DE4313401A1 - Wäßrige Emulsion und leicht aufschließbares, feuchtigkeitsbeständiges Papier - Google Patents

Wäßrige Emulsion und leicht aufschließbares, feuchtigkeitsbeständiges Papier

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wäßrige Emulsion und ein leicht aufschließbares, feuchtigkeitsbeständiges Papier, das unter Verwendung der wäßrigen Emulsion hergestellt wird.
Um Ressourcen zu sparen, hat in neuerer Zeit das Sammeln von Altpapier und die Wiederaufbereitung des Papiers nach Lösen des Papiers in Wasser oder ähnlichem zugenommen. Hierfür ist es jedoch erforderlich, daß das Altpapier leicht auf­ schließbar ist. Dies bedeutet, wird das Papier in Wasser oder ähnlichem gelöst, so kann es leicht in feine faserige Bestandteile zerkleinert werden.
Eine wichtige Verwendung von Papier stellt die Verwendung als Einpackpapier dar. Für Einpackpapier ist es üblicher­ weise erforderlich, daß es Wasserbeständigkeit, wie Feuch­ tigkeitsbeständigkeit und wasserabweisende Eigenschaften aufweist. Die Wasserbeständigkeit ist jedoch eine Eigen­ schaft, die unvereinbar mit der leichten Aufschließbarkeit des Altpapiers ist. Daher war es schwierig, diese zwei Eigenschaften zu vereinen, d. h. in der Praxis ein Papier zu erhalten, das hervorragende Feuchtigkeitsbeständigkeit und hervorragende wasserabweisende Eigenschaften aufweist und gleichzeitig leicht aufschließbar ist.
Beispielsweise ist ein sogenanntes Laminatpapier, d. h. ein mit Polyethylen oder ähnlichem laminiertes Rohpapier, als Papier mit hervorragender Feuchtigkeitsbeständigkeit und wasserabweisenden Eigenschaften bekannt, das aber nicht leicht aufschließbar ist.
Unter diesen Umständen offenbart JP-A-61-47896 (JP-A bedeu­ tet in der vorliegenden Anmeldung eine ungeprüfte, veröf­ fentlichte japanische Patentanmeldung) ein leicht auf­ schließbares, feuchtigkeitsbeständiges Papier, das durch Be­ schichten eines Rohpapieres mit einer Wachsemulsion unter Verwendung eines Styrol-Butadien-Latex erhalten wird. Das nach diesem Verfahren erhaltene Papier ist jedoch ungenü­ gend, da es infolge des Wickeldrucks beim Beschichten unter den hohen Temperaturen und der hohen Luftfeuchtigkeit im Sommer aneinanderklebt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der vorstehend genannten, herkömmlichen Tech­ niken zu beseitigen und ein hervorragendes, leicht auf­ schließbares, feuchtigkeitsbeständiges Papier mit nicht nur hervorragender Feuchtigkeitsbeständigkeit und wasserabwei­ senden Eigenschaften, sondern auch leichter Aufschließbar­ keit bereitzustellen, das kein Aneinanderkleben verursacht.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch eine wäßrige Emulsion gelöst, umfassend
als Komponente (A) ein Ethylen-Vinylchlorid-Copolymer mit einer Glasübergangstemperatur von -15 bis 35°C, das 3 bis 40 Gew.-% Ethylen, 25 bis 90 Gew.-% Vinylchlorid und 0 bis 73 Gew.-% Vinylacetat (gesamt 100 Gew.-%) umfaßt,
als Komponente (B) eine Emulsion eines Harzesters mit einem Erweichungspunkt von 110 bis 150°C und einem Gardner-Farb­ wert von nicht größer als 5 und
als Komponente (C) eine Emulsion eines Wachses mit einem Schmelzpunkt von 50 bis 110°C, wobei das Gewichtsverhältnis der Komponenten (A)/(B)/(C), bezogen auf den Gehalt an Trockensubstanz, 100/(50 bis 95)/(5 bis 30) beträgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein leicht aufschließbares, wasserbeständiges Papier bereitge­ stellt, das durch Beschichten mindestens einer Oberfläche eines Rohpapiers mit der erfindungsgemäßen wäßrigen Emulsion in einer Menge von 5 bis 30 g/m2, bezogen auf den Gehalt an Trockensubstanz, erhältlich ist.
Die wäßrige Emulsion enthält, wie vorstehend beschrieben, die Komponenten (A), (B) und (C) als wesentliche Komponen­ ten.
Die Komponente (A) ist ein Ethylen-Vinylchlorid-Copolymer mit einer Glasübergangstemperatur von -15 bis 35°C, vorzugs­ weise -10 bis 30°C, umfassend 3 bis 40 Gew. -% Ethylen, 25 bis 90 Gew.-% Vinylchlorid und 0 bis 73 Gew.-% Vinylacetat (gesamt 100 Gew.-%), vorzugsweise umfassend 5 bis 35 Gew.-% Ethylen, 30 bis 75 Gew.-% Vinylchlorid und 0 bis 60 Gew.-% Vinylacetat (gesamt 100 Gew.-%). Dies bedeutet, daß das Ethylen-Vinylchlorid-Copolymer in der vorliegenden Erfindung ein Ethylen-Vinylchlorid-Copolymer oder ein Ethylen-Vinyl­ chlorid-Vinylacetat-Copolymer ist. Obwohl das Vinylacetat keine wesentliche Strukturkomponente darstellt, beträgt de­ ren Gehalt, wenn sie verwendet wird, im allgemeinen min­ destens etwa 0,1 Gew.-%.
Ist der Ethylengehalt im Copolymer zu gering, so weist das leicht aufschließbare, wasserbeständige Papier, das unter Verwendung einer derartigen wäßrigen Emulsion erhalten wird, schlechte Feuchtigkeitsbeständigkeit und schlechte Auf­ schließbarkeit auf. Ist andererseits der Ethylengehalt zu hoch, so weist das erhaltene Papier eine schlechte Feuchtig­ keitsbeständigkeit, schlechte wasserabweisende Eigenschaften und Antiklebeeigenschaften auf. Ist der Vinylchloridgehalt des Copolymers zu niedrig, so weist das erhaltene, leicht aufschließbare, wasserbeständige Papier, das unter Verwen­ dung einer derartigen wäßrigen Emulsion erhalten wird, eine schlechte Feuchtigkeitsbeständigkeit, schlechte wasserabwei­ sende Eigenschaften und Antiklebeeigenschaften auf. Ist an­ dererseits der Vinylchloridgehalt zu hoch, besitzt das er­ haltene Papier eine schlechte Feuchtigkeitsbeständigkeit, schlechte wasserabweisende Eigenschaften und eine schlechte Aufschließbarkeit.
Ist der Vinylacetatgehalt im Copolymer zu hoch, so weist das leicht aufschließbare, wasserbeständige Papier, das unter Verwendung einer derartigen, wäßrigen Emulsion erhalten wird, eine schlechte Feuchtigkeitsbeständigkeit, schlechte wasserabweisende Eigenschaften und Antiklebeeigenschaften sowie schlechte Aufschließbarkeit auf.
Ist die Glasübergangstemperatur des Copolymers zu niedrig, so weist das leicht aufschließbare, feuchtigkeitsbeständige Papier, das unter Verwendung einer derartigen Emulsion er­ halten wird, eine schlechte Feuchtigkeitsbeständigkeit, so­ wie schlechte wasserabweisende Eigenschaften und Antiklebe­ eigenschaften auf. Ist andererseits die Glasübergangstempe­ ratur zu hoch, so weist das erhaltene Papier eine schlechte Feuchtigkeitsbeständigkeit und Aufschließbarkeit auf.
Ein Copolymer, das die vorstehend genannten Erfordernisse aufweist, kann beispielsweise nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden:
Mindestens ein N-Alkylol eines ungesättigten aliphatischen Amids und ungesättigter aliphatischer Carbonsäuren, min­ destens ein anionischer grenzflächenaktiver, Stoff, wie Natriumalkylbenzolsulfonat oder Alkylsulfosuccinat, und ein nicht-ionischer oberflächenaktiver Stoff, wie ein Polyoxy­ ethylenalkylphenolether oder ein Polyoxyethylenalkylether, ein Reduktionsmittel, wie saures Natriumsulfit oder Eisen(II)-chlorid, werden zusammen mit ionenausgetauschtem Wasser in einen Hochdruckreaktor eingefüllt und anschließend unter Rühren gemischt. Nach dem Spülen des Reaktors mit Stickstoff werden nacheinander Ethylen, Vinylchlorid und Vi­ nylacetat unter einem Druck von 5 bis 150 atm eingespeist und anschließend wird eine wäßrige Lösung eines Initiators, wie Kaliumpersulfat, zu dem Gemisch hinzugefügt. Das Ver­ hältnis von Ethylen, Vinylchlorid und Vinylacetat wird durch Steuerung ihrer eingesetzten Mengen und des Polymerisations­ drucks gesteuert. Die Polymerisationstemperatur beträgt üb­ licherweise 30 bis 80°C. Das vorstehend beschriebene Polyme­ risationsverfahren ist ein Radikalpolymerisationsverfahren unter Verwendung eines Redox-Katalysatorsystems, umfassend einen Initiator und ein Reduktionsmittel. Es kann aber auch ein Radikalpolymerisationsverfahren unter alleiniger Verwen­ dung eines Initiators verwendet werden.
Die Komponente (B) ist eine Emulsion eines Harzesters mit einem Erweichungspunkt von 110 bis 150°C, vorzugsweise 120 bis 130°C und einem Gardner-Farbwert von nicht größer als 5, vorzugsweise nicht größer als 3. Ist der Erweichungspunkt zu niedrig, weist das Papier, das unter Verwendung der wäßrigen Emulsion erhalten wird, eine schlechte Feuchtigkeitsbestän­ digkeit und schlechte Antiklebeeigenschaften auf. Ist ande­ rerseits der Erweichungspunkt zu hoch, so weist das erhal­ tene Papier eine schlechte Feuchtigkeitsbeständigkeit, schlechte wasserabweisende Eigenschaften und schlechte Auf­ schließbarkeit auf. Ist der Gardner-Farbwert zu hoch, ist die Deckschicht der wäßrigen Emulsion gefärbt, wodurch das Aussehen des Produkts beeinträchtigt wird.
Käuflich erhältliche Produkte, die den vorstehend genannten Bedingungen genügen, können selektiv als erfindungsgemäß be­ nutzte Emulsion des Harzesters verwendet werden.
Die Komponente (C) ist eine Emulsion eines Wachses mit einem Schmelzpunkt von 50 bis 110°C, vorzugsweise von 50 bis 70°C. Ist deren Schmelzpunkt zu niedrig, so weist das Papier, das unter Verwendung der wäßrigen Emulsion erhalten wird, eine schlechte Feuchtigkeitsbeständigkeit und schlechte Antikle­ beeingeschaften auf. Ist andererseits der Schmelzpunkt zu hoch, so weist das erhaltene Papier eine schlechte Feuchtig­ keitsbeständigkeit und eine schlechte Aufschließbarkeit auf.
Die erfindungsgemäß verwendete Wachsemulsion ist beispiels­ weise eine käuflich erhältliche Paraffinwachs- oder Mikro­ wachsemulsion. Falls gewünscht und notwendig, kann ein Ge­ misch dieser Emulsionen verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen wäßrigen Emulsionen sind Emulsionen, die die Komponenten (A), (B) und (C) in einem Gewichtsver­ hältnis, bezogen auf den Gehalt an Trockensubstanz, von (A)/(B)/(C) gleich 100/(50 bis 95)/(5 bis 30), vorzugsweise 100/(70 bis 80)/(10 bis 20), enthalten. Bewegt sich das Ge­ wichtsverhältnis der Komponenten nicht in dem vorstehend be­ schriebenen Bereich, werden die Eigenschaften des leicht aufschließbaren, feuchtigkeitsbeständigen Papiers, das unter Verwendung der wäßrigen Emulsion erhalten wird, wie Feuch­ tigkeitsbeständigkeit, wasserabweisende Eigenschaften und Antiklebeeigenschaften sowie Aufschließbarkeit unausgegli­ chen.
Die erfindungsgemäße wäßrige Emulsion kann beispielsweise nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden:
Das Copolymer als Komponente (A) wird in einen Behälter ge­ geben, der mit einem Rührer ausgerüstet ist, und in einem Ausmaß, bis zu dem sich keine Blasen bilden, gerührt. Die Emulsion des Harzesters als Komponente (B) und die Emulsion des Wachses als Komponente (C) werden nacheinander zu dem Copolymer hinzugefügt und anschließend durch Rühren ge­ mischt.
Der Gehalt an Trockensubstanz in der erfindungsgemäßen wäß­ rigen Emulsion beträgt gewöhnlich 10 bis 70 Gew.-%, vorzugs­ weise 30 bis 65 Gew.-%.
Das erfindungsgemäße, leicht aufschließbare, feuchtigkeits­ beständige Papier wird erhalten, indem man mindestens eine Oberfläche eines Rohpapiers in einer Menge von 5 bis 30 g/m2 mit der erfindungsgemäßen wäßrigen Emulsion beschichtet. Ist die Menge der verwendeten wäßrigen Emulsion zu gering, so weist das erhaltene Papier infolge der Bildung von Löchern und des Staubens der Fasern des Rohpapiers eine schlechte Feuchtigkeitsbeständigkeit und schlechte wasserabweisende Eigenschaften auf. Ist andererseits die Menge der wäßrigen Emulsion zu groß, erhöhen sich die Kosten unvorteilhaft.
Als Rohpapier können erfindungsgemäß beispielsweise ein Kraftpapier, ein holzfreies Papier oder ein Rohpapier aus Wellpappe verwendet werden.
Um das erfindungsgemäße leicht aufschließbare, feuchtig­ keitsbeständige Papier zu erhalten, wird beispielsweise eine definierte Menge der wäßrigen Emulsion auf das Rohpapier aufgebracht und bei einer Temperatur über etwa 120°C ge­ trocknet. Ist die Trocknungstemperatur zu niedrig, kann das erhaltene, leicht aufschließbare, feuchtigkeitsbeständige Papier manchmal eine geringe Feuchtigkeitsbeständigkeit auf­ weisen.
Das erfindungsgemäße leicht aufschließbare, feuchtigkeitsbe­ ständige Papier kann auf vielen Gebieten eingesetzt werden. Beispielsweise kann es wegen seiner hervorragenden Eigen­ schaften als Verpackung für Zeitungen, wasserbeständige Wellpappe oder Verpackung für Kopierpapiere dienen.
Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiele 1 bis 8 und Vergleichsbeispiele 1 bis 12
Wäßrige Emulsionen werden unter den in den Tabellen I bis III angegebenen Bedingungen erhalten. Für jede der wäßrigen Emulsionen wird die Feuchtigkeitsdurchlässigkeit, die was­ serabweisenden Eigenschaften, die Antiklebeeigenschaften und die Aufschließbarkeit, wie folgt, bewertet.
Beschichtungsbedingungen: Jedes beschichtete Papier mit einem Rohgewicht von etwa 95 g/m2 wurde durch Beschichten eines Kraftpapiers mit einem Rohgewicht von 80 g/m2 nach dem Walzdrahtbeschichtungsverfahren unter Verwendung eines Walz­ drahts Nr. 8 und einer Beschichtungsmenge von 20 g/m2 mit jeder wäßrigen Emulsion und durch zweiminütiges Trocknen des Papiers bei 120°C erhalten.
Feuchtigkeitsdurchlässigkeit: Sie wird nach dem Tiegelver­ fahren gemäß JIS Z 0208 bestimmt.
Wasserabweisende Eigenschaften: Gemessen gemäß JIS P-8137 gemessen.
Antiklebeeigenschaften: Die beschichtete Oberfläche des be­ schichteten Papiers wird an die beschichtete oder unbe­ schichtete Oberfläche eines anderen Papiers, das mit dersel­ ben Art von wäßriger Emulsion wie das vorstehend genannte Papier beschichtet ist, angehaftet. Das System wird bei einer Temperatur von 45°C, einer relativen Luftfeuchtigkeit von 90% und unter einem Druck von 5 kg/cm2 24 Stunden ste­ hengelassen. Die beschichteten Papiere werden von Hand von­ einander getrennt und die Antiklebeeigenschaften werden mit den Bewertungen A (die beste: kein Widerstand bei der Tren­ nung) bis E (die schlechteste: Papierbruch) bewertet.
Aufschließbarkeit: 20 g einer jeden mit der Emulsion be­ schichteten Papierprobe werden in 1000 ml Wasser gegeben. Die Mischung wird mit einem Küchenmixer gerührt und die Zeit, bis zu der sich die Probe in einzelne faserige Be­ standteile aufgelöst hat, bestimmt.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen aufgeführt.
Tabelle I
Tabelle II
Tabelle III
In den vorstehenden Tabellen bedeutet "beschich­ tet/beschichtet" eine beschichtete Oberfläche/beschichtete Oberfläche und "beschichtet/unbeschichtet" bedeutet eine be­ schichtete Oberfläche/unbeschichtete Oberfläche.
Wie aus den vorstehenden Tabellen hervorgeht, werden in al­ len erfindungsgemäßen Beispielen, in denen die erfindungsge­ mäßen Bedingungen eingehalten werden, zufriedenstellende Ergebnisse in allen Bewertungskriterien bei allen Proben er­ zielt.
Andererseits weist die Probe des Vergleichsbeispiels 1, in der der Gehalt des Ethylens in der Komponente (A) zu niedrig ist und die Glasübergangstemperatur zu hoch ist, einen schlechten Feuchtigkeitsdurchlässigkeitswert und eine schlechte Aufschließbarkeit auf.
Die Probe des Vergleichsbeispiels 2, in der der Gehalt am Vinylchlorid in der Komponente (A) zu niedrig ist, besitzt einen schlechten Feuchtigkeitswert, schlechte wasserabwei­ sende Eigenschaften und schlechte Antiklebeeigenschaften.
Die Probe des Vergleichsbeispiels 3, in der der Gehalt von Vinylchlorid in der Komponente (A) zu hoch ist und die Glas­ übergangstemperatur hoch ist, besitzt einen schlechten Feuchtigkeitsdurchlässigkeitswert, schlechte wasserabwei­ sende Eigenschaften und eine geringe Aufschließbarkeit.
Die Probe von Vergleichsbeispiel 4, in der der Gehalt an Vi­ nylacetat in der Komponente (A) zu hoch ist, besitzt einen schlechten Feuchtigkeitsdurchlässigkeitswert, schlechte was­ serabweisende Eigenschaften und schlechte Antiklebeeigen­ schaften sowie schlechte Aufschließbarkeit.
Die Probe von Vergleichsbeispiel 5, in der der Erweichungs­ punkt der Komponente (B) zu hoch ist, besitzt einen schlech­ ten Feuchtigkeitsdurchlässigkeitswert, schlechte wasserab­ weisende Eigenschaften sowie schlechte Aufschließbarkeit.
Die Probe von Vergleichsbeispiel 6, in der der Erweichungs­ punkt der Komponente (B) zu niedrig ist, besitzt einen schlechten Feuchtigkeitsdurchlässigkeitswert und schlechte Antiklebeeigenschaften.
Die Probe von Vergleichsbeispiel 7, in der der Schmelzpunkt der Komponente (C) zu niedrig ist, besitzt einen schlechten Feuchtigkeitsdurchlässigkeitswert und schlechte Antiklebe­ eigenschaften.
Die Probe von Vergleichsbeispiel 8, in der der Schmelzpunkt der Komponente (C) zu hoch ist, besitzt einen schlechten Feuchtigkeitsdurchlässigkeitswert und eine schlechte Auf­ schließbarkeit.
Die Probe von Vergleichsbeispiel 9, in der die Menge der Komponente (B) zu hoch ist, besitzt einen schlechten Feuch­ tigkeitsdurchlässigkeitswert, schlechte wasserabweisende Eigenschaften, schlechte Antiklebeeigenschaften sowie eine schlechte Aufschließbarkeit.
Die Probe von Vergleichsbeispiel 10, in der die Menge der Komponente (B) zu niedrig ist, besitzt einen schlechten Feuchtigkeitsdurchlässigkeitswert, schlechte Antiklebeeigen­ schaften sowie eine schlechte Aufschließbarkeit.
Die Probe von Vergleichsbeispiel 11, in der die Menge der Komponente (C) zu hoch ist, besitzt einen schlechten Feuch­ tigkeitsdurchlässigkeitswert, schlechte Antiklebeeigenschaf­ ten und eine schlechte Aufschließbarkeit.
Die Probe von Vergleichsbeispiel 12, in der die Menge der Komponente (C) zu niedrig ist, besitzt einen schlechten Feuchtigkeitsdurchlässigkeitswert, schlechte wasserabwei­ sende Eigenschaften, schlechte Antiklebeeigenschaften sowie schlechte Aufschließbarkeit.
Wie vorstehend beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung ein hervorragendes, leicht aufschließbares, feuchtigkeitsbe­ ständiges Papier bereit, das eine hervorragende Feuchtig­ keitsbeständigkeit und hervorragende wasserabweisende Eigen­ schaften besitzt und weiterhin leicht aufschließbar ist und kein Aneinanderkleben verursacht.

Claims (11)

1. Wäßrige Emulsion, umfassend
als Komponente (A) ein Ethylen-Vinylchlorid-Copolymer mit einer Glasübergangstemperatur von -15 bis 35°C, das 3 bis 40 Gew.-% Ethylen, 25 bis 90 Gew.-% Vinylchlorid und 0 bis 73 Gew.-% Vinylacetat (gesamt 100 Gew.-%) um­ faßt,
als Komponente (B) eine Emulsion eines Harzesters mit einem Erweichungspunkt von 110 bis 150°C und einem Gardner-Farbwert nicht größer als 5 und
als Komponente (C) eine Emulsion eines Wachses mit einem Schmelzpunkt von 50 bis 110°C, wobei das Gewichtsver­ hältnis der Komponenten (A)/(B)/(C) bezogen auf den Ge­ halt an Trockensubstanz 100/(50 bis 95)/(5 bis 30) be­ trägt.
2. Wäßrige Emulsion nach Anspruch 1, in der das Verhältnis von Ethylen, Vinylchlorid und Vinylacetat in der Kompo­ nente (A) 5 bis 35 Gew.-% Ethylen, 30 bis 75 Gew.-% Vi­ nylchlorid und 0 bis 60 Gew. -% Vinylacetat (gesamt 100 Gew.-%) beträgt.
3. Wäßrige Emulsion nach Anspruch 1 oder 2, in der das Vi­ nylacetat in der Komponente (A) in einer Menge von min­ destens 0,1 Gew.-% verwendet wird.
4. Wäßrige Emulsion nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in der die Glasübergangstemperatur der Komponente (A) -10 bis 30°C beträgt.
5. Wäßrige Emulsion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in der der Erweichungspunkt der Komponente (B) 120 bis 130°C beträgt.
6. Wäßrige Emulsion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, in der der Gardner-Farbwert der Komponente (B) nicht größer als 3 ist.
7. Wäßrige Emulsion nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in der der Schmelzpunkt der Komponente (C) 50 bis 70°C be­ trägt.
8. Wäßrige Emulsion nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in der das Gewichtsverhältnis der Komponenten (A)/(B)/(C) bezogen auf den Gehalt an Trockensubstanz, 100/(70 bis 80)/(10 bis 20) beträgt.
9. Wäßrige Emulsion nach einem der Ansprüche 1 bis 8, in der der Gehalt an Trockensubstanz in der Emulsion 10 bis 70 Gew.-% beträgt.
10. Wäßrige Emulsion nach einem der Ansprüche 1 bis 8, in der der Gehalt an Trockensubstanz in der Emulsion 30 bis 65 Gew.-% beträgt.
11. Leicht aufschließbares, feuchtigkeitsbeständiges Papier, umfassend ein Rohpapier, das mindestens auf einer seiner Oberflächen mit einer Schicht aus einer wäßrigen Emul­ sion nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer Menge von 5 bis 30 g/m2, bezogen auf den Gehalt an Trocken­ substanz, beschichtet ist.
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