DE202012011573U1

DE202012011573U1 - Vorrichtung zur Herstellung eines Barriereproduktes

Info

Publication number: DE202012011573U1
Application number: DE201220011573
Authority: DE
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2013-03-18
Anticipated expiration: 2022-04-17

Abstract

Vorrichtung zur Herstellung von Barriereprodukten, mit der auf ein Substrat (1), beispielsweise eine laufende Papier-, Karton- oder andere Faserstoffbahn wenigstens eine fett- oder öl-dichte oder flüssigkeitsdichte oder sonstige Barriereschicht (6) aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rakelelement (4) vorhanden ist, welches eine weiche Rakeloberfläche (4.2) von < 90 Shore A aufweist und welches die frisch aufgetragene Barriereschicht (6) egalisiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Barriereproduktes, wobei auf eine laufende Papier-, Karton- oder andere Faserstoffbahn wenigstens eine fett- oder öl- oder flüssigkeitsdichte oder sonstige Barriereschicht aufgetragen wird.
Aus der WO 1 999/01 571 1 sowie der WO 2010/037906 sind Faserprodukte mit einer Barriereschicht bekannt. Diese Faserprodukte mit Barriereschicht dienen als Verpackungsmaterial für bestimmte aufzubewahrende oder zu transportierende Güter.
Die Barriereschichten sollen neben der Verhinderung des Durchschlagens von Flüssigkeiten, Fett- oder Öl, auch die Migration von Substanzen in die Güter, insbesondere Lebensmittel verhindern. Man hat nämlich schon bestimmte Rückstände aus Kartonverpackungen in den darin verpackten Lebensmitteln nachgewiesen. Diese Rückstände sind für Mensch und Tier schädlich.
Barriereschichten werden gegenwärtig in Form von flüssigen bis pastösen Streichmedien mit Hilfe von Auftragswerken, wie beispielsweise Vorhangauftragswerken oder auch Bladecoater aufgetragen. Der zuletzt angesprochene Bladecoater arbeitet zwecks Dosierung und/oder Egalisierung des aufgebrachten flüssigen bis pastösen Mediums mit einem Rakelelement, das als eine Klinge oder ein zylindrischer Stab ausgebildet ist.
Die Rakelarbeitsfläche besteht zumeist aus Stahl. Ein Rakelstab ist beispielsweise aus der DE 36 20 872 , der DE 36 36 453 oder der EP B1-0571 351 mit gerillter oder Draht-umwickelter Oberfläche bekannt. Er kann aber auch eine glatte Oberfläche aufweisen, wie in der EP B1-0454643 offenbart ist.
Die besagte Rakeloberfläche eines Stabes ist, da sie aus Stahl besteht, hart und erzeugt mit der aufgetragenen Mediumsschicht eine an und für sich glatte Oberfläche.
Vorteil des ”harten” Rakelns ist, dass Unebenheiten der Faserstoffbahn, auf die das Medium aufgetragen wurde, mit ausgeglichen werden. Nachteilig ist aber, dass sich eine eher ungleichmäßige Abdeckung der Faserstoffbahn, ergibt. 1 soll dies verdeutlichen.
Mit 1 ist die in Richtung L laufende Faserstoffbahn, mit 2 die bestehenden Unebenheiten der Faserstoffbahn, mit 3 der Egalisierstrich und mit 4 der ”harte” Rakelstab” aus Stahl bezeichnet.
Man erkennt in 1, dass nach dem Egalisieren mit dem harten Rakelstab 4 unterschiedliche Strichschichtdicken vorhanden sind. Diese sind zur Verdeutlichung mit d1, d2, dn angegeben.
Soll nun eine Barriereschicht, die ein Durchschlagen von bestimmten Substanzen verhindern soll, aufgetragen werden, ist deshalb ein höheres Strichgewicht notwendig. Dieses höhere Strichgewicht ist notwendig, um eine homogene und gleichmäßigere Abdeckung des Substrats bzw. der Faserstoffbahn zu erreichen und damit eine bessere Barrierewirkung bzw. gewünschte Barriereeigenschaften zu erzielen.
Höheres Strichgewicht bedeutet aber höheren Aufwand an Streichmedium und daher höhere Kosten.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Herstellung von Barriereprodukten mit homogener und gleichmäßiger Barriereschicht anzugeben, bei der keine Erhöhung des Strichgewichtes notwendig ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Rakelelement vorhanden ist, welches eine ”weiche” Rakelfläche von (kleiner als) < 90 Shore A aufweist, und welches die frisch aufgetragene Barriereschicht egalisiert.
Die weiche Oberfläche des Rakelelements erzeugt keinen ungleichmäßigen, eingeebneten Konturstrich, wie das mit harten Rakeloberflächen der Fall ist, sondern erzeugt einen sehr viel besser abdeckenden Konturstrich.
Der Erfinder hat herausgefunden, dass sich die weiche Oberfläche des Rakelelements während des Egalisiervorganges an die Topographie der Substratoberfläche anpasst. Dadurch kann das Rakelelement der Kontur des Substrats, d. h. der Faserstoffbahn folgen, ohne den Konturstrich dabei einzuebnen.
Die Folge ist, dass man eine homogene und gleichmäßige Abdeckung des Substrats bzw. der Faserstoffbahn und damit eine bessere Barrierewirkung bzw. die gewünschten Barriereeigenschaften erreicht.
Sehr vorteilhaft ist, dass damit zugleich eine Reduzierung des Auftragsgewichtes bei gleichbleibenden Barriereeigenschaften möglich ist. Da die Barrieremedien zumeist recht teuer sind, wird aufgrund der möglichen Verringerung des Auftragsgewichtes auch eine Reduzierung der Kosten erreicht.
Vorteilhaft hinsichtlich der Auftrags- bzw. Strichqualität ist es, wenn ein an sich bekanntes Walzenauftragswerk oder ein an sich bekanntes Freistrahlauftragswerk die Barriereschicht auf das Substrat aufträgt.
Als Rakelelemente sind zylindrische rotierbare Rakelstäbe, aber auch feststehende Rakelklingen mit einer elastischen Beschichtung verwendbar. Als Material für die elastische Beschichtung, das heißt zur Herstellung einer weichen Rakelfläche der Rakelelemente kommen beispielsweise Polyurethan, Silikon, NBR (NBR ist abgeleitet von Nitrile Butadiene Rubber, der auch als Nitrilkautschuk bezeichnet wird) oder andere Gummimischungen in Frage.
Der Erfinder hat außerdem herausgefunden, dass für die Barriereschicht ein Medium, welches, eine Viskosität zwischen 20 und 1800 mPas, vorzugsweise zwischen 200 und 1300 mPas und einen Feststoffgehalt zwischen 5% und 65% aufweist, besonders geeignet ist.
Ein solches Medium trägt sich leichter und homogener als andere Medien auf.
Als Barriereschicht eignen sich Dispersionen oder Chemikalien, denen gewünschtenfalls Pigmente (z. B. Carbonat, Kaolin und/oder Talkum) hinzugefügt werden können. Barrieredispersionen oder Barrierechemikalien oder Produkte die als Grundlage für Barrieredispersionen oder Barrierechemikalien dienen können, können aus folgenden Stoffen bestehen:

– Polyvinylalkohole
– Polyvinylacetate
– Polyvinylacetale
– Copolymere und/oder Terpolymere aus den Bestandteilen 1,3-Butadien, n-Butyl-Acrylat, Ethyl-Acrylat, Methyl-Acrylat, Vinyl-Acetat, Acryl-Nitril, Styrol, Acryl-Säure und/oder Acryl-Amid.

Im Folgenden sind Beispiele für am Markt erhältliche Produkte aufgeführt, die ebenfalls als Barriereschicht anwendbar sind:

Hersteller Produkt bzw. Markenname

Kuraray Mowiol^® (verschiedene Produkttypen)

BASF Acronal^® (verschiedene Produkttypen)

BASF Styronal^® (verschiedene Produkttypen)
Auch diesen Produkten können gewünschtenfalls Pigmente (z. B. Carbonat, Kaolin und/oder Talkum) hinzugefügt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Barriereprodukte, insbesondere Verpackungsmaterialien für feste, pastöse, gelartige oder flüssige Güter, wie zum Beispiel Lebensmittel, Arzneimittel usw. herstellbar.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
1: ein auf ein Substrat aufgetragener Strich gemäß dem Stand der Technik
2: ein auf ein Substrat erfindungsgemäß aufgetragener Strich
In der 1 ist der Stand der Technik dargestellt. Gezeigt ist ein Substrat bzw. eine in Richtung L durch eine Herstellungs- oder Veredelungsmaschine laufende Faserstoffbahn 1 mit ihren Unebenheiten 2, auf die ein Rakelelement in Form eines drehenden Rakelstabes 4 aus Stahl einwirkt.
Der gezeigte rotierende Rakelstab 4 kann eine gerillte oder glatte Oberfläche aufweisen. Diese Rakeloberfläche 4.1 aus Stahl ist hart und erzeugt auf der aufgetragenen Strichschicht des Auftragsmediums 5 vor allem eine glatte Oberfläche, die für viele Anwendungsfälle gewünscht ist und die man in Fachkreisen als Konturstrich 3 bezeichnet.
Vorteil dieses ”harten” Rakelns ist, dass Unebenheiten 2 des Substrates 1 bzw. der Faserstoffbahn, auf die das Medium 5 aufgetragen wurde, gut ausgeglichen werden. Nachteilig ist aber, dass sich eine recht ungleichmäßige Abdeckung des Substrats 1 wegen der unterschiedlichen Strichschichtdicke d1, d2 und dn ergibt.
Soll das Auftragsmedium 5 aber dazu dienen, um eine Barriereschicht 6 auf dem Substrat zu erzeugen, müsste man, um unterschiedliche Strichdicken d1, d2, dn zu vermeiden, ein höheres Strichgewicht als üblich wählen. Nur mit diesem höheren Strichgewicht wird eine homogene und gleichmäßige Abdeckung des Substrats 1 bzw. der Faserstoffbahn erreicht. Dies ist aber wegen zu hoher Kosten für das Auftragsmedium 5 nicht erwünscht.
In der 2 ist nun eine verbesserte (erfindungsgemäße) Lösung gezeigt. Diese besteht darin, dass das frisch aufgetragene Streichmedium 5 bzw. die Barriereschicht 6 mit Hilfe eines Rakelelementes 4, welches eine ”weiche” Rakeloberfläche 4.2 aufweist, egalisiert wird. Die weiche Oberfläche des Rakelelements erzeugt nun keinen glatten Konturstrich, wie das mit einer in 1 beschriebenen und gezeigten harten Rakeloberfläche 4.1 der Fall ist, sondern erzeugt einen solchen Konturstrich 7, der der Topographie des Substrats bzw. Faserstoffbahn 1 folgt und der eine nahezu einheitlich starke Strichschichtdicke d aufweist und dabei das Substrat sehr gut abdeckt.
Im Beispiel gemäß der 2 wird ein zylindrischer Rakelstab 4 mit einer weichen Rakelfläche 4.2 eingesetzt. Die weiche Rakelfläche besteht im Beispiel aus einer elastischen Beschichtung aus Polyurethan. Es könnten aber auch Materialien, wie Silikon, NBR (Naturkautschuk) oder andere Gummimischungen verwendet werden. Die weiche Rakelfläche 4.2 bzw. die elastische Beschichtung des Rakelstabes 4 weist eine Härte von < 90 Shore A auf. Ein solch weiches Rakelelement in Form eines rotierenden Rakelstabes ist beispielsweise aus der DE-U 202 16 493 und der WO 2010/136377 bekannt.
Als sogenannte ”weiche” Rakelelemente sind auch solche verwendbar, die in der EP B1 1 521 644 (Soft Tip) und der WO 07/061378 A1 offenbart sind.
Für die besagte Barriereschicht 6, die mit der weichen Rakeloberfläche 4.2 zu behandeln ist, ist im Beispiel ein solches Auftragsmedium 5 vorgesehen, welches eine Viskosität zwischen von 750 mPas und einen Feststoffgehalt von 15% aufweist.
Durch die angegebene Lösung werden 40% des Strichgewichtes eingespart.
Nachzutragen ist, dass als Barrieredispersion oder Barrierechemikalie Polyvinylalkohol zum Zweck einer Sauerstoffbarriere eingesetzt wurde.
Das so hergestellte Barriereprodukt findet vorzugsweise als Verpackungsmaterial, beispielsweise in Form von Packpapier oder Faltschachtelkarton für feste, pastöse, gelartige, flüssige Güter, wie Lebensmittel oder auch Arzneimittel seinen Einsatz.
Bezugszeichenliste

1: Substrat bzw. Faserstoffbahn
2: Unebenheit
3: Egalisierstrich
4: Rakelelement bzw. -stab
4.1: harte Rakeloberfläche
4.2: weiche Rakeloberfläche
5: Auftragsmedium
6: Barriereschicht
7: Konturstrich
d1, d2, dn, d: Strichschichtdicke
L: Laufrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 1999/015711 [0002]
WO 2010/037906 [0002]
DE 3620872 [0005]
DE 3636453 [0005]
EP 0571351 B1 [0005]
EP 0454643 B1 [0005]
DE 20216493 U [0036]
WO 2010/136377 [0036]
EP 1521644 B1 [0037]
WO 07/061378 A1 [0037]

Claims

Vorrichtung zur Herstellung von Barriereprodukten, mit der auf ein Substrat (1), beispielsweise eine laufende Papier-, Karton- oder andere Faserstoffbahn wenigstens eine fett- oder öl-dichte oder flüssigkeitsdichte oder sonstige Barriereschicht (6) aufgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rakelelement (4) vorhanden ist, welches eine weiche Rakeloberfläche (4.2) von < 90 Shore A aufweist und welches die frisch aufgetragene Barriereschicht (6) egalisiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weiche Rakeloberfläche (4.2) eine elastische Beschichtung, bestehend aus beispielsweise Polyurethan, Silikon, NBR oder anderen Gummimischungen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein an sich bekanntes Walzenauftragswerk oder ein an sich bekanntes Freistrahlauftragswerkes die Barriereschicht (6) auf das Substrat vordosiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Barriereschicht (6) ein solches Auftragsmedium (5) vorgesehen ist, welches eine Viskosität zwischen 20 und 1800 mPas, vorzugsweise zwischen 200 und 1300 mPas und einen Feststoffgehalt zwischen 5% und 65% aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (6) aus Dispersionen oder Chemikalien, denen gewünschtenfalls Pigmente (z. B. Carbonat, Kaolin und/oder Talkum) hinzugefügt werden können, besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Barrieredispersionen. oder Barrierechemikalien oder Produkte die als Grundlage für Barrieredispersionen oder Barrierechemikalien dienen, aus folgenden Stoffen bestehen: – Polyvinylalkohole – Polyvinylacetate – Polyvinylacetate – Copolymere und/oder Terpolymere aus den Bestandteilen 1,3-Butadien, n-Butyl-Acrylat, Ethyl-Acrylat, Methyl-Acrylat, Vinyl-Acetat, Acryl-Nitril, Styrol, Acryl-Säure und/oder Acryl-Amid.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Rakelelement (4) ein zylindrischer, rotierbarer Rakelstab, aber auch eine feststehend Rakelklinge vorgesehen ist, die mit einer elastischen Beschichtung zur Erreichung einer weichen Rakeloberfläche (4.2) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass damit Barriereprodukte, wie Verpackungsmaterial für feste, pastöse, gelartige oder flüssige Güter, wie Lebensmittel, Arzneimittel usw. herstellbar sind.