DE1270209B - Waxy coating compound - Google Patents
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CO8h
22h-322h-3
55f-11/0155f-11/01
39b-2339b-23
17. November 1960November 17, 1960
12. Juni 1968June 12, 1968
Es ist bekannt, daß man wachshaltige Überzugsmassen, insbesondere für Papier und Pappe, dadurch verbessern kann, daß man einem Gemisch aus Erdölwachsen zwei verschiedene Polyalkylene zusetzt, die sich hinsichtlich ihres Molekulargewichtes voneinander unterscheiden. Auf diese Weise ist es möglich, die Menge der für das Überziehen benötigten Wachsmischung und damit den Verbrauch an der Überzugsmasse herabzusetzen.It is known that waxy coating compositions, especially for paper and cardboard, can be improved by adding a mixture of petroleum waxes two different polyalkylenes are added, which differ from one another in terms of their molecular weight differentiate. In this way it is possible to determine the amount of wax mixture required for the coating and thus to reduce the consumption of the coating compound.
Verschiedene in der Praxis auftretende Übelstände lassen sich aber auf diese Weise nicht beheben, z. B. das Abblättern des Wachsüberzuges in Form von Schnüren oder Bändern an den Falzkanten von z. B. Verpackungskartons oder Behältern für Molkereiprodukte. Auch die Stoß- und Abriebfestigkeit laßt in vielen Fällen zu wünschen übrig.Various inconveniences that occur in practice cannot be remedied in this way, e.g. B. the peeling of the wax coating in the form of cords or ribbons on the folded edges of z. B. Packaging cartons or containers for dairy products. Also leave the impact and abrasion resistance in many cases much to be desired.
Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß eine wachshaltige Überzugsmasse, bestehend aus einem Gemisch von Erdölwachsen und zwei verschiedenen Polyalkylenen, die sich von monomeren Alkylenen mit 2 bis 3 Kohlenstoffatomen im Molekül ableiten, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Wachskomponente aus 40 bis 60 Gewichtsprozent eines Destillat-Paraffinwachses mit einem Schmelzpunkt von 50 bis 6O0C, 5 bis 20 Gewichtsprozent eines Schwerdestillat-Paraffinwachses mit einem Schmelzpunkt von 60 bis 8O0C, 10 bis 20 Gewichtsprozent eines mikrokristallinen Rückstandswachses sowie 25 bis 40 Gewichtsprozent eines isoparaffinnaphthenischen, plastischen Destillatwachses mit einem Schmelzpunkt von 40 bis 45 0C besteht und daß die Überzugsmasse als Polyalkylenkomponente 0,25 bis 5 Gewichtsprozent eines Polyalkylens mit einer Dichte von 0,860 bis 0,910 bei 200C sowie 0,05 bis 0,75 Gewichtsprozent eines Polyalkylens mit einer Dichte von 0,915 bis 0,990 bei 200C enthält, in jeder Hinsicht voll befriedigt.Surprisingly, it has now been shown that a wax-containing coating composition consisting of a mixture of petroleum waxes and two different polyalkylenes derived from monomeric alkylenes with 2 to 3 carbon atoms in the molecule, which is characterized in that the wax component consists of 40 to 60 percent by weight of one Distillate paraffin wax with a melting point of 50 to 6O 0 C, 5 to 20 percent by weight of a heavy distillate paraffin wax with a melting point of 60 to 80 0 C, 10 to 20 percent by weight of a microcrystalline residue wax and 25 to 40 percent by weight of an isoparaffin naphthenic, plastic distillate wax with a Melting point of 40 to 45 0 C and that the coating composition as a polyalkylene component 0.25 to 5 percent by weight of a polyalkylene with a density of 0.860 to 0.910 at 20 0 C and 0.05 to 0.75 percent by weight of a polyalkylene with a density of 0.915 to Contains 0.990 at 20 0 C, in all respects fully satisfied.
Die Dichte der Polyalkylene steht mit ihrem Molekulargewicht in keinem ursächlichen Zusammenhang. Polyäthylene von sowohl geringer als auch hoher Dichte können trotz praktisch gleicher Dichtewerte ganz unterschiedliche Molekulargewichte aufweisen. Es war daher nicht vorauszusehen, daß gerade die Kombination von Polyalkylenen verschiedener Dichte es ermöglichen würde, wachshaltige Überzugsmassen herzustellen, welche allen Anforderungen, auch in bezug auf einen sparsamen Verbrauch, genügen. Die Dichten der Polyalkylene bei 2O0C werden durch eine hydrostatische Methode in Luft und Leuchtpetroleum bestimmt. Die monomeren Alkylene, aus welchen die Polyalkylene hergestellt werden, können im Molekül 2 bis 3 Kohlenstoffatome enthalten. Die durch-Wachshaltige ÜberzugsmasseThe density of the polyalkylenes has no causal relationship with their molecular weight. Polyethylenes of both low and high density can have very different molecular weights in spite of practically the same density values. It was therefore not foreseeable that the combination of polyalkylenes of different densities would make it possible to produce wax-containing coating compositions which meet all requirements, including with regard to economical consumption. The densities of polyalkylenes at 2O 0 C are determined by a hydrostatic method in air and kerosene. The monomeric alkylenes from which the polyalkylenes are produced can contain 2 to 3 carbon atoms in the molecule. The through-wax coating compound
Anmelder:Applicant:
Shell Internationale Research Maatschappij N. V., Den HaagShell Internationale Research Maatschappij N.V., The Hague
Vertreter:Representative:
Dr. E. Jung, Patentanwalt,Dr. E. Jung, patent attorney,
8000 München 23, Siegesstr. 268000 Munich 23, Siegesstr. 26th
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Robert Gardiner Lutz, Houston, Tex. (V. St. A.)Robert Gardiner Lutz, Houston, Tex. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 19. November 1959
(854013)Claimed priority:
V. St. v. America November 19, 1959
(854013)
schnittlichen Molekulargewichte der Polyalkylene betragen vorzugsweise 1000 bis 12 000, insbesondereAverage molecular weights of the polyalkylenes are preferably 1,000 to 12,000, in particular
as 1500 bis 6000.as 1500 to 6000.
Das Polyalkylen hoher Dichte soll vorzugsweise einen Trübungspunkt von über 750C haben. Der Trübungspunkt wird bestimmt, indem man die Schmelze des Polyalkylens bei fallender Temperatur im einfallenden Licht vor einem schwarzen Hintergrund beobachtet und das Auftreten der ersten Trübung notiert. Je höher der Trübungspunkt liegt, um so geringer ist der Verbrauch an der Überzugsmasse. The high density polyalkylene should preferably have a cloud point of about 75 0 C. The cloud point is determined by observing the melt of the polyalkylene at decreasing temperature in the incident light against a black background and noting the appearance of the first cloudiness. The higher the cloud point, the lower the consumption of the coating composition.
Die erfindungsgemäßen Überzugsmassen zeigen einen erheblichen Unterschied zwischen dem Erstarrungspunkt (ASTM-Test D 938) und dem Schmelzpunkt (ASTM-Test D 87). Die üblichen, ein einzelnes Polyäthylen enthaltenden Wachsmassen zeigen nur einen kleinen bzw. überhaupt keinen Unterschied zwischen diesen beiden Werten, welcher im übrigen anzeigt, daß die wachshaltige Masse in der Kartonüberziehmaschine besonders rasch abbindet, was zu der Verminderung des Wachsverbrauches beiträgt.The coating compositions according to the invention show a considerable difference between the solidification point (ASTM test D 938) and the melting point (ASTM test D 87). The usual, a single one Wax compositions containing polyethylene show only a small difference or no difference at all between these two values, which also indicates that the wax-containing mass in the cardboard enrobing machine sets particularly quickly, which contributes to reducing the consumption of wax.
Die Kombination von Polyalkylenen hoher und geringer Dichte ergibt Überzugsmassen mit Eigenschaften, welche durch die Verwendung eines dieser Polyalkylene allein nicht erzielt werden können. Der Hauptvorteil, den man durch die Gegenwart des PoIyalkylens von verhältnismäßig geringer Dichte gewinnt, ist die hohe Stoßfestigkeit bei den Temperaturen, unter welchen die Lebensmittel gelagert werden,The combination of polyalkylenes of high and low density results in coating compounds with properties which cannot be achieved by using one of these polyalkylenes alone. Of the Main advantage gained by the presence of the relatively low density polyalkylene, is the high impact resistance at the temperatures under which the food is stored,
809 559/524809 559/524
während der Hauptvorteil des Polyalkylene von verhältnismäßig hoher Dichte in der Herabsetzung des Wachsverbrauches besteht, wobei jedoch ein gutes Überziehen gewährleistet bleibt.while the main advantage of the relatively high density polyalkylene is the lowering of the Consumption of wax exists, but a good coating remains guaranteed.
Die Wirkungen der beschriebenen Kombinationen von Polyalkylenen scheinen von dem durchschnittlichen Molekulargewicht jedes der beiden Polyalkylene weitgehend unabhängig zu sein. Als Polyalkylene können sowohl Polyäthylene als auch Polypropylene verwendet werden. Die nachstehende Tabelle I enthält typische Beispiele für Polyäthylene geringer Dichte und die Tabellen solche für Polyäthylene hoher Dichte:The effects of the described combinations of polyalkylenes appear to be of the average Molecular weight of each of the two polyalkylenes to be largely independent. As polyalkylenes Both polyethylene and polypropylene can be used. Table I below contains typical examples of low density polyethylenes and the tables for high polyethylenes Density:
Polyäthylene geringer DichteLow density polyethylene
0CCloud point
0 C
MolekulargewichtAverage
Molecular weight
Tabelle II
Polyäthylene hoher DichteTable II
High density polyethylene
0CCloud point a)
0 C
MolekulargewichtAverage
Molecular weight
3535
4040
a) 1 % Polymerisat im Wachs.a) 1% polymer in the wax.
Die Dichte des betreffenden Polyäthylens hängt wesentlich von der Art seiner Herstellung ab, kann aber auch in hohem Maße durch eine Nachbehandlung des Polyäthylens, wie z. B. durch Bestrahlung, beeinflußt werden. Die Bestrahlung bewirkt auch eine Verbesserung des Elastizitätsmoduls, wodurch dann wiederum die Eigenschaften der wachshaltigen Überzugsmassen günstig beeinflußt werden. Polypropylene werden insbesondere wegen ihres besseren isotaktischen Verhaltens verwendet, sie gehören daher vorzugsweise zu der Klasse der Polyalkylene von verhältnismäßig hoher Dichte.The density of the polyethylene in question depends largely on how it is manufactured but also to a large extent by an aftertreatment of the polyethylene, such. B. influenced by irradiation will. The irradiation also causes an improvement in the modulus of elasticity, which then in turn, the properties of the wax-containing coating compositions are favorably influenced. Polypropylene are used in particular because of their better isotactic behavior, so they are preferred to the class of relatively high density polyalkylenes.
Von ganz besonderem Nutzen ist die Erfindung bei Wachsmassen zum Überziehen der Kartons für Molkereiprodukte, bei welchen eine ganze Reihe strenger und in Wechselbeziehung zueinander stehender Anforderungen mit Bezug auf die physikalischen Eigenschaften gestellt werden. Gewöhnliches Destillatparaffin ist viel zu spröde für die alleimge Verwendung bei Temperaturen, wie sie für die Lagerung von Molkereiprodukten in Frage kommen. Zwar kann man das Paraffin mit einer größeren Menge mikrokristallinen Wachses kombinieren, welches aus Schmierölrückstandsfraktionen gewonnen wird, doch bildet ein solches Gemisch eine Schmelze von relativ hoher Viskosität, und außerdem ist die Biegsamkeit des Wachsüberzuges noch zu gering. Durch einen Zusatz von einem isoparaffinisch-naphthenischem Weichwachs läßt sich die Biegsamkeit bei niederen Tempe raturen erhöhen und die Viskosität der Schmelze herabsetzen.The invention is of particular use in the case of wax masses for covering cardboard boxes for dairy products, in which a whole series of strict and interrelated requirements with reference to the physical properties. Ordinary distillate paraffin is far too brittle to be used alone at temperatures such as those used for storing dairy products come into question. It is true that the paraffin can be made microcrystalline with a larger amount Combine wax, which is obtained from lubricating oil residue fractions, but forms one such a mixture is a melt of relatively high viscosity, and in addition, the flexibility of the Wax coating still too low. With the addition of an isoparaffinic-naphthenic soft wax the flexibility at lower temperatures can be increased and the viscosity of the melt reduce.
Noch weitere Verbesserungen lassen sich durch den Zusatz eines Schwerdestillat-Paraffinwachses erreichen, insbesondere bezüglich des Erstarrungspunktes und der Bruchfestigkeit bei plötzlicher Abkühlung. Im Rahmen der Erfindung kommen vor allem derartige Gemische aus Erdölwachsen in Betracht.Even further improvements can be achieved by adding a heavy distillate paraffin wax, in particular with regard to the solidification point and the breaking strength in the event of sudden cooling. in the In the context of the invention, such mixtures of petroleum waxes come into consideration.
Die Destillat-Paraffinwachse mit einem Schmelzpunkt von 50 bis 6O0C, vorzugsweise von 54 bis 6O0C, welche einen Hauptbestandteil der erfindungsgemäßen Überzugsmassen bilden, erhält man normalerweise beim Entwachsen von wachshaltigen Destillat-Schmierölfraktionen aus der Erdölraffinierung. Sie bestehen zur Hauptsache aus normalen Paraffinwachsen und geringeren Anteilen Isoparaffine und Naphthene. Die Schwerdestillatwachse mit einem Schmelzpunkt von 60 bis 8O0C erhält man aus der Schmieröl-Destillatfraktion mit dem höchsten Siedepunkt. Die mikrokristallinen Rückstandswachse enthalten nur sehr geringe Anteile normaler Paraffine und sie bestehen vorwiegend aus isoparaffinischen und naphthenischen Wachsen mit Schmelzpunkten von etwa 54 bis 710C, in der Regel von 60 bis 660C. Die vorerwähnten plastischen Destillatwachse mit Schmelzpunkten von 40 bis 45°C werden durch Entölen von rohen Destillatwachsen erhalten, wobei zunächst ein sogenanntes Weichwachs anfällt, welches noch bis zu 30 Gewichtsprozent öl enthält. Dieses öl wird in bekannter Weise bei niedriger Temperatur gleichfalls entfernt.The distillate paraffin waxes having a melting point of from 50 to 6O 0 C, preferably from 54 to 6O 0 C, which form a major component of the coating compositions according to the invention, one normally-lubricating oil fractions distillate obtained from dewaxing waxy from petroleum refining. They mainly consist of normal paraffin waxes and smaller amounts of isoparaffins and naphthenes. The heavy distillate wax having a melting point of 60 to 8O 0 C is obtained from the lube oil distillate fraction having the highest boiling point. The microcrystalline residue waxes contain only very small proportions of normal paraffins and they consist predominantly of isoparaffinic and naphthenic waxes having melting points of from about 54 to 71 0 C, typically 60-66 0 C. The above-mentioned plastic distillate waxes with melting points of 40 to 45 ° C are obtained by de-oiling crude distillate waxes, a so-called soft wax initially being obtained which still contains up to 30 percent by weight of oil. This oil is also removed in a known manner at a low temperature.
Die Herstellung der neuen wachshaltigen Überzugsmassen bietet keine Schwierigkeiten. Die einzelnen Wachssorten werden durch Aufschmelzen und Rühren miteinander vermischt. Die Polyalkylene werden vorzugsweise in der Weise einverleibt, daß man dieselben in einen Korb oder in einen sonstigen gelochten Apparateteil einfüllt und die Wachsschmelze hindurchpassieren läßt, bis das Polyalkylen in dem ganzen Wachs gründlich dispergiert ist. Das erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 55 bis 1200C.The production of the new waxy coating compositions presents no difficulties. The individual types of wax are mixed with one another by melting and stirring. The polyalkylenes are preferably incorporated by placing them in a basket or other perforated apparatus and allowing the wax melt to pass through until the polyalkylene is thoroughly dispersed throughout the wax. This is preferably done at a temperature of 55 to 120 ° C.
Um zu beweisen, daß es für das günstige Verhalten der Überzugsmassen auf den Unterschied in der Dichte der Polyalkylene und nicht etwa auf einen Unterschied im Molekulargewicht ankommt, wurden Wachsmassen mit einer Kombination von Polyäthylenen hoher und geringer Dichte mit im wesentlichen dem gleichen durchschnittlichen Molekulargewicht, nämlich etwa 4000, modifiziert. Die für diesen Zweck verwendete Wachsmasse hatte die folgende Zusammensetzung:In order to prove that the difference in the The density of the polyalkylenes and not a difference in molecular weight is what matters Wax masses with a combination of high and low density polyethylenes with essentially the same average molecular weight, namely about 4,000. The for Wax mass used for this purpose had the following composition:
Destillat-Paraffinwachs,
F. = 58 bis 60°C 45°/oDistillate paraffin wax,
F. = 58 to 60 ° C 45 ° / o
Schwerdestillatwachs,
F. = 70 bis 71°C 10%Heavy distillate wax,
F. = 70 to 71 ° C 10%
Isoparaffinisch-naphthenisches plastisches Destillatwachs,Isoparaffinic-naphthenic plastic distillate wax,
F.= 43°C 30%F. = 43 ° C 30%
Restliches mikrokristallines Wachs,
F. ==63°C 15%Residual microcrystalline wax,
F. == 63 ° C 15%
(Fortsetzung)(Continuation)
der KartonpappeWax absorption
the cardboard
a) Dichte 0,920; Molekulargewicht 5000.a) density 0.920; Molecular weight 5000.
b) Dichte 0,927; Molekulargewicht 2000.b) density 0.927; Molecular weight 2000.
Aus den Zahlenangaben dieser Tabelle geht hervor, daß die Verwendung eines Polyäthylens von verhältnismäßig geringer Dichte eine Wachsmasse von guter Stoßfestigkeit ergab, wobei aber die Aufnahme durch die normale Pappe eines Kartons für Molkereiprodukte verhältnismäßig groß war. Wurde ein Polyäthylen von verhältnismäßig hoher Dichte (Muster 4) verwendet, dann wurde die Stoßfestigkeit stark herabgesetzt, während die Wachsaufnahme verbessert wurde. Wenn jedoch die beiden Polyäthylene in einer einzigen Wachsmasse kombiniert wurden (Muster 5), dann war sowohl die Stoßfestigkeit ganz ausgezeichnet, und außerdem blieb die Wachsaufnahme weiterhin niedrig. Die Dichte des hierbei verwendeten Polyäthylens von geringer Dichte belief sich auf 0,880 bei 200C.From the figures in this table it can be seen that the use of a relatively low density polyethylene gave a wax mass of good impact resistance, but the take-up by the normal paperboard of a dairy carton was relatively large. When a relatively high density polyethylene (Sample 4) was used, the impact resistance was greatly reduced while the wax pick-up was improved. However, when the two polyethylenes were combined into a single wax mass (sample 5), both the impact resistance was quite excellent and the wax pick-up remained low. The density of the polyethylene used in this case of low density amounted to 0.880 at 20 0 C.
Nachdem somit nachgewiesen ist, daß die günstigen Einwirkungen auf die Stoßfestigkeit, den Wachsverbrauch und die Wachsaufnahme nichts mit dem Molekulargewicht der Polyäthylene zu tun haben, wurden weitere Teste mit Kombinationen von Polyäthylenen verschiedener Molekulargewichte vorgenommen, wobei man den gleichen Grad der Verbesserung sowohl in der Stoßfestigkeit als auch im Wachsverbrauch erhielt, solange in der Wachsmasse sowohl ein Polyäthylen hoher Dichte als auch ein solches geringer Dichte vertreten war.After it has thus been proven that the beneficial effects on the impact resistance, the wax consumption and the wax absorption has nothing to do with the molecular weight of the polyethylene, further tests were carried out with combinations of polyethylenes of different molecular weights, getting the same degree of improvement in both impact resistance and Wax consumption received as long as both a high density polyethylene and a such low density was represented.
Bei einem anderen vergleichenden Versuch wurden in einer normalen Überziehmaschine Kartons mit Wachs überzogen, wobei man in dem einen Falle einen Zusatz von 1,2% eines Polyäthylens geringer Dichte verwendete (Muster 3 in Tabelle III). Hierbei waren für das gute Überziehen von 1000 Kartons 25,4 kg Wachs gebraucht worden. Wenn jedoch 0,2% des Polyäthylengehalts durch eine gleiche Menge Polyäthylen hoher Dichte (0,927) ersetzt wurden, ergab das resultierende Gemisch ein gutes Überziehen bereits bei einem Wachsverbrauch vom 23,1 kg. Es wurden Kartons mit einem Fassungsvermögen von 2,2731 hergestellt unter Verwendung des gleichen Wachsgemisches wie bei den in Tabelle III angeführten Testen, modifiziert mit 1 % eines Polyäthylens geringer Dichte und 0,25% eines Polyäthylens hoher Dichte (Muster 7 in Tabelle III). Diese Überzugsmasse hatte einen Schmelzpunkt von etwa 58 0C und eine Erstarrungstemperatur von 410C. Die nachstehende Tabelle IV gibt eine Anzahl wichtiger Eigenschaften ίο dieser Masse beim Überziehen einer normalen Milchkartonpappe mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 5% während der Verarbeitung zu Kartons an:In another comparative experiment, cardboard boxes were coated with wax in a normal coating machine, in one case using an addition of 1.2% of a low-density polyethylene (sample 3 in Table III). Here, 25.4 kg of wax were used to coat 1000 cardboard boxes well. However, if 0.2% of the polyethylene content was replaced by an equal amount of high density polyethylene (0.927), the resulting mixture gave a good coating with a wax consumption of 23.1 kg. 2.2731 cartons were made using the same wax blend as the tests listed in Table III modified with 1% of a low density polyethylene and 0.25% of a high density polyethylene (Sample 7 in Table III). This coating composition had a melting point of about 58 0 C and a solidification temperature of 41 0 C. Table IV below are a number of important properties ίο this mass in the coating of a normal milk carton board having a moisture content of about 5% during processing into cardboard boxes to:
Verhalten bei Kartons mit einem FassungsvermögenBehavior with boxes with one capacity
von 2,271
(Milchkartonpappen mit einem Feuchtigkeitsgehaltof 2.271
(Milk cardboard with a moisture content
von 5%)
20 of 5%)
20th
Verbrauch in Kilogramm je 1000 Kartons 22,7Consumption in kilograms per 1000 boxes 22.7
Verhalten bezüglich der Bildung vonBehavior regarding the formation of
Unebenheiten auf der Oberfläche.. ausgezeichnetBumps on the surface .. excellent
Risse durch die Maschine keineNo cracks through the machine
Risse in den Bodenfalzen keineNo cracks in the bottom folds
Anfängliche Festigkeit festInitial firmness firm
Festigkeit nach 5 Tagen festFirmness firm after 5 days
Ausbauchung in Zentimeter 0,55Bulge in centimeters 0.55
Abriebfestigkeit bei 25 0C ausgezeichnetExcellent abrasion resistance at 25 ° C
Verhalten beim 6maligen Herabfallen
des gefüllten Kartons aus einer
Höhe von 17,5 cm bei einer Temperatur von 7,2°CBehavior when falling 6 times
of the filled cardboard box from a
Height of 17.5 cm at a temperature of 7.2 ° C
Abgelöste Streifen keineNo peeled strips
Abgelöste Flocken eine kleineDetached flakes a little
Flockeflake
Risse am Boden in Zentimeter,
insgesamt 5Cracks on the floor in centimeters,
total of 5
Aus der obigen Tabelle ist zu ersehen, daß die mit der erfindungsgemäßen Wachsmasse überzogenen Kartons ausgezeichnete Eigenschaften aufweisen, wie sie in weitem Umfange von den Fabrikanten und den Verbrauchern der Kartons für Molkereiprodukte verlangt werden.From the table above it can be seen that those coated with the wax composition according to the invention Cardboard boxes have excellent properties, as widely used by manufacturers and by Consumers of cartons for dairy products are required.
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