgeführt sind, während Probe Nr. 6 nach dem erfindungsgemä- #en Verfahren behandelt worden ist.
Tabelle 1: Probenplan der behandelten Pappen der Charge 2.1.1 und 2.1.2
EMI2.1
<tb>
<tb> Probenbezeichnung <SEP> Trockenzeit <SEP> bei <SEP> 180 <SEP> C
<tb> 0 <SEP> Minuten <SEP> 5 <SEP> Minuten <SEP> 15 <SEP> Minuten
<tb> 0-1 <SEP> X
<tb> z <SEP> 0-2 <SEP> X
<tb> 0-3 <SEP> X
<tb> 1 <SEP> X
<tb> Oval <SEP> 2 <SEP> X <SEP> -
<tb> 3- <SEP> X
<tb> Molke
<tb> 4 <SEP> - <SEP> X <SEP> -
<tb> 5 <SEP> - <SEP> - <SEP> X
<tb> M9 <SEP> 6 <SEP> X <SEP> -
<tb>
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Die Bestimmung des Cobbeo-Wertes erfolgte i.A. an ÖN EN 20535 nach Tabelle 1 an beiden Chargen von jeweils der selben Seite der Pappen um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wobei jeweils eine Doppelbestimmung durchgeführt wurde.
Bei der Charge 2. 1.1 wurden beide Probenseiten getrennt geprüft, um den Einfluss einer hohen und niedrigen Wasseraufnahme der Ausgangspappe auf die wasserabweisende Wirkung der mit Molke beschichteten Proben zu ermitteln. Die Charge 2. 1.2 wurde gewählt um die Grenze der wasserabweisende Wirkung der mit Molke beschichteten Proben bei bereits niedrigen Wasseraufnahmen der Ausgangspappe zu erfassen. Hier wurde nur eine Seite ausgewählt und geprüft, da die Cobb-Werte beider Seiten ähnlich hoch waren. Es wurden alle Proben vor der Bestimmung der Wasseraufnahme bis zur Gewichtskonstanz bei 23 C / 50 % r.F. klimatisiert.
Prüfklima: 23 C / 50 % r. F. Die Ergebnisse sind im Diagramm von Fig. 1 zusammengefasst.
Gezeigt sind die Cobbeo-Werte der behandelten Proben der Charge 2. 1.1 (Pappe niedriger Qualität) aus Tabelle 1 (Prüfseite mit hoher Wasseraufnahme der Ausgangspappe).
Fig. 2 zeigt ein Diagramm der Cobbeo-Werte der behandelten Proben der Charge 2.1.1 aus Tabelle 1 (Prüfseite mit niedriger Wasseraufnahme der Ausgangspappe) und Fig. 3 ein Diagramm der Cobbso-Werte der behandelten Proben der Charge 2.1.2 (Pappe höherer Qualität) aus Tabelle 1.
Es wurde das Nullmuster und die behandelten Pappenchargen nach Gewichtskonstanz für 24 h vollständig in ein mit Wasser befülltes Behältnis getaucht, danach die Proben entnommen und zwischen 2 Löschpapieren das überschüssige Wasser mit der Walze aus dem Cobb-Verfahren durch einmaliges Hin- und Herrollen abgenommen. Die sich dabei ergebene Massezunahme wurde mit einer Laborwaage Sartorius CP 324 S, Gerätenr.: 2200 ermittelt und in Prozent der Trockenmasse festgehalten.
Das Diagramm von Fig. 4 zeigt die Wasseraufnahme der behandelten Pappen der Charge 2. 1.1 über 24 h, und das Diagramm von Fig. 5 Wasseraufnahme der behandelten Pappen der Charge 2. 1.2 über 24 h.
Die Beschichtung unbehandelter Pappe mit der M9-Lösung ergab Cobb-Werte von 42 bzw.
51 g/m2 abhängig von der Probenseite, wodurch eindeutig die wasserabweisende Wirksamkeit dieser Lösung und vor allem des Behandlungsschrittes belegt wurde.
Die Wasseraufnahme der Pappen der Charge 2. 1.1 über 24 h zeigten, dass die unbehandelte Ovalbuminbeschichtung im Vergleich zur Nullprobe eine Verbesserung um 8 % und die M9-Lösung eine Verbesserung um 30 % erwirkte. Die wärmebehandelten Ovalbumin- und Molkebeschichtungen zeigten ähnlich hohe Wasseraufnahmen, welche max. 20 % geringer waren als jene der vergleichbaren Nullproben. Bei der Charge 2. 1.2 wurden keine signifikanten Verbesserungen der Wasseraufnahme aufgrund der Ovalbuminbeschichtung bzw. der M9-Lösung erkannt. Bei objektiver Betrachtung der Proben viel auf, dass die mit Ovalbumin behandelten Proben sehr steif waren, die Lösung aber in die Pappen eindrang. Die mit Molke beschichteten Pappen zeigten diese enorme Festigkeitszunahme nicht.
Die wasserresistente Wirkungsweise von Ovalbuminbeschichtungen und jene von Vollmolkebeschichtungen bei saugfähigen Materialien ist nicht ident und zeigte grosse Eigenschaftsunterschiede auf.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Beschichtung von Papier, Karton oder ähnlichen Materialien, um diese was- serabweisend zu machen, wobei eine Beschichtungslösung oberflächlich auf das Material aufgebracht wird, die Molke enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungslö- sung vor dem Aufbringen auf die saugfähigen Materialien auf einen pH-Wert zwischen 7 und 14, vorzugsweise zwischen 8 und 11 und besonders vorzugsweise auf etwa 9 einge- stellt wird und danach erwärmt wird.
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The invention relates to a method of coating paper, board or similar materials to make them water repellent, whereby a coating solution is superficially applied to the material containing whey.
In many areas of technology, it is necessary to treat absorbent materials so that they are as water repellent as possible. This applies, for example, paper, cardboard or other products whose properties are adversely affected by water absorption. In many cases, such a coating is subject to many demands, such as: - simple and inexpensive applicability; - As little as possible influencing the surface of the material; - the least possible influence on the air permeability; - durability; high efficiency, d. H. lowest possible water absorption under the influence of moisture.
In addition to the above criteria, environmental compatibility is also increasingly required, which precludes the use of toxic or polluting substances, so as not to impair the recyclability of the treated materials.
It is known to use coating solutions which are mainly based on whey. Whey is a well-known natural product consisting essentially of fat, protein and minerals as well as water. For example, reference is made here to GB 2 326 115B, EP 0 845 060 B and US 2001/0050150 A1. Whey is a natural product that has excellent ecological properties and, when properly used, ensures a relatively high water absorption efficiency. A disadvantage of the known methods, however, is that the coating solution must either be applied hot or the coated material after the coating must be subjected to a heat treatment in order to achieve the desired effect.
This makes the process expensive and can lead to a deterioration in the quality of sensitive materials. Moreover, in the known methods, a superficial layer is applied to the material so that the surface changes in an undesirable manner at times. This also has the disadvantage that under mechanical stress of the surface there is a risk that the effectiveness of the coating is lost.
The object of the present invention is to avoid these disadvantages and to provide a method which optimally fulfills the criteria set out above.
According to the invention, it is provided that the coating solution is adjusted to a pH between 7 and 14, preferably between 8 and 11 and particularly preferably about 9 before application and is then heated. Surprisingly, the combination of the adjustment of the pH and the heat treatment of the coating solution before application results in a substantial improvement in product properties. The inventors of the present invention attribute this to the fact that the treatment of the coating solution according to the invention results in a specific denaturation of the whey.
This denaturation causes the coating solution to penetrate much deeper into the pores of the base material during application, and thus does not produce a superficial coating, but rather a deeper treatment of the coated materials. Therefore, the coating obtained in this way is much more robust than in the case of methods according to the prior art, since mechanical influences on the surface of the materials do not directly lead to destruction of the coating.
Another significant advantage of the invention is that, although the coated material can be heat treated as needed, it need not be heat treated in any way. The temperature at which the heating of the coating solution takes place before application is generally between 40 C and 180 C, preferably between 60 C and 120 C and particularly preferably about 80 C. When heated to about 80 C, the duration of the Heat treatment, for example, three hours. With correspondingly higher temperatures, the duration of the heat treatment can be reduced to about 1 minute; at lower temperatures, in individual cases, it may also take five hours. Using special procedures comparable to the production of UHT milk, the duration of the heat treatment can be reduced to a few seconds.
An essential aspect of the present invention is that the actual denaturing
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process of whey after adjustment of the pH and heating, but not before the coating of the absorbent materials or at least not completely takes place. Only in the course of coating the denaturation is completed or completed, whereby the water-repellent effect is achieved. The fact may also be one reason why the solution penetrates deeper into the materials to be coated, thereby achieving the advantages outlined above.
Furthermore, the present invention relates to a coating solution for coating paper, cardboard or similar materials in order to render them water-repellent, which consists essentially of denatured whey. The coating solution according to the invention is characterized in that the coating solution is adjusted to a pH of between 7 and 11, preferably 9. Preferably, the pH is adjusted by addition of sodium hydroxide solution.
Subsequently, the present invention also relates to coated paper or coated cardboard.
In the following, the present invention will be explained in more detail with reference to some examples. Figs. 1 to 5 are diagrams showing the experimental results.
Example: Coating of cardboard
A total of two cardboard batches were examined:
Batch 2.1.1, a low quality cardboard and
Batch 2.1.2 a high quality paperboard
The two cardboard batches were dipped until about 0.4 g of the coating solution (either 10% ovalbumin solution about 55% purity or whole whey) were applied (about 15 s of immersion time). After a short drying time (about 10 to 15 minutes), the samples were dried in a heating cabinet at 180 ° C. for 5 minutes or 15 minutes, allowed to cool and incubated at 23 C / 50% R.F. stored. In addition, the M9 solution was boiled for 3 hours and boards were coated therewith to detect the effect of the cooking time on the water-resistant effect.
The individual sample batches of the further investigations can be taken from the following table. Here, the samples 0-1,0-2, 0-3 and 1-5 represent samples which have been carried out according to the prior art, while sample No. 6 has been treated according to the method of the present invention.
Table 1: Sample plan of the treated boards of lot 2.1.1 and 2.1.2
EMI2.1
<Tb>
<tb> Sample name <SEP> Drying time <SEP> at <SEP> 180 <SEP> C
<tb> 0 <SEP> minutes <SEP> 5 <SEP> minutes <SEP> 15 <SEP> minutes
<tb> 0-1 <SEP> X
<tb> z <SEP> 0-2 <SEP> X
<tb> 0-3 <SEP> X
<tb> 1 <SEP> X
<tb> Oval <SEP> 2 <SEP> X <SEP> -
<tb> 3- <SEP> X
whey
<tb> 4 <SEP> - <SEP> X <SEP> -
<tb> 5 <SEP> - <SEP> - <SEP> X
<tb> M9 <SEP> 6 <SEP> X <SEP> -
<Tb>
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The determination of the Cobbeo value was carried out i.A. to ÖN EN 20535 according to Table 1 on both batches of the same side of the boards to obtain comparable results, in each case a double determination was carried out.
For batch 2. 1.1, both sides of the sample were tested separately to determine the effect of high and low water absorption of the starting pad on the water repellency of the whey coated samples. Charge 2. 1.2 was chosen to detect the limit of water repellency of the whey coated samples at already low water intakes of the starting pad. Here only one page was selected and checked, since the Cobb values of both sides were similarly high. All samples were measured for water uptake to constant weight at 23 C / 50% r.F. air-conditioned.
Test climate: 23 C / 50% r. F. The results are summarized in the diagram of FIG.
Shown are the Cobbeo values of the treated samples of lot 2. 1.1 (low quality paperboard) from Table 1 (high water uptake test page of the starting pad).
Figure 2 is a plot of Cobbeo values of the treated samples of lot 2.1.1 from Table 1 (low water uptake test page of the starting pad); and Figure 3 is a plot of Cobbso values of treated samples of lot 2.1.2 (higher card Quality) from Table 1.
The zero pattern and the treated board batches were completely immersed in a container filled with water for 24 hours, then the samples were taken and between 2 blotting papers the excess water was removed with the roller from the Cobb process by a single back and forth roles. The resulting increase in mass was determined with a laboratory balance Sartorius CP 324 S, device no .: 2200 and recorded as a percentage of the dry matter.
The diagram of FIG. 4 shows the water absorption of the treated boards of the charge 2. 1.1 over 24 h, and the diagram of FIG. 5 water absorption of the treated boards of the charge 2. 1.2 over 24 h.
The coating of untreated cardboard with the M9 solution gave Cobb values of 42 or
51 g / m2 depending on the sample side, which clearly demonstrated the water-repellent efficacy of this solution and, above all, the treatment step.
The water uptake of the board of Charge 2. 1.1 over 24 h showed that the untreated ovalbumin coating improved by 8% and the M9 solution by 30% compared to the blank sample. The heat-treated ovalbumin and whey coatings showed similarly high water absorption, which was max. 20% lower than those of comparable blank samples. In batch 2. 1.2, no significant improvements in water absorption due to the ovalbumin coating or M9 solution were detected. When the specimens were examined objectively, the samples treated with ovalbumin were very stiff, but the solution penetrated into the cardboard. The whey coated boards did not show this enormous increase in strength.
The water-resistant mode of action of ovalbumin coatings and those of whole whey coatings in absorbent materials is not identical and showed large differences in properties.
PATENT CLAIMS:
1. A method for coating paper, cardboard or similar materials to make them water repellent, wherein a coating solution is applied superficially to the material containing whey, characterized in that the coating solution prior to application to the absorbent materials is adjusted to a pH between 7 and 14, preferably between 8 and 11 and particularly preferably about 9, and is then heated.