DE102019101670A1

DE102019101670A1 - Barrierepapier mit hohem Zellstofffaseranteil

Info

Publication number: DE102019101670A1
Application number: DE102019101670.3A
Authority: DE
Inventors: Nadia El-Karzazi; Dieter Becker
Original assignee: Mitsubishi HiTec Paper Europe GmbH
Current assignee: Mitsubishi HiTec Paper Europe GmbH
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2020-07-23
Also published as: WO2020152292A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Barrierepapier (10) umfassenda) ein Papiersubstrat (11), aufweisend eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite, wobei das Papiersubstrat Zellstofffasern umfasst und der Massenanteil der Zellstofffasern größer gleich 90 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse des Papiersubstrates und bestimmt als ofentrockener Massenanteil,undb) eine vorderseitig und/oder rückseitig des Papiersubstrats angeordnete Barriereschicht (12), wobei die Barriereschicht (12) ein polymeres Bindemittel und mindestens ein Wachs und/oder mindestens ein pflanzliches Öl umfasst oder daraus.Die vorliegende Erfindung betriff zudem eine Lebensmittelverpackung, vorzugsweise Lebensmittelbeutel, hergestellt aus einen erfindungsgemäßen Barrierepapier und die Verwendung eines erfindungsgemäßen Barrierepapier als Lebensmittelverpackung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Barrierepapiers.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Barrierepapier umfassend ein Papiersubstrat, wobei das Papiersubstrat Zellstofffasern umfasst und der Massenanteil der Zellstofffasern größer gleich 90 % beträgt, und eine vorderseitig und/oder rückseitig des Papiersubstrats angeordnete Barriereschicht, wobei die Barriereschicht ein polymeres Bindemittel und mindestens ein Wachs und/oder mindestens ein pflanzliches Öl umfasst oder daraus. Die vorliegende Erfindung betriff zudem eine Lebensmittelverpackung, vorzugsweise Lebensmittelbeutel, hergestellt aus einen erfindungsgemäßen Barrierepapier und die Verwendung eines erfindungsgemäßen Barrierepapier als Lebensmittelverpackung. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Barrierepapiers.
Lebensmittel, wie Wurst-, Käse- oder Backwaren oder Tiefkühlwaren, werden Kunden aus Hygiene- oder Frischhaltegründen üblicherweise in einer Verpackung angeboten und übergeben. Hohe Anforderungen an die Verpackung werden dabei insbesondere bei fetthaltigen Lebensmitteln gestellt. Bei der Verwendung von herkömmlichen Verpackungen auf Basis von Papier kann bei fetthaltigen Lebensmitteln ein Durchdringen des Verpackungsmaterials mit dem Fett aus dem Lebensmittel erfolgen. Dies kann dazu führen, dass das Verpackungsmaterial aufweicht und reißt oder dass eine Verunreinigung von anderen Gegenständen mit dem Fett erfolgt, wenn Sie in Kontakt mit der Verpackung kommen.
Zur Verpackung von fetthaltigen Lebensmitteln wird häufig ein holzfreies, fettdichtes „Butterbrotpapier“ verwendet, das aufgrund einer schmierigen Mahlung der Faserstoffe eine gewisse Fettbeständigkeit aufweist. Oftmals reicht die Fettbeständigkeit dieser Butterbrotpapiere allerdings nicht aus. Zudem weist Butterbrotpapier lediglich eine geringe Stabilität auf und neigt im gefrorenen Zustand dazu spröde oder porös zu werden. Insbesondere wenn Lebensmittel in der Verpackung eingefroren und im eingefrorenen Zustand gelagert werden sollen, ist Butterbrotpapier nicht die erste Wahl.
Als fettbeständigere Alternative zum Butterbrotpapierwird häufig ein Verbundpackstoff verwendet. Ein Verbundpackstoff kann beispielsweise aus einem Verbundstoff, gebildet aus einem Papier und einer Kunststoff- und/oder Aluminiumfolie, bestehen. Wenn keine Polyethylen-Beschichtung (PE) erfolgt, können Fluorocarbone als wasserabweisende Chemikalien verwendet werden. Hierbei wird Papier beispielsweise einseitig mit Polyethylen, häufig in einem energieintensiven Extrusionsverfahren, oder einer Aluminiumfolie beschichtet. Diese Verbundpackstoffe zeichnen sich durch eine hohe Fett- und Feuchtigkeitsbeständigkeit aus. Durch eine entsprechende Auswahl des Polyethylens lassen sich such Verbundpackstoffe herstellen, die für die Lagerung von gefrorenen Lebensmitteln geeignet sind. Sofern diese Verbundpackstoffe allerdings dem Papierrecycling zugeführt werden, stören diese Stoffe den Recyclingprozess erheblich. Aufgrund der Folienschicht lassen sich die Verbundpackstoffe während des Recyclingprozesses nicht ausreichend gut zerfasern und es bilden sich sogenannte nassfeste Stippen. Bei Stippen handelt es sich um Reste der Kunststoff- oder Aluminiumfolie, an denen noch Papierfasern haften. Durch die erforderliche Abtrennung der Stippen im Faserstoffaufbereitungsprozess entsteht ein nicht unerheblicher Verlust an Faserstoff, welcher dem Prozess entzogen wird. Diese Stippen müssen während des Recyclingprozesses aufwändig entfernt werden. Auch ist es nicht möglich, diese Verbundstoffe zu kompostieren, da die verwendeten Kunststoff- oder Aluminiumfolien nicht biologisch abgebaut werden.
In der DE 10 2014 119 572 A1 wird ein Verpackungspapier für Lebensmittel beschrieben mit einem Flächengewicht zwischen 20 g/m² und 40 g/m², und mit einem Massenanteil an Füllstoff, der weniger als 20 % bezogen auf die Masse des unbeschichteten Papiers aufweist. Das Verpackungspapier weist zumindest auf einer Seite eine Beschichtung auf, die ein in ein Polymer verkapseltes pflanzliches Öl, Talkum und ein Bindemittel umfasst.
Eine Verpackung besteht immer aus unterschiedlichen Komponenten, und zwar aus dem Packmittel und dem Packhilfsmittel. Die Ware, die verpackt wird als Packgut bezeichnet. Packhilfsmittel sind Materialien, die die Festigkeit der Packmittel erhöhen oder erst möglich machen, wie beispielsweise Nägel, Klebebänder, Klammern und Umreifungen, die den Zusammenhalt von Kisten und Schachteln gewährleisten. Ebenfalls zu den Packhilfsmitteln gehören Label wie beispielsweise Etiketten auf Getränkeflaschen, die Banderolen auf Dosen und Verschlüsse von Flaschen und Gläsern, Kennzeichnungsmittel (z. B. Warnzettel), Trockenmittel, Sicherungsmittel (z. B. Plombe, Siegel) oder Polstermittel (Eckpolster, Luftkissen usw.). Packmittel ist die Bezeichnung für das Behältnis, in dem das Packgut (die Ware) verpackt wird. Es werden beispielsweise folgende Packmittel unterschieden: Schachtel, Kiste, Verschlag, Sack, Dose, Tonne, Glas, Flasche, Kanister, Beutel, Schrumpfhaube etc. Als Packstoffe werden Materialien bezeichnet, aus denen die Verpackung gebildet wird. Zu solchen typischen Verpackungsmaterialien gehören beispielsweise Holz, Glas, Metall, Papier und Kunststoff. Kartonage ist eine Bezeichnung für Verpackungen aus Wellpappe.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verpackungsmaterial bereitzustellen, das dem Papierrecycling zugeführt werden kann, ohne dass der Recyclingprozess durch die Bildung von Stippen oder anderen Spuckstoffen, wie Folien, beeinträchtigt wird. Zudem soll das Verpackungsmaterial so ausgestaltet sein, dass es für den Kontakt mit Lebensmitteln geeignet ist und hierbei eine geringe Wasser- und Wasserdampfdurchlässigkeit sowie eine hohe Fettbeständigkeit aufweist. Ferner soll das Verpackungsmaterial geeignet sein, um als Verpackung für gefrorene Materialien verwendet zu werden. Hierbei ist es insbesondere erforderlich, dass eine ausreichende Wasserbeständigkeit des Verpackungsmaterials vorliegt, damit die Verpackung nicht einreißt, wenn die Verpackung in Kontakt mit Wasser gelangt (z.B. durch Kondenswasser an der Außen- oder Innenseite der Verpackung, die während des Transportes der Waren durch den Konsumenten auftreten kann). Vorzugsweise sollte das Verpackungsmaterial zudem stabil ausgestaltbar sein, um während der normalen Verwendung nicht zu reißen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Barrierepapier (10) umfassend

a) ein Papiersubstrat (11), aufweisend eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite, wobei das Papiersubstrat Zellstofffasern umfasst und der Massenanteil der Zellstofffasern größer gleich 90 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse des Papiersubstrates und bestimmt als ofentrockener Massenanteil, und
b) eine vorderseitig und/oder rückseitig des Papiersubstrats angeordnete Barriereschicht (12), wobei die Barriereschicht (12) i) ein polymeres Bindemittel und ii) mindestens ein Wachs und/oder mindestens ein (vorzugsweise verkapseltes) pflanzliches Öl umfasst oder daraus besteht.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass erfindungsgemäße Barrierepapiere eine geringe Wasser- und Wasserdampfdurchlässigkeit sowie eine hohe Fett-, und Wasser-Beständigkeit aufweist. Zudem ist es möglich ein erfindungsgemäßes Barrierepapier dem Papier-Recyclingprozess zuzuführen, ohne dass dieser durch die Bildung von Stippen oder anderen Spuckstoffen beeinträchtigt wird.
In eigenen Untersuchungen wurde gefunden, dass wenn das Papiersubstrat Zellstofffasern umfasst und der Massenanteil der Zellstofffasern größer gleich 90 % beträgt, eine besonders feste Bindung der Barriereschicht (12) mit dem Papiersubstrat ausgebildet werden kann. Ohne sich auf eine Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass durch den hohen Zellstofffaseranteil die Ausbildung von chemischen Bindungen (kovalente Bindungen und/oder Wasserstoffbrückenbindungen) zwischen dem Papiersubstrat und der Barriereschicht (hier insbesondere dem polymeren Bindemittel der Barriereschicht) ausgebildet werden können. Es wird angenommen, dass durch den hohen Zellstofffaseranteil und den damit verbundenen hohen Celluloseanteil in dem Papiersubstrat besonders viele Bindungen ausgebildet werden können, insbesondere mit den OH-Gruppen der Cellulose. Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass dieser Effekt bei einem Zellstofffaseranteil von größer gleich 90 % ausgebildet wird und bei zunehmendem Zellstofffaseranteil noch weiter gesteigert wird.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist daher ein Barrierepapier, wobei der Massenanteil an Zellstofffasern größer gleich 95,0 % beträgt, vorzugsweise größer gleich 98 % beträgt, besonders bevorzugt größer 99 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse des Papiersubstrates im Papiersubstrat und bestimmt als ofentrockener Massenanteil.
Optimal ist ein Zellstofffaseranteil von 99,9, 99,8, 99,7, 99,6, 99,5, 99,4, 99,3 oder 99,2 % und das Papiersubstrat umfasst nur geringe Mengen an benötigten Hilfsstoffen anorganische Füllstoffe, Stärke, Alaun und/oder Leim.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Barrierepapier, wobei das Papiersubstrat neben den Zellstofffasern lediglich anorganische Füllstoffe, Stärke, Alaun und/oder Leim enthält.
Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass Papiere mit einem geringen Ligninanteil besonders gut für den Einsatz als Papiersubstrat in erfindungsgemäßen Barrierepapieren geeignet sind. Lignin hat als Stützmaterial und verhärtetes Polymer eine Reihe wichtiger Aufgaben in den für die Papierherstellung verwendeten Zellstofffasern. Lignine sind wesentlich für die Festigkeit der Zellstofffasern. Es ist daher überraschend, dass Papiersubstrate mit einem geringen Ligninanteil zu Barrierepapieren mit verbesserten Eigenschaften führen. Der natürliche Ligninanteil in Holz liegt - abhängig von der verwendeten Holzart - bei ca. 19 bis 32%.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Barrierepapier, wobei der Massenanteil an Lignin in den Zellstofffasern kleiner gleich 5,0 % beträgt, vorzugsweise kleiner gleich 4,5 % beträgt, besonders bevorzugt, kleiner gleich 4,0 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der Zellstofffasern und bestimmt als ofentrockener Massenanteil.
Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass Sulfat-Zellstofffasern besonders gut für die Verwendung in Papiersubstraten in erfindungsgemäßen Barrierepapieren geeignet sind. Sulfat-Zellstofffasern zeichnen sich durch einen geringen Ligninanteil aus, da das Lignin während des Sulfatverfahrens aus dem Holzrohstoff gewaschen wird. Während des Sulfatverfahrens werden die Zellwände des Holzrohstoffes aufgeschlossen und das im pflanzlichen Material enthaltene Lignin sowie Polyosen werden abgetrennt. Die resultierenden Sulfat-Zellstofffasern haben üblicherweise einen Ligninanteil von ca. 3 bis 5 % und sind für die Verwendung in Papiersubstraten in erfindungsgemäßen Barrierepapieren besonders geeignet.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Barrierepapier, wobei die Zellstofffasern eine nach ISO 302:2004 bestimmte Kapp-Zahl von kleiner gleich 30, vorzugsweise kleiner gleich 15, besonders bevorzugt kleiner gleich 7 aufweisen.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Barrierepapier, wobei der Massenanteil an Sulfat-Zellstofffasern größer gleich 90,0 % beträgt, vorzugsweise größer gleich 95,0 % beträgt, besonders bevorzugt größer 99,5 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der Zellstofffasern im Papiersubstrat und bestimmt als ofentrockener Massenanteil. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist ein Barrierepapier, bei dem sämtliche Zellstofffasern im Papiersubstrat Sulfat-Zellstofffasern sind.
Als Zellstofffasern können erfindungsgemäß Frischfasern (auch Primärfasern genannt), Recyclingfasern aus Recyclingpapier (auch Sekundärfasern genannt) oder Mischungen aus Frischfasern und Recyclingfasern verwendet werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Frischfaser (Primärfaser) eine Faser verstanden, die direkt aus dem pflanzlichen Ausgangsmaterial (meistens Holz) gewonnen wurde. Recycling-Fasern (Sekundärfasern) besteht aus einem Fasermaterial, das zuvor mindestens einmal in anderen Papier- oder Kartonprodukten eingesetzt war, das also aus Altpapier und/oder -karton gewonnen wurde. Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass ein hoher Anteil an Frischfasern sich positiv auf die Barrierewirkung des erfindungsgemäßen Barrierepapiers auswirkt. Erfindungsgemäß bevorzugt ist daher ein Barrierepapier, wobei das Papiersubstrat Frischfasern umfasst und der Massenanteil an Frischfasern größer gleich 80 % beträgt, bevorzugt größer gleich 90 %, besonders bevorzugt größer gleich 95 %, bezogen auf die Gesamtmasse der Zellstofffasern und bestimmt als ofentrockener Massenanteil. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist ein Barrierepapier, bei dem sämtliche Zellstoffasern im Papiersubstrat Frischfasern sind, d.h. wobei der Massenanteil an Frischfasern 100 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der Zellstofffasern und bestimmt als ofentrockener Massenanteil.
Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass ein Bleichprozess der Zellstofffasern sich negativ auf die Eigenschaften des resultierenden erfindungsgemäßen Barrierepapiers auswirken kann. Ohne sich auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wollen, wird angenommen, dass durch das Bleichen die Anzahl an freien OH-Gruppen, die kovalente und/oder Wasserstoffbrücken-Bindungen ausbilden können, reduziert wird. Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Barrierepapier, wobei die Zellstofffasern ungebleicht sind.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Barrierepapier, wobei es sich bei den Zellstofffasern um Nadelholz-, Laubholz-, Strohzellstofffasern oder Mischungen daraus handelt.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Barrierepapier, wobei das Papiersubstrat ein Flächengewicht von 32 bis 100 g/m² aufweist, vorzugsweise von 40 bis 80 g/m² aufweist, besonders bevorzugt von 45 bis 70 g/m² aufweist.
Eigenen Untersuchungen haben gezeigt, dass bei einem Flächengewicht des Papiersubstrats von weniger als 32 g/m² die Barrierewirkung und die Beständigkeit des Barrierepapiers abnimmt. Bei höheren Flächengewichten nimmt die Barrierewirkung zu, wobei bei über 100 g/m² die Barrierepapier zu schwer werden und sich schlecht verarbeiten lassen.
Erfindungsgemäß bevorzugt sind Barrierepapiere, wobei das Papiersubstrat einen Kurzfaser-Zellstoff mit einem Schopper-Riegler-Grad von mindestens 30°SR und einen Langfaser-Zellstoff mit einem Schopper-Riegler-Grad von mindestens 25°SR aufweist und wobei das Papiersubstrat mindestens einen Massenanteil von 50 % Kurzfaser-Zellstoff umfasst, bezogen auf die Gesamtmasse aus Kurzfaser-Zellstoff und Langfaser-Zellstoff.
Es ist weiter bevorzugt wenn der Kurzfaser-Zellstoff einen Schopper-Riegler-Grad von mindestens 35°SR aufweist, vorzugsweise von mindestens 39°SR und/oder der Langfaser-Zellstoff einen Schopper-Riegler-Grad von mindestens 30°SR aufweist, vorzugsweise von mindestens 33°SR aufweist.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn das Papiersubstrat einen Massenanteil von mindestens 70 % Kurzfaser-Zellstoff umfasst, vorzugsweise zwischen 70 und 75 % Kurzfaser-Zellstoff umfasst, bezogen auf die Gesamtmasse aus Kurzfaser-Zellstoff und Langfaser-Zellstoff.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Barrierepapier, wobei es sich bei dem Wachs um Bienenwachs handelt.
Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass Bienenwachs sehr gute Eigenschaften aufweist und sich sehr gut für die Verwendung in Barriereschichten eignet. Zudem lassen sich hierdurch Barrierepapiere herstellen, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden und biologisch abbaubar sind.
In einer alternativen Ausgestaltung ist es erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Barrierepapier, wobei es sich bei dem mindestens einen Wachs um ein Wachs auf Basis eines pflanzlichen Öls handelt.
Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass erfindungsgemäße Barrierepapiere eine hohe Beständigkeit gegen Fette und/oder Öle und/oder Feuchtigkeit aufweisen und dabei vollständig oder überwiegend aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden können, wenn es sich bei dem Wachs um ein Wachs auf Basis eines pflanzlichen Öls handelt. Durch die Verwendung eines polymeren Bindemittels wird überraschenderweise die Barriereschicht so ausgebildet, dass Sie sich nicht vom dem Papiersubstrat löst oder dass das Wachs auf andere Gegenstände oder die Lebensmittel übergeht.
Unter einem Wachs auf der Basis eines pflanzlichen Öls wird im Rahmen dieser Erfindung ein Wachs verstanden, dass durch chemische Modifikation eines pflanzlichen Öls gewonnen wird. Bei der chemischen Modifikation kann es sich beispielsweise um eine teilweise oder vollständige Hydrierung mit einem metallischen Katalysator, beispielsweise Nickel, und Wasserstoff handeln, wobei sämtlich oder ein Teil der Doppelbindungen des Öls zu Einfachbindungen hydriert werden. Anders als pflanzliche Öle liegen die Wachse bei 20 °C nicht flüssig, sondern fest vor. Die chemische Modifikation des pflanzlichen Öls bewirkt somit eine Schmelzpunkterhöhung.
Unter einem pflanzlichen Öl wird ein Fettsäuretriglycerid verstanden, dass aus Pflanzen oder Pflanzenteilen gewonnen wird. Die Gewinnung des Öls erfolgt dabei üblicherweise durch Pressen, Extraktion oder Raffination der Öle aus den Pflanzen oder Pflanzenteilen. Die Gewinnung der Öle ist dem Fachmann bekannt. Werden Pflanzensamen zur Ölgewinnung benutzt, werden diese als Ölsaaten bezeichnet. In den Samen kommt das Öl in Form von Lipiden vor, die dessen Zellmembran und Energiereserven darstellen. Abhängig von dem Anteil an ungesättigten Fettsäuren im Öl wird zwischen nichttrocknenden (beispielsweise Olivenöl), halbtrocknenden (beispielsweise Soja- oder Rapsöl) und trocknenden Ölen (beispielsweise Lein- oder Mohnöl) unterschieden. Der Begriff „Trocknung“ bezeichnet hierbei nicht Verdunstung, sondern das durch Oxidation und Polymerisation der ungesättigten Fettsäuren bedingte Festwerden des Öls. Die Verwendung von halbtrocknenden und trocknenden Ölen als Ausgangsstoff zur Herstellung der erfindungsgemäß verwendeten Wachse ist bevorzugt.
Mögliche Quellen für pflanzliche Öl sind Agaiöl, Algenöl, Arganöl (aus den Früchten des Arganbaums), Avocadoöl (aus dem Fruchtfleisch der Avocado des Avocadobaums), Babaçuöl, Baumwollsamenöl (aus den Samen der Baumwollpflanze), Borretschöl oder Borretschsamenöl (aus den Samen der Borretschpflanze), Cupuagu-Butter, Cashew-Schalenöl, Distelöl (auch „Safloröl“ genannt, aus den Samen der Färberdistel oder Carthamus), Erdnussöl (aus der Frucht der Erdnusspflanze), Haselnussöl (aus den Haselnüssen des Haselnussbusches), Hanföl (aus den Samen des Speisehanfs), Jatrophaöl (aus dem Samen der Jatropha curcas), Jojobaöl (eigentlich ein flüssiges Wachs; aus den Samen des Jojobastrauchs), Kamelieöl (aus den Samen der Camellia oleifera, Camellia sinensis oder Camellia japonica, Kakaobutter, Kokosöl (aus dem Samenfleisch der Kokosnuss, der Baumfrucht der Kokospalme), Kürbiskernöl (auch als Kernöl bezeichnet; aus den Samenkernen des Steirischen Ölkürbis), Leinöl (aus den reifen Leinsamen des Lein), Leindotteröl (aus den Samen des Leindotters, Familie der Kreuzblütengewächse), Macadamiaöl (aus den Nüssen des Macadamiabaums), Maiskeimöl (aus den Keimen von Mais), Mandelöl (aus den Mandeln des Mandelbaums), Mangobutter (aus Mangifera indica), Marillenkernöl bzw. Aprikosenkernöl (aus dem Aprikosenkern - also der Mandel des Aprikosensteins - derAprikose bzw. Marille), Mohnöl (aus den Samenkörnern des Mohns), Nachtkerzenöl, Olivenöl (aus dem Fruchtfleisch und dem Kern der Olive, der Frucht des Olivenbaums, Palmöl (aus dem Fruchtfleisch der Palmfrucht, der Frucht der Ölpalme), Palmkernöl (aus den Kernen der Palmfrucht, der Frucht der Ölpalme), Papayaöl, Pistazienöl, Pekannussöl, Perillaöl aus den Samen der der Perilla-Pflanze (Shiso, Sesamblatt), Rapsöl (aus dem Samen von Raps, Familie der Kreuzblütengewächse), Reisöl, Rizinusöl (aus dem Samen des Wunderbaums), Sanddornöl (aus dem Fruchtfleisch der Sanddornbeere, der Frucht des Sanddornstrauches), Sanddornkernöl (aus den Kernen der Sanddornbeere, der Frucht des Sanddornstrauches), Senföl (aus den Samenkörnern des Schwarzen Senfs), Schwarzkümmelöl (aus den Samen der Fruchtkapsel der Schwarzkümmelpflanze), Sesamöl (aus den Samen der Sesampflanze), Sheabutter (aus den Samen des Sheanussbaums), Sojaöl (aus den Bohnen der Sojabohne), Sonnenblumenöl (aus den Kernen der Sonnenblume), Tungöl, Walnussöl (aus den Kernen der Nüsse des Walnussbaums), Wassermelonensamenöl, Traubenkernöl (aus den Kernen der Früchte (Weintraube) der Weinpflanze bzw. Weinrebe), Weizenkeimöl (aus den Keimen des Weizens) und/oder Zedernöl (aus dem Holz der Libanonzeder). Diese Liste ist nicht als abgeschlossen anzusehen, sie zeigt Möglichkeiten zur Gewinnung von pflanzlichen Ölen, welche zu einem erfindungsgemäß verwendeten Wachs umgesetzt werden können.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Barrierepapier, wobei es sich bei dem mindestens einen Wachs auf Basis eines pflanzlichen Öls um ein Wachs auf Basis eines Öls handelt, ausgewählt aus der Liste umfassend Palmöl, Kokosöl, Mohnöl, Olivenöl, Leinöl, Sojaöl, Sonnenblumenöl, Distelöl und Rapsöl, vorzugsweise handelt es sich bei dem Wachs auf Basis eines pflanzlichen Öls um ein Wachs auf Basis eines Sojaöls, d. h. um Sojaölwachs bzw. Sojawachs.
Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass Wachse aus den oben als bevorzugt genannten Ölen besonders gute Eigenschaften aufweisen. Die aus diesen Ölen hergestellten Wachse zeichnen sich durch eine hohe Widerstandsfähigkeit aus und können mit hohen Schmelzpunkten hergestellt werden. Die erfindungsgemäß verwendeten Wachse, nämlich Palmölwachs, Kokosölwachs, Mohnölwachs, Olivenölwachs, Leinölwachs, Sojaölwachs, Sonnenblumenölwachs, Distelölwachs und Rapsölwachs, zeige beim Einsatz in erfindungsgemäßen Barrierepapieren eine signifikante Erhöhung der Beständigkeit gegen Fette und/oder Öle und/oder Feuchtigkeit. Dabei ist insbesondere die Verwendung von Sojaölwachs erfindungsgemäß bevorzugt. Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass beim Einsatz von Sojaölwachs neben der Beständigkeit gegen Fett, Öl und Feuchtigkeit auch sehr geringe Wasserdampfdurchlässigkeit erhalten werden kann. Das Sojaölwachs hat zudem den Vorteil, dass es Geschmacks- und Geruchsneutral hergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß bevorzugt sind Barrierepapiere, wobei das Wachs (insbesondere das Wachs auf Basis eines pflanzlichen Öls) einen Schmelzpunkt über 40 °C, vorzugsweise über 50 °C, besonders bevorzugt über 60 °C aufweist.
Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass bei der Verwendung von Wachsen mit einem Schmelzpunkt von über 20 °C bereits sehr gute Ergebnisse erhalten werden können. Allerdings konnte überraschenderweise gezeigt werden, dass bei der Verwendung von Wachsen mit einem Schmelzpunkt von über 40 °C die Beständigkeit der Barrierepapiere gegenüber mechanischer Belastung gesteigert werden kann. Diese Beständigkeit wird bei noch höheren Schmelzpunkten der Wachse noch weiter gesteigert. Eigene Untersuchungen haben zudem gezeigt, dass der optimale Schmelzpunkt der Wachse im Bereich von 60 bis 80 °C liegt, sofern die Barrierepapiere bei Temperaturen zwischen 6 °C und 30 °C verwendet werden sollen. Sofern die Barrierepapiere auch bei höheren Temperaturen angewendet werden sollen, kann es sinnvoll sei, ein Wachs mit höherem Schmelzpunt zu verwenden.
Erfindungsgemäß bevorzugt sind Barrierepapiere, wobei der Massenanteil des Wachses bzw. der Wachse in der Barriereschicht 6 bis 98 % beträgt, vorzugsweise 20 bis 90 % beträgt, besonders bevorzugt 50 bis 89 % beträgt, ganz besonders bevorzugt 50 bis 78 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der Barriereschicht.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt sind Barrierepapiere, wobei der Massenanteil des Wachses oder der Wachse in der Barriereschicht 20 bis 78 % beträgt.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Barrierepapier, wobei es sich bei dem Wachs um Carnaubawachs handelt.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Barriepapier, welches in der Barriereschicht statt des mindestens einen Wachses oder zusätzlich zum mindestens einen Wachs mindestens ein pflanzliches Öl aufweist.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Barrierepapier, wobei es sich bei dem pflanzlichen Öl um ein Öl handelt, beispielsweise jedoch nicht abschließend ausgewählt aus der Liste umfassend Palmöl, Kokosöl, Mohnöl, Olivenöl, Leinöl, Sojaöl, Sonnenblumenöl, Distelöl und Rapsöl oder einer Mischung hieraus, vorzugsweise handelt es sich bei dem pflanzlichen Öl um Sonnenblumenöl, Sojaöl, Palmöl oder Rapsöl.
Bevorzugt ist der mindestens eine Wachs und/oder das mindestens eine pflanzliche Öl mit einem Polymer zumindest partiell abgedeckt, besonders bevorzugt ist der Wachs und/oder das pflanzliche Öl in einem Polymer eingehüllt.
Diese partiellen Abdeckungen und/oder Hüllen, welche auch als Kern-Schale-Partikel bezeichnet werden, können beispielsweise nach dem in EP 2 046 492 B1 beschriebenen Verfahren erzeugt werden.
Beispielsweise ist das Polymer ein Copolymer von Styrol und Maleinsäureanhydridderivaten.
Bevorzugt enthält das Polymer eine Maleinimidgruppe, und ist vorzugsweise durch ein Copolymer mit Maleinimidgruppen, insbesondere ein Copolymer von Styrol und Maleinsäureanhydridderivaten gebildet.
Diese partiellen Abdeckungen und/oder Hüllen, welche auch als Kern-Schale-Partikel bezeichnet werden, können alternativ beispielsweise nach dem in EP 2 545 102 B1 beschriebenen Verfahren erzeugt werden.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Polymer ein cyclisches Imid enthält, welches Polymer enthält, das ein Reaktionsprodukt einer Reaktions-Imidisierung eines Copolymers eines cyclischen Anhydrids mit einem Vinylmonomeren ist, und einen zyklischen Anhydrid (CA)-Gehalt zwischen 22 und 50 Mol% hat, mit einer Ammonium (NH₃)-Lösung in einem CA:NH₃-Verhältnis zwischen 1,4:1 und 1:1,2 bei erhöhter Temperatur, bis mindestens 50 % des CA in das Imid imidisiert ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das ein cyclisches Imid enthaltende Polymer das Reaktionsprodukt einer Indimisierungs-Reaktion eines Polystyrol-Maleinsäureanhydrids ist, welches einen Maleinsäureanhydrid (MA)-Gehalt zwischen 22 und 34 Mol% aufweist, mit einer Ammonium (NH₃)-Lösung in einem MA:NH₃-Verhältnis zwischen 1,4:1 und 1:1,2 bei erhöhter Temperatur, bis mindestens 50 % des MA in Maleimid imidisiert ist, das besagtes, ein cyclisches Imid enthaltendes Polymer ferner dahingehend charakterisiert ist, eine Partikelgröße zwischen und in etwa 25 - 150 nm aufzuweisen; einen Feststoffmassenanteil zwischen und in etwa 25 und 45 %; und einen pH-Wert zwischen 6,0 und 9,0 besitzt.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die zuvor erwähnte Imidisierungs-Reaktion durchgeführt in Gegenwart eines nicht-wasserlöslichen Produkts, wie beispielsweise mindestens einem pflanzlichen Öl und/oder mindestens einem Wachs; Kern-Schale-Partikel hervorbringt, wobei die Schale aus dem cyclischen Imid enthaltenden Polymer und dem Kern nicht-wasserlöslicher Produkte besteht, wobei die besagten Kern-Schale-Partikel einen Feststoffmassenanteil zwischen und in etwa 45 und 65 % aufweisen; eine Partikelgröße zwischen und in etwa 25 bis 120 nm; und einen pH-Wert zwischen 6,0 und 9,0 besitzen.Als polymere Bindemittel sind alle in der Papierherstellung gebräuchlichen Bindemittel geeignet. Eigene Untersuchungen haben allerdings gezeigt, dass eine geeignete Auswahl des Bindemittels die mechanischen Eigenschaften der Barriereschicht und/oder die biologische Abbaubarkeit des Barrierpapiers signifikant verbessern kann. Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass es vorteilhaft und somit erfindungsgemäß bevorzugt ist, wenn es sich bei dem polymeren Bindemittel um ein vernetztes oder unvernetztes Bindemittel handelt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stärke, Polyvinylalkohol, carboxylgruppenmodifiziertem Polyvinylalkohol, Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, einer Kombination aus Polyvinylalkohol und Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, silanolgruppen-modifiziertem Polyvinylalkohol, diaceton-modifiziertem Polyvinylalkohol, modifiziertem Polyethylenglycol, unmodifiziertem Polyethylenglycol, α-isodecyl-ω-hydroxy-Poly(oxy-1,2-ethanediyl), Styrol-Butadien-Latex, Styrol-Acrylat-Polymeren, Acrylcopolymeren und Mischungen hieraus.
Eigene Untersuchungen habe dabei ergeben, dass erfindungsgemäße Barrierepapiere eine besonders hohe Beständigkeit gegenüber Fett, Öl und Feuchtigkeit aufweisen, wenn es sich bei dem polymeren Bindemittel um ein oder mehrere Styrol-Acrylat-Polymere oder Acrylat-Polymere handelt oder das Bindemittel diese umfasst.
Von den oben genannten Bindemitteln sind Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer und Polyvinylalkohol am wenigsten bevorzugt. Erfindungsgemäße Barrierepapiere sind daher besonders bevorzugt, wenn sie nicht Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer und/oder Polyvinylalkohol in der Barriereschicht enthalten.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn das Styrol-Acrylat-Polymere oder Acrylat-Polymere ein Copolymer hergestellt unter Verwendung von zwei, drei, vier, fünf, sechs oder sämtlichen Monomeren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäureme-thylester, Methacrylsäuremethylester, Acrylsäurebutylester, Methacrylsäurebutyles-ter, Acrylsäure-2-ethylhexylester, Methacrylsäure-2-ethylhexylester und Styrol.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die Barriereschicht kein Polyethylen (PE) umfasst.
Dabei ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn der Massenanteil des polymeren Bindemittels in der Barriereschicht 94 bis 2 % beträgt, vorzugsweise 80 bis 10 % beträgt, besonders bevorzugt 50 bis 11 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der Barriereschicht.
Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass ein Gehalt an polymeren Bindemitteln unterhalb eines Massenanteils von 2 % zu Barrierepapieren führt, bei denen die mechanische Beständigkeit der Barriereschicht überproportional stark abnimmt. Bei einem Gehalt an polymeren Bindemitteln oberhalb eines Massenanteils von 94 % ist die mechanische Beständigkeit der Barrieschicht zwar ausreichen hoch, allerding hat es sich gezeigt, dass die Barriereeigenschaften gegenüber Fett, Öl und Feuchtigkeit überproportional stark abnehmen. Dabei haben eigene Untersuchungen ergeben, dass besonders gute Barrierepapiere mit optimalen Barriere- und mechanischen Eigenschaften erhalten werden können, wenn der Gehalt an polymeren Bindemitteln einen Massenanteil 50 bis 11 % beträgt.
Dabei ist es erfindungsgemäß besonders bevorzugt wenn der Massenanteil des polymeren Bindemittels in der Barriereschicht 94 bis 2 % beträgt und der der Massenanteil des Wachses in der Barriereschicht 6 bis 98 % beträgt und es ist noch weiter bevorzugt, wenn der Massenanteil des polymeren Bindemittels in der Barriereschicht 80 bis 10 % beträgt und der der Massenanteil des Wachses in der Barriereschicht 80 bis 90 % beträgt und es ist noch weiter bevorzugt, wenn der Massenanteil des polymeren Bindemittels in der Barriereschicht 50 bis 11 % beträgt und der der Massenanteil des Wachses in der Barriereschicht 50 bis 89 % beträgt.
Erfindungsgemäß bevorzugt sind Barrierepapiere, bei denen die flächenbezogene Masse der Barriereschicht im Bereich von 1,5 bis 8 g/m² liegt, vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 5,5 g/m² liegt, besonders bevorzugt im Bereich von 3,0 bis 5,0 g/m² liegt. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass Barrierepapiere mit den hier angegebenen geringen flächenbezogenen Massen sehr gute Beständigkeit gegenüber Fett, Öl und Feuchtigkeit aufweisen. Zwar kann die Beständigkeit durch Erhöhung der flächenbezogenen Masse leicht verbessert werden, allerding ist die Verbesserung nur minimal, sodass der erhöhte Materialverbrauch die geringe Verbesserung nicht rechtfertigt. Bei einer flächenbezogenen Masse von unter 1,5 g/m² wird die die Beständigkeit des reinen Trägersubstrates zwar ebenfalls verbessert, allerdings reicht die Beständigkeit für einige Anwendungsbereiche (z. B. sehr fettige und feuchte Lebensmittel) nicht immer aus. Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass eine optimale Beständigkeit erhalten werden kann, wenn die flächenbezogene Masse der Barriereschicht im Bereich von 3,0 bis 5,0 g/m² liegt.
Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn das polymere Bindemittel aus zwei oder mehr Bindemitteln besteht und zumindest ein Bindemittel ein anionisches Bindemittel ist. Unter einem anionischen Bindemittel wird dabei ein Bindemittel verstanden, das mehrere negative Ladungen enthält, die durch Kationen (z. B. Metallkationen oder Ammonium) stabilisiert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem polymeren Bindemittel ein Bindemittel verstanden, das durch Polykondensation aus einer Vielzahl von Molekülen aufgebaut wurde, und in dem eine Art oder mehrere Arten von Atomen oder Atom-Gruppierungen (so genannte Wiederholungseinheiten) wiederholt aneinandergereiht sind und die Zahl der Widerholungseinheiten pro Molekül mehr als 25 beträgt.
Dabei ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die anhand dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) bestimmte Glasübergangstemperatur des anionischen Bindemittels kleiner gleich 120 °C ist. Eigenen Untersuchungen haben gezeigt, dass bei einer Glasübergangstemperatur von über 120 °C die Herstellung der Barriereschicht sehr schwierig ist und die hergestellten Barrierepapiere nicht so gute Eigenschaften aufweisen wie erfindungsgemäße Barrierepapiere, die unter Verwendung eines anionischen Bindemittels mit einer Glasübergangstemperatur von kleiner gleich 120 °C hergestellt wurden.
Es ist dabei erfindungsgemäß bevorzugt, wenn es sich bei dem anionischen Bindemittel um ein Copolymer handelt.
Geeignete anionische Bindemittel sind beispielsweise teilweise oder vollständig deprotonierte Polyacrylsäure (oder Copolymere davon, beispielsweise mit Acrylsäreestern), teilweise oder vollständig deprotonierte Polymethacrylsäure (oder Copolymere davon, beispielsweise mit Methacrylsäreestern), Copolymere von Polyacrylsäureester (vorzugsweise Methyl- oder Ethylester), Copolymere von Polymethacrylsäureester (vorzugsweise Methyl- oder Ethylester) oder Polyacrylamide oder Copolymere davon.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Barriereschicht (12) zusätzlich ein Wachs auf Basis gesättigter Kohlenwasserstoffe.
Eigene Untersuchungen haben überraschenderweise gezeigt, dass die Kombination aus einem Wachs auf Basis eines pflanzlichen Öls und einem Wachs auf Basis gesättigter Kohlenwasserstoffe zu besonders guten Beständigkeit gegenüber Fetten und/oder Ölen und/oder Feuchtigkeit und/oder Wasser bzw. Wasserdampf führt. Die Kombination von gesättigten Kohlenwasserstoffen und Wachsen aus Fettsäuretriglycerid scheint zu Schichten mit besonders hohen Molekulardichten zu führen. Ohne sich auf eine bestimmte Theorie festlegen zu wolle, lässt die hohe Molekulardichte damit erklären, dass die gesättigten Kohlenwasserstoffe, die lipophilen Teile der Wachse aus Fettsäuretriglyceriden ausfüllen. Hierdurch wird eine Beständigkeit erreicht, die mit den Wachsen aus Fettsäuretriglyceriden oder aus Wachsen auf Basis von gesättigten Kohlenwasserstoffen alleine nicht erreicht werden kann. Die Kombination aus einem Wachs auf Basis eines pflanzlichen Öls und einem Wachs auf Basis gesättigter Kohlenwasserstoffe weist somit einen synergistischen Effekt auf, der zu besonders guten Beständigkeit gegenüber Fetten und/oder Ölen und/oder Feuchtigkeit und/oder Wasser bzw. Wasserdampf führt.
Dieser synergistische Effekt ist besonders ausgeprägt, wenn es sich bei dem Wachs auf Basis gesättigter Kohlenwasserstoffe um Octacosan handelt und/oder bei dem Wachs auf Basis eines pflanzlichen Öls um ein Wachs auf Basis von Sojaöl handelt.
Erfindungsgemäß bevorzugt sind Barrierepapiere, wobei das Wachs auf Basis gesättigter Kohlenwasserstoffe einen Schmelzpunkt über 40 °C, vorzugsweise über 50 °C, besonders bevorzugt über 60 °C aufweist.
Erfindungsgemäß bevorzugt sind Barrierepapiere, wobei das Wachs auf Basis gesättigter Kohlenwasserstoffe ein, zwei, drei oder mehr als drei Alkane enthält oder daraus besteht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Heneicosan, Docosan, Tricosan, Tetracosan, Pentacosan, Hexacosan, Heptacosan, Octacosan, Nonacosan, Triacontan, Hentriacontan, Dotriacontan, Tritriacontan, Tetratriacontan, Pentatriacontan, Hexatriacontan, Heptatriacontan, Octatriacontan und Nonatriacontan, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hexacosan, Heptacosan, Octacosan, Nonacosan und Triacontan. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt sind Barrierepapiere, wobei das Wachs auf Basis gesättigter Kohlenwasserstoffe ein Wachs auf Basis von Octacosan ist.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Acrylat-Copolymer in der Barriereschicht um ein Copolymer mit einer mittleren molaren Masse im Bereich von 50.000 bis 150.000 g/mol, vorzugsweise im Bereich von 80.000 bis 130.000 g/mol, besonders bevorzugt im Bereich von 90.000 bis 100.000 g/mol. Die mittlere molare Masse wird dabei unter Zuhilfenahme einer Gelpermeationschromatographie (GPC) mit Tetrahydrofuran (THF; Tetramethylenoxid; 1,4-Epoxybutan; Oxacyclopentan) als Lösungsmittel, Polystyrol als Standard und Detektion anhand RI-Detektor (Brechnungsindex-Detektor) bestimmt.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Acrylat-Copolymer in der Barriereschicht um ein Copolymer hergestellt unter Verwendung von zwei, drei, vier, fünf, sechs oder sämtlichen Monomeren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäuremethylester, Methacrylsäuremethylester, Acrylsäurebutylester, Methacrylsäurebutylester, Acrylsäure-2-ethylhexylester, Methacrylsäure-2-ethylhexylester und Styrol.
Durch eine Auswahl der zur Herstellung des Acrylat-Copolymers verwendeten Monomere lassen sich die Eigenschaften des resultierenden Acrylat-Copolymers optimieren. Eigene Untersuchungen haben dabei überraschenderweise gezeigt, dass ein Acrylat-Copolymer, das aus Acrylsäuremethylester, Methacrylsäuremethylester, Acrylsäurebutylester, Methacrylsäurebutylester, Acrylsäure-2-ethylhexylester, Methacrylsäure-2-ethylhexylester und/oder Styrol hergestellt wurde, besonders gute Barriereeigenschaften aufweist.
Neben Acrylsäuremethylester, Methacrylsäuremethylester, Acrylsäurebutylester, Methacrylsäurebutylester, Acrylsäure-2-ethylhexylester, Methacrylsäure-2-ethylhexylester und Styrol können dabei weitere Monomere zur Herstellung des Acrylat-Coplymers verwendet worden sein oder das Copolymer wurde hergestellt aus zwei, drei, vier, fünf, sechs oder sämtlichen Monomeren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Acrylsäuremethylester, Methacrylsäuremethylester, Acrylsäurebutylester, Methacrylsäurebutylester, Acrylsäure-2-ethylhexylester, Methacrylsäure-2-ethylhexylester und Styrol.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Acrylat-Copolymer um ein statistisches Copolymer.
Erfindungsgemäß können auch Mischungen aus den oben beschriebenen Wachsen verwendet werden.
Ein Barrierepapier ist erfindungsgemäß bevorzugt, wobei das Barrierepapier zusätzlich eine Zwischenschicht (13) enthält und die Zwischenschicht (13) zwischen dem Papiersubstrat und der Barriereschicht angeordnet ist. Es hat sich in eigenen Untersuchungen gezeigt, dass die Eigenschaften des resultierenden Barrierepapiers besonders gut sind, wenn die Barriereschicht nicht direkt auf das Rohpapier als Papiersubstrat aufgetragen wird, sondern zunächst eine Zwischenschicht auf das Papiersubstrat aufgetragen wird.
Dabei ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die die Zwischenschicht (13) ein Pigment enthält.
Ein Barrierepapier ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn das Pigment ein organisches Pigment, anorganisches Pigment oder eine Mischung aus organischen Pigmenten und anorganischen Pigmenten ist.
Ein Barrierepapier ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn es sich bei dem Pigment um ein anorganisches Pigment handelt, ausgewählt aus der Liste bestehend aus kalziniertem Kaolin, Kaolin, Kaolinit, Magnesiumsilikathydrat, Siliziumoxid, Bentonit, Calziumcarbonat, Aluminiumhydroxid, Aluminiumoxid und Böhmit.
Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass besonders gute Eigenschaften erhalten werden könne, wenn das Pigment plättchenförmig ausgeformt ist, vorzugsweise mit einem Aspektverhältnis von 5 bis 100, bevorzugt von 15 bis 100, weiter bevorzugt von 20 bis 80. Bei dem Aspektverhältnis handelt es sich um den Quotienten zwischen dem Durchmesser und der Dicke des Plättchens des Pigments vor dem Vermischen mit den weiteren Komponenten. Ein Aspektverhältnis von 20 bedeutet, dass der Durchmesser des Plättchens 20 mal größer ist, als die Dicke des Plättchens. Beispielsweise Kaolin, Kaolinit und Talk sind plättchenförmig und sind als Pigment daher besonders bevorzugt.
Ein Barrierepapier ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn der Massenanteil des Pigments in der Zwischenschicht 5 bis 60 % beträgt, vorzugsweise 15 bis 40 % beträgt, besonders bevorzugt 20 bis 40 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der Zwischenschicht.
Ein Barrierepapier ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die Zwischenschicht ein Bindemittel enthält, und es sich bei dem Bindemittel vorzugsweise um ein vernetztes oder unvernetztes Bindemittel handelt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stärke, Polyvinylalkohol, carboxylgruppen modifiziertem Polyvinylalkohol, Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, einer Kombination aus Polyvinylalkohol und Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, silanolgruppen-modifiziertem Polyvinylalkohol, diaceton-modifiziertem Polyvinylalkohol, Acrylat-Copolymer, modifiziertem Polyethylenglycol, unmodifiziertem Polyethylenglycol, α-isodecyl-ω-hydroxy-Poly(oxy-1,2-ethanediyl), Styrol-Butadien-Latex, Styrol-Acrylat-Polymeren, filmbildenden Acrylcopolymeren und Mischungen hieraus.
Ein Barrierepapier ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn das Bindemittel ein oder mehrere Acrylat-Copolymere und/oder Styrol-Acrylat-Polymere umfasst oder daraus besteht.
Ein Barrierepapier ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn der Massenanteil des Bindemittels in der Zwischenschicht 95 bis 40 % beträgt, vorzugsweise 85 bis 60 % beträgt, besonders bevorzugt 80 bis 60 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der Zwischenschicht.
Erfindungsgemäß bevorzugt sind Barrierepapiere, wobei die flächenbezogene Masse der Zwischenschicht im Bereich von 1,5 bis 6 g/m² liegt, vorzugsweise im Bereich von 2,0 bis 5,5 g/m² liegt, besonders bevorzugt im Bereich von 2,0 bis 4,8 g/m² liegt.
Ein Barrierepapier ist erfindungsgemäß bevorzugt, wobei die Zwischenschicht zusätzlich ein Wachs auf Basis gesättigter Kohlenwasserstoffe umfasst.
Ein Barrierepapier ist erfindungsgemäß bevorzugt, wobei das Wachs auf Basis gesättigter Kohlenwasserstoffe in der Zwischenschicht einen Schmelzpunkt über 40 °C, vorzugsweise über 50 °C, besonders bevorzugt über 60 °C aufweist.
Ein Barrierepapier ist erfindungsgemäß bevorzugt, wobei das Wachs auf Basis gesättigter Kohlenwasserstoffe in der Zwischenschicht ein, zwei, drei oder mehr als drei Alkane enthält oder daraus besteht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Heneicosan, Docosan, Tricosan, Tetracosan, Pentacosan, Hexacosan, Heptacosan, Octacosan, Nonacosan, Triacontan, Hentriacontan, Dotriacontan, Tritriacontan, Tetratriacontan, Pentatriacontan, Hexatriacontan, Heptatriacontan, Octatriacontan und Nonatriacontan.
Ein Barrierepapier ist erfindungsgemäß bevorzugt, wobei das erfindungsgemäße Barrierepapier heißsiegelfähig ist.
Ein erfindungsgemäßes Barrierepapier ist bevorzugt, wobei das Trägerpapier auf der Rückseite weitere Schichten aufweist. Beispielsweise kann die Rückseite mit einer Stärkeschicht, vorzugsweise modifizierter Stärke, insbesondere bevorzugt modifizierter Maisstärke, beschichtet sein. Durch eine Rückseitige Beschichtung lassen sich die Eigenschaften des Barrierepapiers verbessern. Beispielsweise ist es somit möglich, eine rückseitige Bedruckbarkeit des Barrierepapiers sicherzustellen.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn das Barrierepapier auf einer oder auf beiden Seiten eine nach ISO 5627 bestimmte Bekk-Glätte im Bereich von 100 bis 1200 s aufweist. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Barriereschicht eine Bekk-Glätte im Bereich von 100 bis 1200 s aufweist, sofern es sich bei der Barriereschicht um eine Außenschicht handelt. Abweichend zur ISO 5627 wird die Bekk-Glätte in diesem Fall nicht beidseitig auf dem Barrierepapier bestimmt, sondern nur auf der Barriereschicht des Barrierepapiers.
Ein Barrierepapier ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn das Barrierepapier eine Wasserdampfdurchlässigkeit nach DIN 53122-1 von kleiner gleich 300 g/(m²d) aufweist, vorzugsweise kleiner gleich 250 g/(m²d), besonders bevorzugt von kleiner gleich 150 g/(m²d).
Überraschenderweise hat es sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Barrierepapier nicht nur eine sehr hohe Beständigkeit gegenüber Fett, sondern auch eine geringe Wasserdampfdurchlässigkeit aufweist. Eine geringe Wasserdampfdurchlässigkeit bei Verpackungen ist bei Lebensmitteln erwünscht, da die eingepackten Lebensmittel nicht vorzeitig austrocknen und länger frisch bleiben.
Ein Barrierepapier ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn das Barrierepapier einen KIT-Wert von mindestens 5, vorzugsweise von mindestens 8, besonders bevorzugt von mindesten 12 aufweist; gemessen nach Methode Tappi 559.
Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass erfindungsgemäße Barrierepapiere einen KIT-Wert von über 12 aufweisen können und somit eine ausgezeichnete Bettbeständigkeit zeigen, die im Selben Bereich liegt, wie die Fettbeständigkeit von Barrierepapieren die mit Kunststoff- oder Aluminiumfolie beschichtet sind.
Ein Barrierepapier ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn das Barrierepapier eine Fettdurchlässigkeit mit Terpentinöl nach Tappi 454 von mindestens 1300 s, vorzugsweise von mindestens 1500 s, besonders bevorzugt von mindesten 1800 s aufweist.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Barrierepapier, wobei das Barrierepapier eine Fettdurchlässigkeit von mindestens Level 5, vorzugsweise von mindestens Level 3, besonders bevorzugt von mindestens Level 1 aufweist; gemessen nach Methode DIN 53116.
Ein Barrierepapier ist erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die flächenbezogene Masse der des Barrierepapiers im Bereich von 33 bis 120 g/m² liegt, vorzugsweise im Bereich von 35 bis 80 g/m² liegt, besonders bevorzugt im Bereich von 40 bis 50 g/m² liegt.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist ein Barrierepapier zur Verwendung als Einschlagpapier, Unterlegpapier, Zwischen- und/oder Trennpapier für Lebensmittel, vorzugsweise zum Verpacken von Backwaren, Sandwiches, Brot, Burgern, Fleischwaren, Fisch, Wurstwaren und/oder Käse.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Barrierepapieres ist das Papiersubstrat sowohl vorderseitig als auch rückseitig mit der Barriereschicht beschichtet, wobei vorzugsweise zwischen den Barriereschichten und dem Papiersubstrat jeweils eine Zwischenschicht angeordnet ist. Bezüglich der Ausgestaltung der Zwischenschichten und der Barriereschcihten wir auf die Ausführungen oben zur Zwischenschicht verwiesen.
Insbesondere in der Ausgestaltung mit zwei Barriereschichten aber auch in der Ausgestaltung mit nur einer Barriereschicht hat es sich überraschenderweise gezeigt, dass die erfindungsgemäßen Barrierepapieren nicht nur eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Fetten und/oder Ölen und/oder Feuchtigkeit aufweisen, sondern zudem eine Barriere- bzw. Sperrwirkung gegenüber Mineralölen besitzen. Mineralöle treten häufig in recycelten Papieren bzw. Pappen auf, die nicht für die direkte Verpackung von Lebensmitteln vorgesehen sind. Sofern diese allerdings in Kontakt mit Lebensmitteln kommen, beispielsweise, wenn Lebensmittel in einem Karton verschickt werden, kann es nicht ausgeschlossen werden, dass Mineralöle auf das Lebensmittel übergehen, auch wenn die Lebensmittel in einer separaten Verpackung eingepackt sind. Beispielsweise wurden in der Vergangenheit Mineralölrückstände in Schokolade von Adventskalendern gefunden, die durch den Kontakt der Schokolade mit der Kartonverpackung von der Schokolade aufgenommen wurden. Erfindungsgemäße Barrierepapiere zeichnen sich überraschenderweise dadurch aus, dass sie nicht nur ein Austreten von Fetten, Ölen und Feuchtigkeit des Lebensmittels nach Außen verhindern, sondern zusätzlich das damit verpackte Lebensmittel vor einer Kontamination mit Mineralölen schützen.
Beispielsweise ist es auch möglich, aus erfindungsgemäßen Barrierepapieren Verpackungskartons herzustellen, die die Barriereschicht im inneren des Verpackungskartons aufweisen. Alternativ ist es auch möglich, Innenbeutelverpackungen aus erfindungsgemäßen Barrierepapieren herzustellen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Lebensmittelverpackung, vorzugsweise Lebensmittelbeutel, hergestellt aus einen erfindungsgemäßen Barrierepapier.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines erfindungsemäßen Barrierepapiers, als Lebensmittelbeutel, Einschlagpapier, Unterlegpapier, Zwischen- und/oder Trennpapier für Lebensmittel, vorzugsweise zum Einwickeln, Unterlegen, Zwischenlegen und/oder Trennen von Backwaren, gebratener und/oder frittierter Waren, Snackwaren, Sandwiches, Brot, Burgern, Fleischwaren, Fischwaren, Wurstwaren und/oder Käse.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Barrierepapiers (10), vorzugsweise eines erfindungsgemäßen Barrierepapiers, umfassend die folgenden Schritte

(i) Herstellen oder Bereitstellen eines ein Papiersubstrats (11), aufweisend eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite, wobei das Papiersubstrat Zellstofffasern umfasst und der Massenanteil der Zellstofffasern größer gleich 90 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse des Papiersubstrates und bestimmt als ofentrockener Massenanteil,
(ii) Herstellen oder Bereitstellen eines Barrierestrichs umfassend ein polymeres Bindemittel und ein Wachs,
(iii) Auftragen des hergestellten oder bereitgestellten Barrierestrichs auf eine Seite des Papiersubstrats und anschließendes Trocknen des Barrierestrichs, sodass eine Barriereschicht resultiert.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich den anhand der in den Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispielen und den Beispielen. Hierbei zeigen:

1 bis 4 mögliche Schichtaufbauten von erfindungsgemäßen Barrierepapieren.
1 zeigt ein Barrierepapier 10, das aus einem Papiersubstrat 11 und einer Barriereschicht 12 besteht. Das Papiersubstrat weist eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite auf und umfasst Zellstofffasern wobei der Massenanteil der Zellstofffasern 99,9 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse des Papiersubstrates. Auf der Vorderseite des Papiersubstrates 11 ist eine Barriereschicht 12 angeordnet, die aus einem polymere Bindemittel und einem Wachs besteht.
2 zeigt ein Barrierepapier 10, das aus einem Papiersubstrat 11, einer Zwischenschicht 13 und einer Barriereschicht 12 besteht. Das Papiersubstrat weist eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite auf und umfasst Zellstofffasern wobei der Massenanteil der Zellstofffasern größer gleich 99,9 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse des Papiersubstrates. Auf der Vorderseite des Papiersubstrates 11 ist die Zwischenschicht 13 angeordnet. Auf der Zwischenschicht 13 ist wiederrum die Barriereschicht 12 angeordnet, die aus einem polymere Bindemittel und einem Wachs besteht. Vorzugsweise enthält die Zwischenschicht 13 ein Pigment und ein Bindemittel.
3 zeigt ein Barrierepapier 10, das aus einem Papiersubstrat 11 und zwei Barriereschichten 12 besteht. Das Papiersubstrat weist eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite auf und umfasst Zellstofffasern wobei der Massenanteil der Zellstofffasern größer gleich 90 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse des Papiersubstrates. Sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite des Papiersubstrates 11 ist jeweils eine Barriereschicht 12 angeordnet, die aus einem polymere Bindemittel und einem Wachs auf Basis eines pflanzlichen Öls besteht.
4 zeigt ein Barrierepapier 10, das aus einem Papiersubstrat 11, zwei Zwischenschichten 13 und zwei Barriereschichten 12 besteht. Das Papiersubstrat weist eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite auf und umfasst Zellstofffasern wobei der Massenanteil der Zellstofffasern größer gleich 90 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse des Papiersubstrates. Sowohl auf der aufder Vorderseite als auch auf der Rückseite des Papiersubstrates 11 ist jeweils eine Zwischenschicht 13 angeordnet. Auf jeder der Zwischenschichten 13 ist wiederrum jeweils eine Barriereschicht 12 angeordnet, die aus einem polymere Bindemittel und einem Wachs besteht. Vorzugsweise enthalten die Zwischenschichten ein Pigment und ein Bindemittel.

Beispiel:
Es wurde ein Trägerpapier verwendet, das aus Sulfat-Zellstofffasern auf einer Papiermaschine eine in der Masse mit Stärke-Leimung versehene Papierbahn mit einer flächenbezogenen Masse von 70 g/m² hergestellt wurde. Der Massenanteil der Zellstofffasern beträgt ca. 99,9 %, bezogen auf die Gesamtmasse des Papiersubstrates. Das hergestellte Papiersubstrat wurde bei einer Linienlast von 80 kN/m und einer Temperatur von 80 °C kalandriert.
Unter Verwendung einer Luftbürste wurde auf das hergestellte Trägerpapier ein Zwischenstrich, der als wässrige Dispersion vorlag, aufgetragen und dieser Zwischenstrich wurde anschließend mithilfe von IR und Lufttrocknung getrocknet, sodass eine Zwischenschicht mit einem Flächengewicht von 3 g/m² resultierte. Die Zusammensetzung des Zwischenstrichs (ohne Berücksichtigung von Wasser) ist in Tabelle 1 angegeben.
Unter Verwendung eines volumetrischen Rakels wurde auf die Zwischenschicht ein Barrierestrich, der als wässrige Dispersion vorlag, aufgetragen und dieser Barrierestrich wurde anschließend mithilfe von IR und Lufttrocknung getrocknet, sodass eine Barriereschicht mit einem Flächengewicht von 4 g/m² resultierte. Die Zusammensetzung des Barrierestrichs (ohne Berücksichtigung von Wasser) ist in Tabelle 1 angegeben.

Das resultierende Barrierepapier, das sich bei 90, 120 und 150 °C heißversiegeln ließ, wies ein Flächengewicht von 77 g/m² auf und wurde auf seine Eigenschaften vermessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Tabelle 1:

Bestandteil	Handelsname	Komponente	Massenanteil

Zwischenstrich (zzgl. Wasser):
Polyacrylamid, anionisch modifiziert	Sterocoll BL	Bindemittel	0,01 bis 0,10
wässrige Polymerdispersion auf Basis von Acrylsäureester, Carbonsäuren	Sterocoll FS	Bindemittel	1,0 bis 2,5
anionisches Copolymer auf Basis von n-Butylacrylat, Acrylnitril und Styrol	Acronal S505	Bindemittel	65 bis 75
Kaolin	Capim NP	Pigment	25 bis 35

Erster Barrierestrich (zzgl. Wasser):
Statistisches Acrylat-Copolymer hergestellt aus Acrylsäuremethylester, Acrylsäurebutylester, Acrylsäure-2-ethylhexylester und Styrol als Monomeren in gleichen Massenanteilen.	Acrylat-Copolymer	Barrieremittel	70 %
Octacosan	Octacosan	Wachs	30 %

Tabelle 2:

Eigenschaft	Wert	Einheit	Bestimmungsmethode
Flächengewicht	77 ± 2	g/m²	DIN ISO 536
Dicke	77 ± 5	µm	DIN EN 20534
Fettbeständigkeit Palmkernfett Oberseite	1	level	DIN 53116
Fettbeständigkeit Terpentin Oberseite	> 1800	s	Tappi 454
Wasserbeständigkeit Oberseite	> 1800	s	Tappi 454
KIT-Test	12		Tappi 559
Siegelstärke	4,13-4,45	N/15 mm	500 kPa, 150 °C und 1 s
Wasserdampfdurchlässigkeit	85,1	g/(m²*d)	DIN 53122-1 (38 °C / 90 % r. H.)
Glätte nach Bekk:	150	Sekunden	ISO 5627

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014119572 A1 [0005]
EP 2046492 B1 [0045]
EP 2545102 B1 [0048]

Claims

Barrierepapier (10) umfassend a) ein Papiersubstrat (11), aufweisend eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite, wobei das Papiersubstrat Zellstofffasern umfasst und der Massenanteil der Zellstofffasern größer gleich 90 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse des Papiersubstrates und bestimmt als ofentrockener Massenanteil, und b) eine vorderseitig und/oder rückseitig des Papiersubstrats angeordnete Barriereschicht (12), wobei die Barriereschicht (12) i) ein polymeres Bindemittel und ii) mindestens ein Wachs und/oder mindestens ein pflanzliches Öl umfasst oder daraus besteht.
Barrierepapier nach Anspruch 1, wobei der Massenanteil der Zellstofffasern größer gleich 95 % beträgt, vorzugsweise größer gleich 98 % beträgt, besonders bevorzugt größer gleich 99 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse des Papiersubstrates und bestimmt als ofentrockener Massenanteil.
Barrierepapier nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Massenanteil an Sulfat-Zellstofffasern größer gleich 90,0 % beträgt, vorzugsweise größer gleich 95,0 % beträgt, besonders bevorzugt größer 99,5 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der Zellstofffasern im Papiersubstrat und bestimmt als ofentrockener Massenanteil.
Barrierepapier nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Papiersubstrat neben den Zellstofffasern lediglich anorganische Füllstoffe, Stärke, Alaun und/oder Leim enthält.
Barrierepapier nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei dem Wachs um ein Wachs auf Basis eines pflanzlichen Öls oder Bienenwachs handelt.
Barrierepapier nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Massenanteil an Lignin in den Zellstofffasern kleiner gleich 5,0 % beträgt, vorzugsweise kleiner gleich 4,5 % beträgt, besonders bevorzugt, kleiner gleich 4,0 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse der Zellstofffasern und bestimmt als ofentrockener Massenanteil.
Barrierepapier nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei es sich bei dem polymeren Bindemittel um ein vernetztes oder unvernetztes Bindemittel handelt, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stärke, Polyvinylalkohol, carboxylgruppenmodifiziertem Polyvinylalkohol, Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, einer Kombination aus Polyvinylalkohol und Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, silanolgruppen-modifiziertem Polyvinylalkohol, diaceton-modifiziertem Polyvinylalkohol, modifiziertem Polyethylenglycol, unmodifiziertem Polyethylenglycol, α-isodecyl-ω-hydroxy-Poly(oxy-1,2-ethanediyl), Styrol-Butadien-Latex, Styrol-Acrylat-Polymeren, Acrylcopolymeren und Mischungen hieraus.
Lebensmittelverpackung, vorzugsweise Lebensmittelbeutel, hergestellt aus einen Barrierepapier nach einem der vorherigen Ansprüche.
Verwendung eines Barrierepapiers nach einem der Ansprüche 1 bis 7, als Lebensmittelbeutel, Einschlagpapier, Unterlegpapier, Zwischen- und/oder Trennpapier für Lebensmittel, vorzugsweise zum Einwickeln, Unterlegen, Zwischenlegen und/oder Trennen von Backwaren, gebratener und/oder frittierter Waren, Snackwaren, Sandwiches, Brot, Burgern, Fleischwaren, Fischwaren, Wurstwaren und/oder Käse.
Verfahren zur Herstellung eines Barrierepapiers (10), vorzugsweise eines Barrierepapiers nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die folgenden Schritte (i) Herstellen oder Bereitstellen eines ein Papiersubstrats (11), aufweisend eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite, wobei das Papiersubstrat Zellstofffasern umfasst und der Massenanteil der Zellstofffasern größer gleich 90 % beträgt, bezogen auf die Gesamtmasse des Papiersubstrates und bestimmt als ofentrockener Massenanteil, (ii) Herstellen oder Bereitstellen eines Barrierestrichs umfassend ein a) polymeres Bindemittel und b) ein Wachs und/oder ein Öl, (iii) Auftragen des hergestellten oder bereitgestellten Barrierestrichs auf eine Seite des Papiersubstrats und anschließendes Trocknen des Barrierestrichs, sodass eine Barriereschicht resultiert.