DE202023105852U1

DE202023105852U1 - Imprägnierte Folie auf Zellulosefaserbasis

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Publication number: DE202023105852U1
Application number: DE202023105852.3U
Authority: DE
Original assignee: Neenah Gessner GmbH
Current assignee: Neenah Gessner GmbH
Priority date: 2023-10-10
Filing date: 2023-10-10
Publication date: 2024-01-23
Anticipated expiration: 2033-10-11

Abstract

Folie auf Zellulosefaserbasis, enthaltend
- eine Schicht aus unbehandeltem Zellstoff und
- eine Imprägnierung aus kationisiertem pflanzlichen Wachs.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenlegung betrifft eine Folie auf Zellulosefaserbasis mit einer Schicht aus unbehandeltem Zellstoff und einer Imprägnierung aus pflanzlichem Wachs, die als Baumaterial und Verpackungsmaterial verwendet werden kann.
Hintergrund
Von Baumaterial und Verpackungsmaterial wird häufig verlangt, dass es wasserabweisend ist bzw. eine Wasserdampfsperre aufweist. Herkömmlicherweise kann dieses Material mit einer Schicht aus Aluminiumfolie oder einer Schicht aus einem Polymermaterial wie PE laminiert sein oder eine solche Schicht enthalten. Eine weitere herkömmliche Lösung ist die Imprägnierung mit einem Material auf Silikonbasis.
Die vorgenannten technischen Lösungen sind nicht umweltfreundlich und nicht nachhaltig.
Daher besteht die Notwendigkeit, ein umweltfreundliches und nachhaltiges Material zu entwickeln und bereitzustellen, das Baumaterialien, Verpackungsmaterialien und ähnliche Materialien wasserabweisend bzw. wasserdampfsperrend macht und in industriellem Maßstab hergestellt werden kann.
Die Erfinder haben überraschend herausgefunden, dass eine voluminöse Folie aus Zellulosefasern mit einem kationisierten pflanzlichen Wachs versehen werden kann, wodurch die Folie so verändert wird, dass eine hydrophobe Oberfläche entsteht. Die Erfinder haben nicht erwartet, dass das kationisierte pflanzliche Wachs an der flauschigen, faserigen Oberfläche der Folie anhaften und die Oberfläche versiegeln könnte, so dass der so genannte Lotuseffekt beobachtet werden könnte.
Auf der Grundlage der Untersuchungen des Erfinders ist ein Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eine Folie auf Zellulosefaserbasis, enthaltend

- eine Schicht aus unbehandeltem Zellstoff und
- eine Imprägnierung aus kationisiertem pflanzlichem Wachs.

Da die Folie auf Zellulosefaserbasis als oder in Baumaterialien anwendbar ist, ist ein weiterer Gegenstand ein Dämmmaterial, enthaltend

- einen Schaumstoff und
- die obige Folie auf Zellulosefaserbasis, wobei die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff ein Flächengewicht von zumindest 50 g/m², gemessen nach ISO 536:2019, aufweist.

Bei Verwendung in Kombination mit einem Schaumstoff, der für Schalldämmungszwecke ausgelegt ist, bietet die vorliegende Folie auf Zellulosefaserbasis eine nachhaltige, umweltfreundliche Wassersperrschicht für den Schaumstoff. In Fällen, in denen das Flächengewicht des unbehandelten Zellstoffs 100 g/m² und mehr beträgt, haben die Erfinder festgestellt, dass die vorliegende Zellulosefaserfolie zur Schalldämmung des Dämmstoffs, der einen Schaumstoff enthält, beiträgt.
Da die Folie auf Zellulosefaserbasis als oder in Verpackungsmaterial anwendbar ist, ist ein weiterer Gegenstand ein Lebensmittelverpackungsmaterial, das die obige Folie auf Zellulosefaserbasis umfasst, wobei die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff ein Flächengewicht von 30 bis 90 g/m², gemessen nach ISO 536:2019, hat.
Ein weiterer Gegenstand ist gewelltes Verpackungsmaterial, das eine Innen- und eine Außenlage mit der oben genannten Folie auf Zellulosefaserbasis umfasst.
Bei der Verwendung in Verpackungsmaterial bietet die vorliegende Folie auf Zellulosefaserbasis eine nachhaltige, umweltfreundliche Wassersperrschicht und ersetzt herkömmliche Aluminium- oder Polymerfolien oder Imprägnierungen auf Silikonbasis.
Nähere Beschreibung
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Folie auf Zellulosefaserbasis bereit, enthaltend

Die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff ist eine Schicht aus Zellstoff, der chemisch behandelt wurde, um Lignin zu entfernen. Mit anderen Worten enthält die Schicht chemischen Zellstoff. Der Zellstoff der Schicht wurde vor dem Auftragen der Beschichtung mit kationisiertem pflanzlichem Wachs keiner weiteren Behandlung unterzogen.
Die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff kann ein Flächengewicht von 30 bis 200 g/m², vorzugsweise 50 bis 150 g/m², gemessen nach ISO 536:2019, haben. In einigen Ausführungsformen kann das Flächengewicht 30 bis 90 g/m² betragen. In einigen Ausführungsformen kann das Flächengewicht 90 bis 200 g/m² und vorzugsweise 100 bis 130 g/m² betragen.
Die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff kann ein Wasserabsorptionsvermögen von 5 bis 30 g/m², vorzugsweise 10 bis 20 g/m², besonders bevorzugt 14 bis 18 g/m², bestimmt als COBB 60 und gemessen nach ISO 535:2014-06, aufweisen.
Die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff hat eine Porosität, bestimmt als Luftdurchlässigkeit, von 100 bis 500 l/m² s, vorzugsweise 110 bis 400 l/m² s, oder 120 bis 300 l/m² s, oder 130 bis 230 l/m², gemessen nach EN ISO 9237:1995.
Die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff kann bei einem Druck von 10 kPa und gemessen nach ISO 534:2012 eine Dicke von 0,1 bis 0,8 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,6 mm, aufweisen.
Die Schicht kann Zellstoff enthalten, der aus einem oder mehreren der folgenden Stoffe ausgewählt ist: Holz, Faserpflanzen, Hadernpapier oder Altpapier.
Die Imprägnierung der Schicht erfolgt durch Auftragen einer Lösung oder Suspension, die das kationisierte pflanzliche Wachs enthält. Das Wachs dringt in die Folie ein und liegt auf der Oberfläche der Fasern vor, so dass es nicht nur auf der Oberfläche der Folie vorhanden ist. Je nach Herstellungsverfahren und -parametern kann die Schicht aus dem unbehandelten Zellstoff vollständig mit dem pflanzlichen Wachs imprägniert oder nur teilweise von einer oder beiden Seiten mit dem Wachs imprägniert werden.
Die Imprägnierung aus kationisiertem pflanzlichem Wachs kann auf der Schicht aus unbehandeltem Zellstoff 5 bis 20 g/m², vorzugsweise 7 bis 15 g/m², besonders bevorzugt 8 bis 12 g/m², gemessen nach ISO 536:2019, betragen.
Die Imprägnierung aus kationisiertem pflanzlichem Wachs kann aus einem Wachs mit einem Schmelzpunkt von 50 bis 90 Grad Celsius, vorzugsweise 60 bis 80 Grad Celsius, bestehen. Diese Temperaturbereiche gewährleisten, dass das pflanzliche Wachs während des Herstellungsprozesses und des Auftragens auf die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff ausreichend flüssig und viskos ist, um auf die Zellulosefasern der Schicht aus unbehandeltem Zellstoff aufgetragen zu werden. Bei diesen Temperaturen imprägniert das Wachs die Schicht aus unbehandelten Zellulosefasern, bedeckt die Zellulosefasern und wird auch getrocknet.
Die Imprägnierung aus kationisiertem pflanzlichem Wachs kann kationisiertes Sojawachs, Erbsenwachs, Reiskleiewachs, Zuckerkleiewachs, Palmwachs oder eine Mischung davon umfassen, wobei das Wachs durch Verfahren kationisiert wurde, die auf dem Gebiet der Fettsäurederivatisierung und -modifikation bekannt sind. Vorzugsweise kann ein kationisiertes Sojawachs verwendet werden, das von Eurikas unter der Bezeichnung EurikaCoat SW144 vertrieben wird.
Die Imprägnierung aus kationisiertem pflanzlichem Wachs kann eine kationisierte Lösung oder Emulsion aus kationisiertem Sojawachs, Erbsenwachs oder Reiswachs oder einer Mischung davon umfassen, wobei die Kationisierung durch kationische Standardemulgatoren erreicht wird.
Durch die Verwendung von kationisiertem pflanzlichem Wachs wird eine Haftung des pflanzlichen Wachses auf den Zellulosefasern der Schicht aus dem unbehandelten Zellstoff erreicht. Durch das Wachs wird die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff hydrophob, so dass nach dem Auftragen von Wassertropfen auf die Oberfläche der Folie auf Zellulosefaserbasis der vorliegenden Offenbarung der Lotuseffekt noch nach zwölf Stunden (über Nacht) zu beobachten war. Daher bietet die vorliegende Offenbarung eine Folie auf Zellulosefaserbasis, die eine nachhaltige, umweltfreundliche Wassersperrschicht darstellt.
Die Folie auf Zellulosefaserbasis der vorliegenden Offenbarung ist in verschiedenen technischen Bereichen, wie etwa zur Schalldämmung, einsetzbar. Wenn die Folie auf Zellulosefaserbasis eine Schicht aus unbehandeltem Zellstoff mit hohem Flächengewicht und hoher Porosität, bestimmt als Luftdurchlässigkeit, enthält, kann die Folie der vorliegenden Offenbarung bei Einsatz in Wänden, Dächern, Decken oder Fußböden eine gewisse Schalldämmung sowie einen Schutz vor Feuchtigkeit bieten. Sie kann auch in Türverkleidungen oder anderen Teilen des Fahrgestells von Fahrzeugen verwendet werden.
Bei einem Beispiel umfasst ein Dämmmaterial

- einen Schaumstoff und
- die oben beschriebene Folie auf Zellulosefaserbasis, wobei die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff ein Flächengewicht von zumindest 50 g/m², gemessen nach ISO 536:2019, aufweist.

Das Flächengewicht kann 90 bis 200 g/m², vorzugsweise 100 bis 130 g/m² betragen.
Gemäß EN ISO 9237:1995 kann die als Luftdurchlässigkeit gemessene Porosität des Dämmmaterials 120 bis 500 l/m²·s betragen.
Bei dem Schaumstoff kann es sich um einen Standardschaumstoff handeln, der üblicherweise im Bereich der Baumaterialien für den Wohnungsbau verwendet wird, um Schalldämmung, insbesondere Trittschalldämmung, zu erreichen. Bei Aufbringen der Folie der vorliegenden Offenbarung auf den Schaumstoff wurde festgestellt, dass die Schalldämmeigenschaften des Verbundprodukts verbessert werden. Daher bietet die Folie der vorliegenden Offenlegung bei hohem Flächengewicht hydrophobe und schalldämmende Eigenschaften und ist zugleich nachhaltig und umweltfreundlich.
Die Folie auf Zellulosefaserbasis der vorliegenden Offenlegung ist auch als Verpackungsmaterial geeignet. Aufgrund der Wasserdampfsperre, die durch die Wachsbeschichtung auf der Folie geschaffen wird, eignet sie sich zum Verpacken von feuchtigkeitsempfindlichen Geräten oder Lebensmitteln.
In einem Beispiel umfasst ein Lebensmittelverpackungsmaterial die oben beschriebene Zellulosefaser, wobei die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff ein Flächengewicht von 30 bis 90 g/m², gemessen nach ISO 536:2019, aufweist.
Die Folie der vorliegenden Offenbarung ersetzt herkömmliche Aluminiumfolien, Polymerfolien oder Folien auf Zellulosefaserbasis, die mit Polymerfolien laminiert wurden, um eine Wassersperre zu erreichen.
Die Folie der vorliegenden Offenbarung ist auch als Teil von gewelltem Baumaterial verwendbar, wobei die oben beschriebene Folie als Innen- oder Außenlage verwendet werden kann.
Die Folie auf Zellulosefaserbasis der vorliegenden Offenbarung kann durch verschiedene, in der papiererzeugenden und -verarbeitenden Industrie bekannte Verfahren hergestellt werden.
Eine Folie auf Zellulosefaserbasis, wie oben beschrieben, mit einem hohen Flächengewicht, wie etwa 90 bis 200 g/m², vorzugsweise 100 bis 130 g/m², und einer hohen Porosität, wie etwa 120 bis 500 l/m² s, kann auf einer Schrägsieb-Papiermaschine hergestellt werden, wobei die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff gebildet wird, die dann einer Leimpresse zugeführt wird, um die Beschichtung aus dem pflanzlichen Wachs aufzutragen und die Imprägnierung mit dem pflanzlichen Wachs, wie oben beschrieben, zu erhalten. Das Maß der Imprägnierung der Folie auf Zellulosefaserbasis durch das pflanzliche Wachs kann durch die Einstellungen der Leimpresse angepasst werden. Dadurch wird die Folie jeweils von beiden Seiten imprägniert.
Eine Folie auf Zellulosefaserbasis, wie oben beschrieben, mit einem geringeren Flächengewicht, d. h. ein dünneres Papier, kann im üblichen Nassvliesverfahren hergestellt werden. Das Papier kann dann ein- oder beidseitig imprägniert oder mit einer Beschichtungsvorrichtung beschichtet werden.

Claims

Folie auf Zellulosefaserbasis, enthaltend - eine Schicht aus unbehandeltem Zellstoff und - eine Imprägnierung aus kationisiertem pflanzlichen Wachs.
Folie auf Zellulosefaserbasis nach Anspruch 1, wobei die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff ein Flächengewicht von 30 bis 200 g/m², vorzugsweise 50 bis 150 g/m², gemessen nach ISO 536:2019, aufweist.
Folie auf Zellulosefaserbasis nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff eine Porosität, bestimmt als Luftdurchlässigkeit, von 100 bis 500 l/m² s, vorzugsweise 110 bis 400 l/m² s, oder 120 bis 300 l/m² s, oder 130 bis 230 l/m² s, gemessen nach EN ISO 9237:1995, aufweist.
Folie auf Zellulosefaserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff ein Wasserabsorptionsvermögen, bestimmt als COBB 60, von 5 bis 30 g/m², vorzugsweise 10 bis 20 g/m², gemessen nach ISO 535:2014-06, aufweist.
Folie auf Zellulosefaserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff bei 10 kPa eine Dicke von 0,1 bis 0,8 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,6 mm, gemessen nach ISO 534:2012, aufweist.
Folie auf Zellulosefaserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff Zellstoff umfasst, der aus einem oder mehreren der folgenden Stoffe ausgewählt ist: Holz, Faserpflanzen, Hadernpapier oder Altpapier.
Folie auf Zellulosefaserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Imprägnierung aus kationisiertem pflanzlichen Wachs 5 bis 20 g/m², vorzugsweise 7 bis 15 g/m², gemessen nach ISO 536:2019, beträgt.
Folie auf Zellulosefaserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Imprägnierung aus kationisiertem pflanzlichen Wachs ein Wachs mit einem Schmelzpunkt von 50 bis 90 Grad Celsius, vorzugsweise 60 bis 80 Grad Celsius, umfasst.
Folie auf Zellulosefaserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Imprägnierung aus kationisiertem pflanzlichen Wachs kationisiertes Sojawachs, Erbsenwachs oder Reiswachs oder eine Mischung davon umfasst.
Folie auf Zellulosefaserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Imprägnierung aus kationisiertem pflanzlichen Wachs eine kationisierte Lösung oder Emulsion aus kationisiertem Sojawachs, Erbsenwachs oder Reiswachs oder einer Mischung davon umfasst.
Dämmmaterial, enthaltend - einen Schaumstoff und - die Folie auf Zellulosefaserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff ein Flächengewicht von zumindest 50 g/m², gemessen nach ISO 536:2019, aufweist.
Lebensmittelverpackungsmaterial, umfassend die Folie auf Zellulosefaserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Schicht aus unbehandeltem Zellstoff ein Flächengewicht von 30 bis 90 g/m², gemessen nach ISO 536:2019, aufweist.
Wellpappenverpackungsmaterial, umfassend eine Innen- und eine Außenlage aus der Folie auf Zellulosefaserbasis nach einem der Ansprüche 1 bis 10.