DE19945193A1

DE19945193A1 - Beschichtungs- und Imprägniermittel und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE19945193A1
Application number: DE1999145193
Authority: DE
Inventors: Hildburg Brandt; Klaus Nendel; Sibylle Schuetze
Original assignee: GBS BESCHICHTUNGEN fur PAPIER
Current assignee: GBS BESCHICHTUNGEN fur PAPIER
Priority date: 1999-09-21
Filing date: 1999-09-21
Publication date: 2001-03-22

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Beschichtungs- und Imprägniermittel für Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen zu schaffen, das sowohl die Oberflächeneigenschaften und die Beständigkeit gegen mechanischen Abrieb als auch die Wasser- und Feuchtigkeitsbeständigkeit der Produkte wesentlich verbessert, das biologisch abbaubar ist und der Kompostierung zugeführt werden kann und das auch ohne schädliche Nebenwirkungen verbrannt werden kann. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß es aus einem verfestigend wirkenden filmbildenden Polymerisat auf der Basis von Pflanzenstärke, einem einen hydrophoben Film bildenden gradkettigen Monomer und einem elastischen filmbildenden Polyisopren besteht. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ein Beschichtungs- und Imprägniermittel zur Behandlung von Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen und dessen Verwendung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Beschichtungs- und Imprägniermittel zur Behandlung von Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen und dessen Verwendung.

Als Verpackungsformpolster werden hauptsächlich Werkstoffe aus petrochemischen Ressourcen, wie Polystyrol und Polyurethan verwendet. Diese haben zwar ein geringes spezifisches Gewicht, sind mechanisch stabil und resistent gegen Wasser und Wasserdampf, sie sind aber kaum wiederverwendbar, da ein Rücktransport auf Grund des erforderlich hohen Volumens unrentabel ist. Die gleichen Gründe stehen auch einem gezielten Sammeln und Recyceln entgegen. Verschiedene Entwicklungen befassen sich nun mit der Herstellung von Verpackungspolstern aus nachwachsenden Rohstoffen.

So sind beispielsweise Stoßabsorptionskörper zur Porzellanverpackung aus geklebten Strohhäckseln (DD 231769) und Verpackungspolster aus Kleie (DE 195 25 447 C1) bekannt, die sich durch Kompostierung problemlos entsorgen lassen oder aber verbrannt werden können. Im Vergleich zu Kunststoffen haben aber solche Produkte den Nachteil, daß sie stark feuchteempfindlich sind, das heißt, daß sie eine hohe Wasseraufnahme sowie eine hohe Wasserdurchlässigkeit zeigen und ihre Oberfläche eine geringe Abriebfestigkeit besitzt.

Einen Schutz gegenüber Feuchtigkeit kann man, wie in DE 42 27 184 A1 beschrieben, durch Applikation von Hydrophobierungsmitteln auf Basis von Fluorkohlenwasserstoffen erreichen, die aber nicht biologisch abbaubar sind.

Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung von Paraffinen bzw. Wachsen. So beschreibt die DE 37 25 209 A1 einen Kernkörper aus Papier, Pappe, Sägemehl, Strohhäckseln oder ähnlichen Naturprodukten, dessen Oberfläche mit einer Beschichtung aus Wachs, Paraffin oder einem ähnlichen biologisch abbaubaren Material überzogen wird, um den Kernkörper auch über längere Zeit hinweg gegen das Eindringen von Feuchtigkeit zu schützen. Die Anwendung von Wachsen und Paraffinen bringt jedoch nicht die für Verpackungspolster erforderliche Verbesserung der Abriebfestigkeit der Oberfläche. Es kommt sogar eher bei Reibungsbewegungen zum Entfernen bzw. Übertragen der Schicht auf das zu verpackende Gut.

Eine Verbesserung der Abriebfestigkeit der Oberfläche kann man durch verschiedene Kunststoffilme erreichen, die aber wiederum die biologische Abbaubarkeit des Verpackungspolsters negativ beeinflussen.

In DE 93 15 765.7 U1 bzw. in DE 43 35 247 A1 ist ein Mittel zur Oberflächenbehandlung von Karton, Papier oder Vollpappe beschrieben, das zwar recycelfähig aber nicht biologisch abbaubar bzw. kompostierfähig ist.

Es ist auch ein bioabbaubares Papiererzeugnis und Verfahren zur Herstellung dieses Erzeugnisses bekannt (DE 195 41 681 A1), wobei aber als funktionelle Chemikalien ein Ethylenvinylacetat-Emulsionscopolymer und ein Acryl- Emulsionscopolymer und Stärke verwendet werden. Zum einen entspricht die Prüfung der biologischen Abbaubarkeit nicht den Nachweismethoden der DIN 54900, Blatt 1 bis 4, zum anderen ist die beschriebene Beschichtung auf Grund der chemischen Konstitution der enthaltenen Chemikalien schwer abbaubar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beschichtungs- und Imprägniermittel für Produkte aus nachwachsenden Rohstoffen zu schaffen, das sowohl die Oberflächeneigenschaften und die Beständigkeit gegen mechanischen Abrieb als auch die Wasser- und Feuchtigkeitsbeständigkeit der Produkte wesentlich verbessert, das biologisch abbaubar ist und der Kompostierung zugeführt werden kann und das auch ohne schädliche Nebenwirkungen verbrannt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Beschichtungs- und Imprägniermittel zur Behandlung von Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen aus einem verfestigend wirkenden filmbildenden Polymerisat auf der Basis von Pflanzenstärke, einem einen hydrophoben Film bildenden gradkettigen Monomer und einem elastischen filmbildenden Polyisopren besteht. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das filmbildende Polymerisat in einer wässrigen Lösung vorliegt und ein Kartoffelstärkederivat ist. Das gradkettige Monomer sollte eine wäßrige Paraffindispersion und das Polyisopren sollte ein Naturkautschuklatex sein. Besonders vorteilhaft ist zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Verpackungsformpolstern eine Zusammensetzung von 20 bis 60% Naturkautschuk, 10 bis 40% Stärke und 15 bis 70% Paraffin. Zur Verbesserung der Teppichrückenverfestigung ist es günstig, wenn eine Zusammensetzung von 80 bis 99% Naturkautschuk, 0,5 bis 20% Stärke und 0,5 bis 1% Paraffin hergestellt wird. Eine Variante der Erfindung enthält zur Verbesserung der Stabilisierung flüchtig eingestellter textiler Flächengebilde 0,5 bis 20% Naturkautschuk, 80 bis 99% Stärke und 0,5 bis 1% Paraffin. Eine andere Variante der Erfindung zur Erreichung wasserfester Papiertüten enthält 0,5 bis 30% Naturkautschuk, 0,5 bis 30% Stärke und 40 bis 99% Paraffin.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß die physikalisch-mechanischen Eigenschaften von Produkten aus nachwachsenden Rohstoffen, wie beispielsweise Verpackungsformpolstern oder Textilien, wesentlich verbessert werden durch Erhöhung der Abriebfestigkeit und dem Erreichen einer Feuchtigkeitsunempfindlichkeit bzw. Feuchtigkeitsabweisung und daß das Beschichtungs- und Imprägniermittel sowohl biologisch abbaubar oder durch Verbrennung gesundheitsunschädlich zu entsorgen ist.

Das erfindungsgemäße Beschichtungs- und Imprägniermittel besteht aus einem verfestigend wirkenden filmbildenden Polymerisat auf der Basis von Pflanzenstärke, einem einen hydrophoben Film bildenden gradkettigen Monomer und einem elastischen filmbildenden Polyisopren. Es liegt als Compound verschiedener funktioneller Chemikalien, wie modifizierte Pflanzenstärke zur Verfestigung der Oberfläche, Paraffin als Hydrophobierungsmittel sowie natürlichem Polyisopren (Naturkautschuk) zur Verbesserung der elastischen Eigenschaften des Filmes und der zusätzlichen Verbesserung der Oberflächenfestigkeit, vor. Bei dem Compound handelt es sich um eine wäßrige Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 20,3% bis 59,7%, vorzugsweise 35% bis 40%. Als modifizierte Pflanzenstärke wird beispielsweise ein Kartoffelstärkederivat, ein modifiziertes Distärkephosphat, wie das Handelsprodukt Emcol KP 20 der Firma Emsland - Stärke GmbH, verwendet. Die modifizierte Pflanzenstärke kommt vorzugsweise in Form einer 20 bis 25%igen Lösung im Compound zur Anwendung. Als Paraffin wurde beispielsweise eine Paraffindispersion mit einem Feststoffgehalt von 38% bis 40%, wie das Handelsprodukt Saxo - Tal VS 93571 der Firma Chemische Fabrik Theodor Rotta GmbH, eingesetzt. Als natürliches Polyisopren wurde beispielsweise ein Naturkautschuklatex mit einem Feststoffgehalt von 60% (beispielsweise das Handelsprodukt Zentrifugenlatex Kagetex FA der Firma Kautschukgesellschaft mbH) verwendet.

Diese drei Komponenten wirken zusammen in der Form, daß die Wasser- und Feuchtebeständigkeit, sowie die Beständigkeit gegenüber mechanischer Beanspruchung an Verpackungsmitteln aus nachwachsenden Rohstoffen entscheidend verbessert wird, und außerdem der Vorteil der biologischen Abbaubarkeit dieser alternativen Verpackungsmittel voll erhalten bleibt. Durch Applikation des Beschichtungs- und Imprägniermittels auf Papiere und Kartons, aber auch auf textilen Flächengebilden, kann bei diesen eine sehr gute Wasserabweisung, aber auch eine erhöhte Chemikalienresistenz und eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften erreicht werden. Daraus lassen sich Einsatzgebiete wie Verpackungsmittel zum Schutz hygroskopischer Güter aber auch für die Verwendung bei Schutzbekleidung ermöglichen. Die Viskosität des erfindungsgemäßen Beschichtungs- und Imprägniermittels ist über die Einstellung des pH-Wertes sowie durch den Zusatz von Verdickungsmitteln, wie beispielsweise Alginate, regelbar. Je nach Anwendungsfall ist deshalb auch die Applikationstechnik frei wählbar. So sind neben allen bekannten Direkt- und Indirektstreichverfahren auch die Tauch- und Sprühtechnologie anwendbar.

Bei Ausrüstung von flächiger Bahnware sind Imprägnier- und Abquetschtechnologien sowie Walzenauftragsverfahren nutzbar. Da das erfindungsgemäße Beschichtungs- und Imprägniermittel auch ausgezeichnete klebende Eigenschaften besitzt, kann es ebenso als Kaschiermittel Verwendung finden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele für die Funktionalität und die Entsorgbarkeit des Beschichtungs- und Imprägniermittels näher erläutert. Dabei wurde ein Beschichtungsmittelmuster bestehend aus 50 Gew.-% Naturkautschuk, 16,8 Gew.-% modifizierte Pflanzenstärke und 33,2 Gew.-% Paraffin verwendet. Weitere Beispiele zeigen die Zusammensetzung für verschiedene Verwendungen.

Beispiel 1

Aus Roggenstrohhäckseln gefertigte Prüfköper wurden ohne und mit Beschichtung (Trockenauflagemenge: ca 70 g/m²) mehrere Tage in einem Prüfklima (23°C, 95% relative Luftfeuchte) gelagert. Bei dem unbeschichteten Prüfkörper wurde nach 3 Tagen die Sättigungsfeuchte von 6,5%, bei dem beschichteten Prüfkörper erst nach 10 Tagen eine Sättigungsfeuchte von 4,2% erreicht.

Beispiel 2

Auf ebensolche Prüfkörper, wie unter 1. beschrieben, wurden 5 ml destilliertes Wasser zur gleichen Zeit aufgesetzt. Während bei dem unbeschichteten Prüfkörper die gesamte Wassermenge nach 20 sec. in den Prüfkörper eingedrungen war, war die Wassermenge auf der Oberfläche des beschichteten Prüfkörpers auch nach 1½ Stunden unverändert stehengeblieben.

Beispiel 3

Auf ebensolche Prüfkörper, wie unter 1. beschrieben, wurde 1 g destilliertes Wasser auf die Oberfläche aufgegeben und nach 5 min die Restwassersmenge durch Abnahme mit einem weichen Filterpapier gravimetrisch ermittelt. Während bei dem unbeschichteten Prüfkörper nur 0% ermittelt wurden, waren bei dem beschichteten Prüfkörpern mehr als 90% Restwassermenge feststellbar.

Beispiel 4

Ebensolche Prüfkörper, wie unter 1. beschrieben, wurden einer in der Textilprüfung üblichen Oberflächenscheuerung unterzogen und danach der Reibverlust gravimetrisch bestimmt bzw. eine visuelle Bewertung der Prüfkörperoberfläche sowie der Scheuerfläche vorgenommen. Der gravimetrisch bestimmte Reibverlust lag bei den unbeschichteten Prüfkörpern bei ca. 8%, während bei den beschichteten Proben kein Reibverlust feststellbar war. Bei dem gleichen Versuch wurden Prüfkörper getestet, deren Oberfläche mit handelsüblichen Wachs- und Paraffinemulsionen beschichtet worden waren. Hier zeigte sich bei allen Produkten starke Ablagerungen an der verwendeten Reibfläche.

Beispiel 5

Das Beschichtungs- und Imprägniermittel, sowie ebensolche Prüfkörper, wie unter 1. beschrieben, wurden auf ihre biologische Abbaubarkeit getestet und zwar wurde der aerobe Abbau überprüft, wobei die DIN 54900 Bl. 2 zur Prüfung der Kompostierbarkeit von polymeren Werkstoffen herangezogen wurde. Die DIN orientiert darauf, daß 60% des organisch gebundenen Kohlenstoffes in 6 Monaten mikrobiell umgesetzt werden müssen. Das erfindungsgemäße Beschichtungs- und Imprägniermittel wies bereits nach 2 Wochen einen Abbaugrad von 62,4% auf und der mit dem Mittel versehene Strohprüfkörper nach 2 Wochen einen Abbaugrad von 47,5%. Muster eines Kartons (Qualität GD 2, 400 g/m²) beschichtet mit dem erfindungsgemäßen Beschichtungs- und Imprägniermittel (Trockauflagemenge 20 g/m²), sowie ein Viskosevlies (Lyocell 90 g/m²), beschichtet mit dem erfindungsgemäßen Beschichtungs- und Imprägniermittel (Trockenauflagemenge 30 g/m²) wurden nach DIN 54900 Bl. 3 einer 4wöchigen Intensivrotte in einer Mieten-Industriekompostieranlage unterzogen.

Danach waren die Proben derart zerfallen, daß sie quantitativ nicht mehr bestimmbar waren.

Beispiel 6

Verpackungsformkörper aus Kleie nach DE 195 25 447, beschichtet mit dem erfindungsgemäßen Beschichtungs- und Imprägniermittel (Trockenauflage ca. 100 g/m²) wurden in einer stationären Wirbelschichtfeuerungsanlage SWSF 100 (mit Luftstufung) auf das Emissionsverhalten untersucht. Es wurde nachgewiesen, daß die Werte für CO mit 61,9 mg/m³, SO₂ mit 338,4 mg/m³ und NOx mit 169,8 mg/m³ unterhalb der maximal zulässigen Werte der TA-Luft liegen.

Die nächsten Beispiele zeigen vorzugsweise Verwendungen des erfindungsgemäßen Beschichtungs- und Imprägniermittels. Die Zusammensetzungen beziehen sich auf Gewichtsprozente.

Beispiel 7

Zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Verpackungsformpolstern wurde folgende Zusammensetzung des Beschichtungs- und Imprägniermittels gefunden
20 bis 60% Naturkautschuk,
10 bis 40% Stärke und
15 bis 70% Paraffin.

Beispiel 8

Zur Verbesserung der Teppichrückenverfestigung wurde folgende Zusammensetzung des Beschichtungs- und Imprägniermittels gefunden
80 bis 99% Naturkautschuk,
0,5 bis 20% Stärke und
0,5 bis 1% Paraffin.

Beispiel 9

Zur Verbesserung der Stabilisierung flüchtig eingestellter textiler Flächengebilde wurde folgende Zusammensetzung des Beschichtungs- und Imprägniermittels gefunden
0,5 bis 60% Naturkautschuk,
5 bis 99% Stärke und
0,5 bis 35% Paraffin.

Beispiel 10

Zur Erreichung wasserfester Papiertüten wurde folgende Zusammensetzung des Beschichtungs- und Imprägniermittels gefunden
0,5 bis 30% Naturkautschuk,
0,5 bis 30% Stärke und
40 bis 99% Paraffin.

Claims

1. Beschichtungs- und Imprägniermittel zur Behandlung von Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem verfestigend wirkenden filmbildenden Polymerisat auf der Basis von Pflanzenstärke, einem einen hydrophoben Film bildenden gradkettigen Monomer und einem elastischen filmbildenden Polyisopren besteht.

2. Beschichtungs- und Imprägniermittel zur Behandlung von Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Verpackungsformpolstern folgende Zusammensetzung aufweist
20 bis 60% Naturkautschuk,
10 bis 40% Stärke und
15 bis 70% Paraffin.

3. Beschichtungs- und Imprägniermittel zur Behandlung von Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Verbesserung der Teppichrückenverfestigung folgende Zusammensetzung aufweist
80 bis 99% Naturkautschuk,
0,5 bis 20% Stärke und
0,5 bis 1% Paraffin.

4. Beschichtungs- und Imprägniermittel zur Behandlung von Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Verbesserung der Stabilisierung flüchtig eingestellter textiler Flächengebilde folgende Zusammensetzung aufweist
0,5 bis 60% Naturkautschuk,
5 bis 99% Stärke und
0,5 bis 35% Paraffin.

5. Beschichtungs- und Imprägniermittel zur Behandlung von Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Erreichung wasserfester Papiertüten folgende Zusammensetzung aufweist
0,5 bis 30% Naturkautschuk,
0,5 bis 30% Stärke und
40 bis 99% Paraffin.

6. Beschichtungs- und Imprägniermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das filmbildende Polymerisat in einer wässrigen Lösung vorliegt.

7. Beschichtungs- und Imprägniermittel nach Anspruch 1, oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das filmbildende Polymerisat ein Kartoffelstärkederivat ist.

8. Beschichtungs- und Imprägniermittel nach Anspruch 1, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gradkettige Monomer eine wäßrige Paraffindispersion ist.

9. Beschichtungs- und Imprägniermittel nach Anspruch 1, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyisopren ein Naturkautschuklatex ist.