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Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von mindestens einlagiger Zellstoffwatte zur Herstellung von umgeformten Produkten.
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Zellstoff wird durch einen Aufschluss von Pflanzenfasern erhalten und besteht im Wesentlichen aus Zellulose. Aus Zellstoff wird eine Vielzahl von Produkten hergestellt, beispielsweise Papiere, Tissue-Produkte, Windeln etc. Zellstoff liegt in verschiedenen Qualitäten vor. Zellstoffwatte ist dabei eine besondere Qualität und wird aus Weichhölzern, gegebenenfalls auch Harthölzern, hergestellt. Zellstoffwatte besitzt ein gutes Wasserbindungsvermögen und wird daher in erster Linie für Hygieneprodukte wie Damenbinden, Inkontinenzprodukte u. ä. eingesetzt.
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Umgeformte Produkte im Sinne der vorliegenden Erfindung werden insbesondere als Verpackungsmittel eingesetzt. Diese können beispielsweise in Form von sogenannten Trays bzw. Schalen, die beispielsweise Wurst, Käse oder Obst aufnehmen, ausgebildet sein, oder in Form von Blistern o. ä. Diese werden üblicherweise aus Kunststoff oder Kunststoffersatzprodukten hergestellt und weisen in aller Regel chemische Zusätze und insbesondere Versiegelungen der Oberfläche auf, damit gerade im Falle von Kunststoffersatzprodukten ein Durchweichen der Verpackung verhindert ist. Verpackungsprodukte in Form von Kunststoffen, aber auch von beschichteten Kunststoffersatzprodukten können insbesondere dann, wenn mehrschichtige Verpackungsprodukte, gleich aus welchen Materialien, vorliegen, schlecht recycelt werden und werden daher in aller Regel thermisch verwertet, also beispielsweise einer Müllverbrennung zugeführt. Wünschenswert wäre es daher, Verpackungsprodukte zur Verfügung zu stellen, welche nicht nur thermisch verwertet, sondern insbesondere auch sinnvoll recycelt werden könnten. Zudem ist es wünschenswert, Verpackungsprodukte aus Materialien herzustellen, die einen geringen Kohlendioxid-Fussabdruck aufweisen und beispielsweise aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt sind.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, umgeformte Produkte, die insbesondere als Verpackungen eingesetzt werden können, zur Verfügung zu stellen, welche recycelbar sind und gleichzeitig weniger klimaschädlich, insbesondere klimaneutral, im Vergleich zu bestehenden gattungsgemäßen Produkten sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung von mindestens einlagiger Zellstoffwatte umfassend Zellstoff in Form einer Bahn oder in Form von Zuschnitten zur Herstellung von umgeformten Produkten. Unter dem Begriff „umgeformte Produkte“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere verstanden, dass beispielsweise eine Bahn oder ein Zuschnitt von Zellstoffwatte heiß oder kalt umgeformt wird unter Anwendung von Druck. Gegebenenfalls kann auch Vakuum dabei eingesetzt werden. Die einzelne Lage aus Zellstoffwatte als Rohprodukt wird hierdurch zu einem Halbprodukt oder einem Fertigprodukt, beispielsweise einem Verpackungsbehälter, umgeformt. Übliche Verarbeitungstemperaturen können in einem Bereich zwischen etwa 10°C bis etwa 450°C, bevorzugt etwa 50°C bis etwa 400°C, noch weiter bevorzugt von etwa 175°C bis etwa 375°C liegen. Neben der Anwendung von Druck kann auch Zug auf die Bahn oder den Zuschnitt aus Zellstoffwatte bei der Herstellung umgeformter Produkte ausgeübt werden, so dass man in diesem Sinne auch von einem Zugdruckumformen, hier bezogen auf Zellstoffwatte, sprechen kann. Aber auch ein reines Druckumformen, beispielsweise durch Walzen oder in der Art eines Gesenkformens, ist mit einer Bahn oder Zuschnitten aus Zellstoffwatte im Sinne der vorliegenden Erfindung möglich, um diese zur Herstellung von umgeformten Produkten einzusetzen. Die eingesetzte Zellstoffwatte ist vorzugsweise aus Weichholz, insbesondere Nadelholz, hergestellt. Bevorzugt umfasst die mindestens einlagige Zellstoffwatte Langfaserzellstoff. Weiter bevorzugt weist der zur Herstellung der Zellstoffwatte eingesetzte Zellstoff eine Faserlänge in einem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 5,5 mm, weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 2 mm bis etwa 5 mm und noch weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 2,5 mm bis etwa 4,5 mm, auf. Die Faserlänge des eingesetzten Zellstoffs bleibt bevorzugt in der Zellstoffwatte erhalten.
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Wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Begriff „etwa“ oder „im Wesentlichen“ im Zusammenhang mit Werten oder Wertebereichen oder aber Eigenschaften oder Geometrien verwendet, so ist darunter ein Toleranzbereich zu verstehen, den der Fachmann auf diesem Gebiet für üblich erachtet. Insbesondere ist ein Toleranzbereich im Zusammenhang mit Werten oder Wertebereichen bei Verwendung des Begriffes „etwa“ von +/- 20 %, bevorzugt von +/- 10 %, und weiter bevorzugt von +/- 5 % vorgesehen. Untergrenzen von Wertebereichen können um 5 % bis 20 % unterschritten werden. Obergrenzen von Wertebereichen können um 5 % bis 20 % überschritten werden. Soweit verschiedene Wertebereiche, beispielsweise bevorzugte und weiter bevorzugte Wertebereiche, in der vorliegenden Erfindung angegeben sind, sind die Untergrenzen und die Obergrenzen der verschiedenen Wertebereiche miteinander kombinierbar.
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Bevorzugt sind die unter Verwendung von mindestens einlagiger Zellstoffwatte hergestellten umgeformten Produkte Verpackungsmittel. Diese können insbesondere ausgestaltet sein in Form von Schalen/Trays, Blistern, Tüten, Behältern u. ä. Die Verpackungsmittel sind dabei vorzugsweise geeignet zur Verpackung von Lebensmitteln. Es können jedoch auch sonstige Produkte mit diesen verpackt werden, beispielsweise pharmazeutische Produkte, Kosmetika, Medizinprodukte, technische Geräte, Drogerieartikel, wobei die vorgenannten Produkte beispielhaft genannt sind.
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Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Verwendung von mindestens einlagiger Zellstoffwatte zur Herstellung von umgeformten Produkten besteht darin, dass hierdurch umgeformte Produkte zur Verfügung stellbar sind, welche ausschließlich aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt sind und so gut wie keinen CO2-Abdruck hinterlassen. Vor allen Dingen können diese Produkte auch recycelt werden, da diese die ansonsten üblichen Beschichtungen, die bei Lebensmitteln notwendig sind, nicht aufweisen müssen. Sie können daher gesondert mit sonstigem Papiermüll gesammelt und entsprechend verwertet, insbesondere recycelt, werden.
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Die mindestens einlagige Zellstoffwatte kann außer Zellstoff noch sonstige Faserstoffe aufweisen, die in der Produktion zugemischt werden. Besonders bevorzugt kann die mindestens einlagige Zellstoffwatte einen Anteil an Baumwollfasern aufweisen. Geeignete Baumwollfasern haben vorteilhafterweise eine Faserlänge in einem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 25 mm. Aber auch Fasern aus Hanf, Bambus oder sonstigen nachwachsbaren Rohstoffen sind einsetzbar.Die Faserlänge der sonsitgen Faserstoff liegt bevorzugt in einem Bereich von etwa 1 mm bis etwa 25 mm, weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 1,5 mm bis etwa 10 mm, und noch weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 2 mm bis etwa 8 mm. Der Anteil sonstiger Faserstoffe wie vorstehend erwähnt an der mindestens einlagigen Zellstoffwatte zur Herstellung von ungeformten Produkten liegt in einem Bereich von etwa 1 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-%, weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 2 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-%, und noch weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 10 Gew.-% bis etwa 35 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Menge der Zellstoffwatte.
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Die unter Verwendung von mindestens einlagiger Zellstoffwatte hergestellten umgeformten Produkte können auch mehrschichtig aufgebaut sein, beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine oder mehrere Lagen aus einem Airlaid-Material (non-woven Material, beispielsweise ein Vliesmaterial) zwischen einer oder mehreren Lagen von Zellstoffwatte auf einer jeden Seite der Airlaid-Lage angeordnet ist, oder umgekehrt eine oder mehrere Lagen von Zellstoffwatte zwischen einer oder mehreren Lagen aus einem Airlaid-Material, das auf beiden Zeiten der Zellstoffwatte angeordnet ist, angeordnet ist. Aber auch andere Arten von mehrlagigen Produkten sind unter Verwendung von mindestens einlagiger Zellstoffwatte herstellbar. Durch die erfindungsgemäße Verwendung von mindestens einlagiger Zellstoffwatte zur Herstellung von umgeformten Produkten, insbesondere Verpackungsmitteln, wird Zellstoff und damit Zellstoffwatte einer neuartigen Nutzungsform zugeführt. Die erfindungsgemäße Verwendung der mindestens einlagigen Zellstoffwatte in Umformverfahren zur Herstellung von Halbprodukten oder fertigen Produkten aus dem Rohmaterial Zellstoffwatte, insbesondere im Rahmen einer Druckumformung oder Zugdruckumformung, bevorzugt einer Zugdruckumformung bei erhöhten Temperaturen, sind überraschenderweise Produkte hoher Qualität mit hervorragenden Eigenschaften als Verpackungsmittel herstellbar und insbesondere im Bereich der Lebensmittelindustrie verwendbar gemacht.
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Als bevorzugtes Zugdruckumformverfahren ist ein Tiefziehen vorteilhaft, wobei die mindestens einlagige Zellstoffwatte in Form einer Bahn oder in Form von Zuschnitten einer entsprechenden Vorrichtung zugeführt und unter Druck in Hohlformen gezogen wird. Vorteilhafterweise erfolgt die Herstellung der Produkte im Umformverfahren bei den weiter oben angegebenen Temperaturen und unter Anwendung von Druck, wobei beispielsweise ein Formstempel mit einem bestimmten Druck, beispielsweise in einem Bereich von etwa 10 bar bis etwa 100 bar, bezogen auf das umzuformende Teil, eingesetzt werden kann.
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Vorteilhafterweise weist die mindestens eine Lage der Zellstoffwatte eine Dicke gemäß DIN EN ISO 12625-3 (September 2014) in einem Bereich von etwa 0,12 mm bis etwa 0,68 mm, weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 0,15 mm bis etwa 0,55 mm, auf. Diese Angaben beziehen sich auf die mindestens eine Lage der Zellstoffwatte vor Herstellung eines umgeformten Produktes. Vorteilhafterweise weist Zellstoffwatte in Form einer Bahn oder in Form von Zuschnitten, in aller Regel mehrlagig ausgebildet, insbesondere mindestens vierlagig, zur Herstellung zu umgeformten Produkten, die dem Umformprozess zugeführt wird, vor Umformung eine Dicke gemäß DIN EN ISO 12625-3 (September 2014) in einem Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 70 mm, bevorzugt in einem Bereich von etwa 1,5 mm bis etwa 40 mm, und noch weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 1,6 mm bis etwa 15 mm, auf. Aufgrund einer Kreppung der mindestens einlagigen Zellstoffwatte kann aus einer Dicke der in aller Regel mehrlagigen, insbesondere mindestens vierlagigen, Zellstoffwatte, die dem Umformprozess zugeführt wird, nicht auf eine Dicke einer einzelnen Lage der Zellstoffwatte geschlossen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird Zellstoffwatte verwendet, die mindestens vierlagig ausgebildet ist. Die Anzahl der Lagen kann dabei aus vereinzelten, aufeinandergelegten Lagen bestehen, oder durch Rückfaltung einer Lage erreicht werden. Eine beispielsweise vierlagig ausgebildete Zellstoffwatte, die durch Doublierung entstanden ist, ist durch zweimaliges Rückfalten einer einzigen Lage Zellstoffwatte herstellbar, oder durch Aufeinanderlegen von vier Einzellagen Zellstoffwatte, was bevorzugt ist, oder durch einmalige Rückfalten einer Einzellage und Aufeinanderlegen zweier solcher erhaltener Doppellagen. Vorteilhafterweise ist die zur Herstellung von umgeformten Produkten verwendete Zellstoffwatte mindestens achtlagig, weiter bevorzugt mindestens zehnlagig und noch weiter bevorzugt mindestens sechzehnlagig ausgebildet. Eeine sechzehnlagige Zellstoffwatte kann hergestellt sein durch Aufeinanderlegen von acht Doppellagen Zellstoffwatte, wobei jede Doppellage durch Rückfalten einer Einzellage erhältlich ist. Ein Flächengewicht einer Lage Zellstoffwatte liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von etwa 16 g/m2 bis etwa 50 g/m2, weiter bevorzugt in einem Bereich von etwas 20 g/m2 bis etwa 42 g/m2.
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Die erfindungsgemäß verwendete Zellstoffwatte weist vorteilhafterweise einen Kreppfaktor in einem Bereich von etwa 15 % bis etwa 80 %, weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 35 % bis etwa 75 %, und noch weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 40 % bis etwa 70%, auf. Eine Kreppung wird erzielt durch eine unterschiedliche Einstellung der Antriebsgeschwindigkeit von Zylindern in einer Papiermaschine, insbesondere zwischen Trockenzylinder und Aufroller (Poperoller), auf welcher die erfindungsgemäß zu verwendende Zellstoffwatte hergestellt wird. Der Kreppfaktor ist damit auch ein Maß für die (Bruch-)Dehnung der fertig hergestellten mindestens einlagigen Zellstoffwatte gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Dehnung wird allerdings zusätzlich noch durch weitere Faktoren bei der Herstellung beeinflusst, beispielsweise durch Einstellungen eines Schaberklingenwinkels in der Papiermaschine bei Abschabung der erzeugten Zellstoffwatte von einem Trockenzylinder.
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Bevorzugt weist die erfindungsgemäß zu verwendende Zellstoffwatte einen Feuchtegehalt gemäß DIN 54540 Teil 9 (2007-10) in einem Bereich von etwa 3 % bis etwa 40 %, weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 5 % bis etwa 35 %, und noch weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 8 % bis etwa 32 %, und noch weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 10,5 % bis etwa 29 %, auf. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Zellstoffwatte nach Herstellung in einer Papiermaschine zusätzlich befeuchtet wird, um höhere Feuchtegehalte zu erzielen. Die Befeuchtung kann beispielsweise derart erfolgen, dass vor einem Aufeinanderlegen dreier einlagiger Zellstoffwatte beispielsweise Wasser oder eine andere Flüssigkeit auf die Zellstoffwatte gegeben wird, bevorzugt nur auf die eine innere Lage, beispielsweise durch Versprühen von Wasser auf mindestens eine Seite der betreffenden Lage nach Herstellung der Zellstoffwatte und vor Aufeinanderlegung oder Rückfaltung und Aufrollung derselben. Hierdurch wird die Feuchte im Inneren der dann dreilagigen Zellstoffwattebahn gehalten. Aber auch die außenliegenden Lagen mehrlagiger Zellstoffwatte können befeuchtet werden. Vorzugsweise wird in Hinblick auf die erfindungsgemäße Verwendung der mindestens einlagigen Zellstoffwatte zur Herstellung von umgeformten Produkten ein Feuchtegehalt mit Wasser eingestellt. Zusätzlich können jedoch auch weitere Substanzen aufgegeben werden, um bestimmte Ausstattungsmerkmale den hergestellten umgeformten Produkten mitzugeben. Beispielsweise können fett- oder ölabweisende Mittel auf die mindestens einlagige Zellstoffwatte appliziert werden, vorzugsweise bei einer Doublierung der mindestens einlagigen Zellstoffwatte auf die nach einer Doubllierung innenliegende Oberfläche der Zellstoffwatte.
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Der bei der Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Zellstoffwatte eingesetzte Zellstoff kann sowohl gebleicht oder ungebleicht sein. Es können auch Mischungen aus gebleichtem Zellstoff und ungebleichtem Zellstoff vorgesehen sein, je nach Anforderungen, die an die umgeformten Produkte gestellt werden.
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Vorteilhafterweise weist die zur Herstellung umgeformter Produkte verwendete mindestens einlagige Zellstoffwatte eine Bruchdehnung gemäß DIN EN ISO 12625-4 (März 2017) in einem Bereich von etwa 15 % bis etwa 180 %, weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 30 % bis etwa 120 %, und noch weiter bevorzugt in einem Bereich von etwa 40 % bis etwa 95 %, auf. Bevorzugt beträgt der Kreppfaktor bei dem zuletzt genannten besonders bevorzugten Bereich etwa 45% bis etwa 55%. Derartige Werte für die Bruchdehnung und den Kreppfaktor werden insbesondere dann eingestellt, wenn ausschließlich Zellstoffwatte in einer jeden Lage verwendet wird. Eine Bruchdehnung in einem Bereich von etwa 15% bis etwa 40% ist vorzugsweise mit einem Kreppfaktor von etwa 15% bis etwa 28% verbunden. Derartige Werte für die Bruchdehnung und den Kreppfaktor werden insbesondere dann eingestellt, wenn mindestens eine einlagige Zellstoffwatte, die Außenlagen bildet, kombiniert wird mit einer mindestens einlagigen Innenlage aus einem Airlaid-Material Bei einer Bruchdehnung in den vorgenannten Bereichen ist eine Herstellung von Produkten im Umformverfahren, insbesondere von Verpackungsmitteln, insbesondere im Rahmen eines tiefziehartigen Verfahrens unter Anwendung von Wärme, vorteilhaft ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der zu verwendenden mindestens einlagigen Zellstoffwatte ist bei einer mehrlagigen Ausgestaltung derselben ein Feuchtegehalt vor dem Umformen zu umgeformten Produkten mindestens einer inneren Lage höher als ein Feuchtegehalt einer äußeren Lage. Bevorzugt sind bei einer mehrlagigen Ausgestaltung die äußeren Lagen der Zellstoffwatte nicht nach Herstellung der Zellstoffwatte befeuchtet worden, wohingegen innere Lagen nach Herstellung der Zellstoffwatte, insbesondere nach Verlassen der Papiermaschine, befeuchtet werden können, um einen für die Umformung der Produkte gewünschten Feuchtegehalt einstellen zu können. Bevorzugt wird dabei wie vorstehend beschrieben im Rahmen einer Rückfaltung oder eines Aufeinanderlegens mindestens einlagiger Zellstoffwatte mindestens eine Seite derselben befeuchtet und dann diese eine erste Lage rückgefaltet oder es wird eine zweite Lage Zellstoffwatte aufgelegt, die ebenfalls auf mindestens einer Seite, bevorzugt auf der der ersten Lage zugewandten Seite, befeuchtet worden sein kann, so dass die Feuchte im Inneren der dann mindestens zweilagigen Zellstoffwatte erhöht ist. Bei einer Mehrfachrückfaltung oder einem mehrfachen Aufeinanderlegung von einzelnen Lagen von Zellstoffwatte kann entsprechend vorgegangen werden. Mittig anzuordnende Lagen können bevorzugt von beiden Seiten befeuchtet werden.
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Wie bereits vorstehend erwähnt werden die umgeformten Produkte vorteilhafterweise durch ein tiefziehartiges Verfahren hergestellt. Dies erfolgt bevorzugt unter Anwendung von Druck und Wärme in den vorstehend genannten Bereichen.
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Die vorgenannten und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Aus hochgebleichtem Langfaserzellstoff aus Nadelholz mit einer Faserlänge von 3 mm bis 4 mm wird zunächst eine Pulpe durch Aufschluss mit Wasser in einem Pulper gebildet. Das entstandene Zellstoff-Wasser-Gemisch wird einer Papiermaschine zugeführt und auf ein Endlossieb aufgebracht. Direkt am Anfang der Papiermaschine wird über eine mit Vakuum beaufschlagte Saugbrustwalze ein Großteil an Wasser aus dem Zellstoff-Wasser-Gemisch entfernt und derart Zellstoffwatte auf dem Endlossieb gebildet. Weitere Entwässerungselemente in der Papiermaschine sorgen für eine weitere Trocknung der entstandenen einlagigen Zellstoffwatte. Die noch feuchte einlagige Zellstoffwatte wird über eine Gautsche vom Endlossieb abgegautscht und in eine nachgeschaltete Trockenpartie der Papiermaschine transportiert. Dort ist insbesondere ein mit Wasserdampf beheizter Trockenzylinder vorgesehen als auch eine Dampfhaube, die mit heißer Luft die einlagige Zellstoffwatte trocknet. Die solchermaßen erhaltene einlagige Zellstoffwatte hatte einen Feuchtegehalt von etwa 3% bis etwa 6,5% gemäß DIN EN ISO 12625-8 (April 2011). Diese wird vom Trockenzylinder abgeschabt und aufgewickelt. Bei der Aufwicklung wurde durch eine unterschiedliche Einstellung der Geschwindigkeit zwischen Trockenzylinder und dem für die Aufwicklung eingesetzten Roller ein Kreppfaktor von etwa 45% bis etwa 55% % eingestellt. Die Bruchdehnung der erhaltenen einlagigen Zellstoffwatte betrug etwa 60% bis etwa 85% gemäß DIN EN ISO 12625-4 (März 2017). Das Flächengewicht der einlagigen Zellstoffwattebahn betrug etwa 31 g/m2. Nach der Entnahme der wie vorstehend beschrieben hergestellten einlagigen Zellstoffwatte wurde diese achtlagig ausgebildet durch vierfaches Rückfalten der einen Lage der Zellstoffwatte oder durch Abwicklung von acht Einzellagen der Zellstoffwatte und Aufeinanderlegen derselben, wobei innenliegenden Lagen der Zellstoffwatte noch Wasser durch Versprühung zugegeben wurde, um einen Feuchtegehalt der achtlagigen Zellstoffwatte von etwa 20% einzustellen. Abschließend wurde die achtlagige Zellstoffwatte, die eine Dicke von etwa 2,8 mm aufwies, als Bahn in Schmalrollen geschnitten.
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Eine solchermaßen hergestellte Zellstoffwatte kann dann, beispielsweise gedoppelt durch Rückfalten oder Aufeinanderlegen zweier Bahnen achtlagiger Zellstoffwatte, somit als insgesamt sechzehnlagige Bahn, in einem tiefziehartigen Verfahren umgeformt werden zu beispielsweise einer Schale für die Verpackung von Obst, Wurst oder Käse.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN ISO 12625-3 [0012]
- DIN 54540 [0015]
- DIN EN ISO 12625-4 [0017, 0021]
- DIN EN ISO 12625-8 [0021]