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Papierbecher für heiße Getränke und Verfahren zu seiner Imprägnierung
Die Erfindung betrifft Papierbecher, insbesondere sogenannte zweiteilige, konische
Papierbecher, die zum einmaligen Gebrauch bestimmt sind, sowie Verfahren. zu seiner
Imprägnierung. Solche Papierbecher sind üblich auf Bahnhöfen; sie, dienen teilweise
auch zur Verpackung von Lebensmitteln oder Speiseeis. Der Gegenstand der vorstehenden
Erfindung betrifft lediglich solche Becher, die zum Trinken bestimmt sind, und hiervon
wiederum die Abart, die für den Genuß von heißem Kaffer- oder anderen heißen
Ge-
tränken bestimmt sind.
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Man hat bei Einführung der Papierbecher im Anfang dieses JahThunderts
diese aus einem möglichst dichten Karton gemacht und durch Einwirken starker Erhitzung
während der Fabrikation eine Sterilisierung des Papiers vorgenommen im Hinblick
darauf, daß die Becher als Trinkgefläße für einmalige Benutzung bestimmt sind.
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Später wurde die Paraffinierung solcher Becher eingeführt, die diese
einmal insbesondere an dez Stoß-.gtelle zwischen dem Boden und der Seitenwand abdichtet
und die außerdem das Papier gegen Wasserdurchdringung ünprägnieren sollte. Man hat
seinerzeit herausgefunden, daß man mit derartiger Paraffinierung -eine Versteifung
der Papierwände erreicht, so daß es möglich war, die Papierstärken erheblich zu
verringern. Diese vorteilhafte Imprägnierung mit Wachs konnte aber lediglich für
Becher angewendet worden, die für kalte Getränke bestimmt sind. Bei der Einfüllung
heißer Getränke in solche Becher würde das Wachs bzw. das Paraffin, das Schmelzpunkte
von etwa 52 bis 561 C hat, zum Schmelzen gebracht und sich mit dem
Heißgetränk mischen und außerdem zu unangenehmer Geruchbildung führen. Es ergab
sich daraus, daß für heiße und kalte Getränke verschiedene Becherarten hergestellt
wurden, für die sich in der Fachwelt die Ausdrücke »Heißgetränkebecher« und »Kaltgetränkebwler«
eingeführt haben. Ein weiterer Schritt in dieser Entwicklung erfolgte als Getränkespendeautomaten
eingeführt wurden, die gegen Einwurf einer Münze einen Becher aus einem Stapel in
einen Einfüllkorb fallen lassen und anschließend ein Getränk gespendet wird. Diese
Automaten stellten erneute Anforderungen an die Paraffmierung der Papierbecher.
Während bis dahin die Paraffmierung stets so ausgeführt wurde, daß sich eine sichtbare
und abkratzbare Schicht innen und außen an der Oberfläche bildete, wurden nunmehr
Methoden eingeführt, die Bildung abkratzbarer Schichten zu vermeiden. Das hatte
,den Grund, daß besonders an warmen Tagen starke Wachsschichten dazu neigen, etwas
klebrig zu werden und den freien Fall der Becher zu behindern.
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Zu diesem Zweck wurde das sogenannte Trockenwachsverfahren eingeführt,
indem die sich bei der Aufbringung des Paraffins unvermeidlich bildenden stärkeren
Wachsschichten durch lange Abtropf- und Abschwitzkammem so weit verdunstet werden,
daß das Paraffin lediglich noch die Poren ausfüllt, während die äußerlich abkratzbaren
Schichten verschwinden. Derartige trockengewachste Becher aber sind ebenfalls lediglich
für den Gebrauch von Kaltgetränken verwendbar, während sie für Heißgetränke die
gleichen Nachteile haben, die oben bereits erwähnt sind.
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Inzwischen hat sich für Heißgetränke eine andere Imprägnierungsme#thode
herausgebildet, die den wesentlichen Zweck hat, den Innenteil des Bechers mit einer
Oberflächerischicht zu überziehen ' die glatt und aromadicht ist, so daß
beim Einfüllen heißer Getränke der unangenehme Papiergeruch, der von Leün und anderen
Ingredlenzen des Papiers herrührt, nicht so stark in Erscheinung tritt. Dieses Verfahren
bildete sich vor allem nach dem letzten Weltkrieg aus, als die Anwendung von Kunststoff-en
für derartige Zwecke sich mehr und meh-r verbreitete. Für diese Imprägnierung ergaben
sich zwei Verfahren, nämlich einmal, solche Schichten durch nachträgliches Ausspritzen
oder Ausgießen des fertigen Bechers zu erreichen, was erhebliche zusätzliche Anlagen
erforderte, oder das Verfahren, bei der Bildung und Herstellung derartiger Becher
von einem vorher beschichtoten Karton auszugehen. Das letztere Verfahren hat sich
als besonders vorteilhaft für Kaffeebecher herausgestellt, wenn für die Beschichtung
des Kartons
Hochdruck-Polyäthylen (aus dem nierigeren spe#hfischen
Gewichtsbereich) verwendet wird. 4
Eine Versteifung des Kartons bzw. der Becherwände
wird allerdings durch -eine derartige Iinprägnierung, sei sie nun vorher oder nach
der Becherbildung ausgeführt, nicht erreicht. Der Karton bleibt weich, und es ist
unvermeidlich, die gleichen Papierstärken zu verwendQn, wie man- sie bisher für
unbeschichteten Karton bei der Herstellung'von Heißgetränkebechexii verwendet hat,
damit die Becher dem Druck der Hand standhalten und nicht beim Heben schon zusammenfallen.'und,
in für den Benutzer äußerst unangenehmer Weise das Heißgetränk dadurch zum überlaufen
bringen.
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Man hat zwar auch schon vorgeschlagen und auch ausgeführt, plastikbeschichtete
Lebensmittelbehalter, insbesondere Papierbecher, außerdem von außen zu paraffirdieren,
das jedoch nicht in erster Linie, um derartige Becher zu versteifen, sondern mehi,
um solchen Behältern auch einen äußeren Schutz gegen Feuchtigkeit zu geben und um
sie zusätzlich abzudichten, um dadiurch die sehr teure Kunststoffschicht dünner
halten zu können.
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Diese Methode, einen Becher durch äußere Paraffinierung zu versteifen
und dadurch an Papierstärke zu sparen, ist jedoch wiederum für Heißgetränke
nicht ohne weiteres anwendbar. Abgesehen davon, daß die Nehenvorteile, die oben
für Lebensmittelbehälter angeführt wurden, für GetTankebecher uninteressant sind,
ergibt sich ja der Umstand, daß die Versteifung durch das Paraffin durch die Einfällung
des heißen Kaffees wieder aufgehoben wird, wenn das PaTaffin schmilzt.
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Die Erfindung lehrt nun, daß ein Papierbecher, der von innen beschichtet
ist und außen einen Paraffinauftrag, aufweist, vt-rsteift werden und für Heißgetränke
verwendbar bleiben kann, wenn die Außenwachsung -eine unvollständige Trockenwachsung
ist. Diese Trockenwachsung muß dabei so gering gehalten werden, daß die Poren des
Papiermaterials nicht vollständig ausgefüllt werden. Für die. Verstdfung der Papierwände
genügt es, wenn die Paraffinik-rung nur 900/9 oder weniger desjenigen Paraffingewichteg
be-
trägt, die bei Sättigung des Papiers mit Paraffin benötigt wird. Dabei
wird unter Sättigung der Zustand verstanden, M dem die Papierporen vollständig
ge-
füllt sind und noch kein sichtbares oder abkratzbares Paraffin. an der
Oberfläche verbleibt.
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Eine solche Maßnahme hat zur Wirkung, daß die Seitenwand infolge der
unvollständigen Füllung der Poren noch immer wasseraufnahniefähig bleibt. Jedes
Papier ist bekanntlich hygroskopisch und absorbiert aus der Luft je nach
deren relativen Feuchtigkeitsgehalt eine bestimmte Wassermenge. Es bildet sich hierbei
ein Gleichgewichtszustand. Zum Beispiel ist ein nicht paTaffiniertes Papier der
für die Papierbechexherstellung in Frage kommenden Qualität mit einer Feuchtigkeit
von 70/9 Wassergewicht, gegenüber dem Papiergewicht. versehen, wenn es in
einem Raum gelagert hat, dessen relative Luftfeuchtigkeit M etwa 70"/o liegt. Wenn
ein solches Papier bis zu 80% mit Paraffin gesättigt ist, so bleiben die restlichen
20% doch immer noch hygroskopisch. Nach dem oben angeführten Beispiel würden in
einer solchen Papierwand immer noch 1,4% Wasser absorbiert sein. Dieser Wasse-rgehalt,
der bei trockenerer Luft zwar etwas kleiner, aber doch immer noch in feststellbaren
Größenordnungen vorhanden ist, fährt nun dazu, daß beini Einfüllen des heißen Kaffees
in den mit Polyäthylm, beschichteeten Becher ein Teil deT Wärme, deren Durchgang
durch die Becherwandung infolge der inneren Polyäthylenschicht bereits verkleinert
ist, dazu verbraucht wird, das Wasser zu verdampfen, und der Rest für die Aufbringung
der Schmelzwärmeinenge des Parafffiis nicht mehr ausreicht. Dadurch kommt die Trockenwach6ung
gar nicht oder nur teilweise zum Schmelzen, und der Becher behält die durch die
Paraffinierung angestrebte Steifigkeit.
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Diese Wirkung ist nicht beschränkt auf Becher, die aus mit Polyäthylen.
beschichtetem Karton hergestellt sind, sie ist au-oh vorhanden, wenn die innere
Kunststoffschicht nachträglich aufgebracht wird' und M-spielsweise aus einer Diofandispemon
(Polyvinflydenchlorid) gebildet ist.
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Für die Anwendüng der unvollständigen Trockenwachsung bedient man
sich zweckmäßigerweise dDs vom Erfinder vorgeschlagenen Kontaktverfalixens,
das
Gegenstand der deutschen Patentschrift 1123 189 ist.
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Das Wesentliche, des in dieser Patentschrift beschriebenen Verfahrens
besteht dann, daß nicht - wie bisher Üblich - die Überschüssigo Waclismenge
von dem paraffiniertem. Papier abgeschleudüft oder abgedampft wird, sondern es wird
von vomherein nur eine solche Wachsinenge auf den Becher aufgebracht, wie sein Material
höchstens aufsaugen kann. Anschließend wird der Becher eine gewisse Zeit auf erhöhter
Temperatur gehalten, um dem aufgebrachten Paraffin Zmt zu geben, in die Becherwandung
gleichmäßig einzuziehen.
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Bei der Anwendung dieses Verfahrens ist,' eine wichtige Sonderheit
zu beachten. Wie bereits oben angeführt, ist der Papierbecher an seinen Außenwänden
hygroskopisch. Seine Papierporen enhalten Wasser. Bei der Paraffinbeschichtung von
außen wird der Becher stark erwärmt, so daß das Wasser in Form von Wasserdampf plötzlich
aus den Poren herauszutreten versucht. Diese Poren sind aber, gemessen an der Wassennenge,
durch Paraffin verstopft, und das Wasser versucht, nach innen heraus,-zutreten,
woi= es aber durch #die innere Kunstst(J-schicht gehindert wird. Hier entstehende
DampfhIusen bringen die Kunststoffschichten, entweder zum Aufreißen oder erzeugen
kleine Bläschen, die die gan Kunststoffschicht in einen rauhen Zustand versetzen.
Um diese Wirkung zu vermeiden, ist es notwendig, wie dieErfindunglehrt, denBechzrvorderAufbringtlÜg'des
Paraffins von außen vollständig zu trocknen, damit sein Wassergehalt die vorgeschilderte,
Wirkung nicht ausüben kann. Nach der erfolgten unvollständigen Trockenparafflmexung
wird der - wie oben gesagtnoch immer etwas hygroskopisch verbleibende Becher
genügend Wasser wieder aus der Luft absorbieren nachdem er erkaltet ist, um das
Schmelzen des Paraffins beim Eingießen des Kaffees zu verhindern.
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Mit Anwendung diese-, Verfahrens ist es möglich, auch Heißgetränkebecher
aus dünnerem Karton herzustellen. Der Preis des zusätzlichen Pazaffins beträgt nur
einen Bruchteil des Preisest der durch die Ht>rabsetzung der Papierstärke eingespart
werden k
Die Verringerung der Papierstärke hat darüber hinaus noch einen besonderen
Vorteil, der sich gerade bei Bechern für automatische Heißgetränkespender au";,-wirkt:
Die Becher sind ja deshalb konisch geihalten, damit sie ineinandergesteckt worden
können. Dievethältnismäßig schwachen Koauswinkel deir Becher, die
zwischen
4 und 7' liegen, haben zur Folge, daß beim Zusammenstecken die Wände,
der Becher dicht aneinander liegen und die Becher dadurch nur schwer getrennt werden
können. Andererseits ist es bei automatischen Becherspendern nötig, daß die Becherstapel
leicht auseinanderfallen können. Aus diesem Grunde wird die Höhe der Böden so groß
gemacht, daß sie gerade das Festsetzen der Becher an ihren konischen Wänden verhindern.
Es ist nun einleuchtend, daß die Höhe dieser Böden um so größer sein muß,
je stärker die Wandstärke ist. Bei einem Winkel von 6', dessen Tangens
etwa 0,1 beträgt, muß der Boden zehnmal so hoch sein wie, die Wandstärke,
damit leichtes Auseinanderfallen der Becherstapel möglich ist. Dementsprechend kann
die Bodennähe um ein Drittel verringert werden, wenn die Becherwandstarke um cm
Drittel verringert wird. Ein Stapel von beispielsweise fünfzig Bechern hat eine,
Höhe, die fünfzigmal der Bodenhöhe plus der Höhe, eines einzigen Bechers entspricht.
Bei einer gegebenen Stapelhöhe, wie sie durch die Abmessungen eines automatischen
Becherspenders bedingt ist, können entsprechend erheblich mehr Becher enthalten
sein, wenn ihre Bodennähe niedrig isL Ein Becherspenderautomat braucht dementsprechend
nicht so oft mit Bechern nachgefüllt zu werden, wenn mehr Becher in den Stapel passen,
weil die Bodenhöhe kleiner ist, weil die Wandstäxke geringer ist und weil die Becher
erfindüngsgemäß mit einer unvollständigen Trockenwachsung versehen sind.