DE4335247A1 - Verfahren und Mittel zur Oberflächenbehandlung von Karton, Papier und Vollpappe - Google Patents

Verfahren und Mittel zur Oberflächenbehandlung von Karton, Papier und Vollpappe

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DE4335247A1
DE4335247A1 DE19934335247 DE4335247A DE4335247A1 DE 4335247 A1 DE4335247 A1 DE 4335247A1 DE 19934335247 DE19934335247 DE 19934335247 DE 4335247 A DE4335247 A DE 4335247A DE 4335247 A1 DE4335247 A1 DE 4335247A1
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Mittel zur Oberflächenbehandlung von Karton, Papier oder Vollpappe.
Es ist bekannt, daß auf dem gesamten Verpackungssektor nässende oder ölhaltige Produkte gegebenenfalls mit entsprechend dichten Folien verpackt oder aber in Kartons oder Faltschachteln verpackt werden müssen, deren Innenseite mit einer Kunststoffbeschichtung gegen die Annahme oder Durchlässigkeit von Feuchtigkeit, Öl oder Geschmacksstoffen geschützt ist. Üblicherweise wird eine derartige Beschichtung extrudiert in einer Menge von 20-50 g/m² aufgebracht, wobei insbesondere Polyethylen verwendet wird. Dadurch werden die Öl- und insbesondere die Wasserdampfdurchlässigkeit herabgesetzt, wie dies nachfolgend bei unterschiedlich beschichteten Kartons gezeigt wird:
Kunststoffbeschichtete Papiere oder Kartons oder durch Auftragen halogenhaltiger Mittel fettdicht gemachte Papiere oder Kartons belasten jedoch die Umwelt erheblich, da sie nicht oder nur sehr schwer recyclierfähig bzw. schwer abbaubar sind. Insbesondere auf Papier oder Karton unter Bildung von Verbundstoffen aufextrudierte Kunststoffe sind nicht gesondert trennbar und bewirken damit große Probleme in der Abfallwirtschaft. Beispielsweise ist die Öl-, Wasser- und Dampfdurchlässigkeit von Karton, Papier oder Vollpappe im Lebensmittel- und Tierfuttermittelverpackungsbereich, insbesondere bei Tiefkühlverpackungen, im Genußmittelbereich, beispielsweise bei Tabakwaren, sowie bei der Verpackung von ölhaltigen Maschinenersatzteilen, beispielsweise Kugellagern, von Bedeutung.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Mittel zur Oberflächenbehandlung von Verpackungsstoffen auf Basis von Holzschliff- und Cellulosefasern zur Verfügung zu stellen, das einerseits dem Verpackungsstoff eine Öl-, Wasser- und insbesondere Dampfdurchlässigkeit verleiht, die vergleichbar ist mit derjenigen von mit Polyethylen beschichteten Substraten und das es andererseits ermöglicht, den Verpackungsstoff mit den üblichen Verfahren problemlos zu verarbeiten und einem Recycling zuzuführen.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe gelöst wird bei Anwendung eines Copolymers auf Styrol- und Butadienbasis bzw. eines Acrylates und eines Copolymers auf Styrol- und Acrylatbasis.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Karton, Papier oder Vollpappe, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine Karton-, Papier- oder Vollpappebahn mit
  • (A) einem elastischen, filmbildenden Polymerisat auf Basis eines Copolymers von Styrol oder einem Derivat davon und Butadien oder einem Derivat davon oder auf Basis eines (Meth)Acrylates oder eines Copolymers davon
und
  • (B) einem einen hydrophoben Film bildenden Copolymer auf Basis von Styrol oder einem Derivat davon und eines (Meth)Acrylats
imprägniert.
Weiter ist Gegenstand der Erfindung ein Mittel zur Oberflächenbehandlung von Karton, Papier oder Vollpappe, enthaltend
  • (A) ein elastisches, filmbildendes Polymerisat auf Basis eines Copolymers von Styrol oder einem Derivat davon und Butadien oder einem Derivat davon oder auf Basis eines (Meth)acrylates oder eines Copolymers davon
und
  • (B) ein einen hydrophoben Film bildendes Copolymer auf Basis von Styrol oder einem Derivat davon und eines (Meth)Acrylats.
Bei der Komponente (A) handelt es sich vorzugsweise um eine weich eingestellte Formulierung, d. h. die Härte des entstehenden Films ist relativ gering. Zweckmäßigerweise umfaßt diese Formulierung übliche Zusätze, beispielsweise Wachse, wie Carnauba- und Paraffinwachs; Füllstoffe (Pigmente), wie Kreide, Talkum, Silikate, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid; und Verdickungsmittel, wie Stärke und Derivate davon, Cellulosederivate, Guargummi und Polyacrylate. Der Füllstoffanteil beträgt in der Regel 20-60 Gew-% der Komponente (A). Die Füllstoffe dienen insbesondere dazu, ein Blocken des aus der Komponente (A) gebildeten Filmes zu verhindern.
Vorzugsweise handelt es sich bei dieser Formulierung um eine wäßrige Dispersion mit einem Gehalt an Feststoffen von 40-70 Gewichts-%, insbesondere 50-60 Gewichts-%.
Brauchbare Produkte für die Komponente (A) sind die Produkte mit der Handelsbezeichnung Styrofan, insbesondere die Produkte DS 2306 und HD 1123 (anionische Dispersionen eines Copolymerisates auf Basis von Styrol und Butadien), vertrieben von der Firma BASF AG; sowie der Primer XVP R220 und das Produkt 272/2G, beide vertrieben von der Firma Morton.
Die Komponente (A) kommt vorzugsweise in einer Formulierung zur Anwendung, die 40-60 Gew.-% der Komponente (A), übliche Pigmente in einer Menge von 40-60 Gewichts-%, und gegebenenfalls ein Verdickungsmittel je nach Bedarf, beispielsweise in einer Menge von 0,1 bis 2 Gewichts-%, enthält, zur Anwendung. Gewünschtenfalls kann diese Formulierung auch weitere übliche Zusätze enthalten, beispiels­ weise Entschäumer oder Mittel zur Einstellung des pH-Wertes.
Bei den Acrylateinheiten der Komponente (A) oder (B) handelt es sich insbesondere um einen Acrylatester, beispielsweise um einen Acrylsäure-C₁-C₁₂-alkylester, ein Acrylamid, beispielsweise Acrylamid oder N-C₁-C₁₂-Alkylacrylamid etc. oder Acrylnitril oder die entsprechenden Methacrylsäureverbindungen. Diese Acrylatbestandteile können einzeln oder im Gemisch von zwei oder mehreren dieser Bestandteile enthalten sein. Die Acrylateinheiten können auch ein Copolymer aus mindestens zwei der erwähnten Monomere sein.
Die Komponente (B) kommt vorzugsweise als wäßrige Lösung oder Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 30-55 Gewichts-% zur Anwendung.
Ein als Komponente (B) brauchbares Produkt ist das unter der Handelsbezeichnung Wikolith MCP 263 von der Firma Morton vertriebene Produkt, oder die unter den Handelsbezeichnungen H 5136 und LV 6063/21 von der Firma Hartmann vertriebenen Produkte.
Die Komponenten (A) und (B) wirken zusammen derart, daß die Wasser- und insbesondere Wasserdampfdurchlässigkeit und die Fett- bzw. Öldurchlässigkeit minimiert wird.
Als Verpackungsmaterial wird insbesondere Karton, Papier oder Vollpappe eingesetzt. Bevorzugt kommt dabei Papier mit einem Flächengewicht von 50-230 g/m², Karton mit einem Flächengewicht von 150-600 g/m² und Vollpappe mit einem Flächengewicht von 600-2000 g/m² zur Anwendung.
Die Komponenten (A) und (B) werden insbesondere nacheinander aufgetragen. Vorzugsweise trägt man zunächst die Komponente (A) auf das Substrat auf, führt gegebenenfalls eine Zwischentrocknung unter üblichen Bedingungen durch und trägt dann die Komponente (B) auf. Das getrennte Auftragen der beiden Komponenten hat den Vorteil, daß die Komponente (A) in die Substratdecke eindringt, sich dort verankert und beim anschließenden Trocknungsgang einen Film mit weitgehend geschlossenen Poren auf den Fasern der Oberflächenschicht bildet. Es ist aber nach dem Auftrag von (A) dennoch ein problemloses Drucken in schnellaufenden Druckmaschinen und Kleben von Faltschachteln in schnellaufenden Klebemaschinen mit üblichen Klebern möglich.
Die Komponente (A) kann während des Herstellungsprozesses sowohl in der Karton-, Papier- oder Vollpappemaschine unter Verwendung eines dafür geeigneten, üblichen Streich- oder Sprühwerkes oder in einer getrennten Anlage aufgebracht werden. Sie kann auf die Rückseite und/oder Deckseite einer in üblicher Weise dafür präparierten Substratbahn aufgebracht werden.
Zweckmäßigerweise trägt man die Komponente (A) in einer Menge von 6 g/m² bis 15 g/m², insbesondere 10-11 g/m², pro Seite auf.
Es ist bevorzugt, die Komponente (A) in der Regel in einem Arbeitsgang, gegebenenfalls in zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen mit Zwischentrocknung aufzutragen, wobei sich die Auftragsmenge auf bis zu 25 g/m² erhöhen läßt.
Im Anschluß an den Auftrag der Komponente (A) erfolgt, gegebenenfalls nach Zwischentrocknung, der Auftrag der Komponente (B). Die Komponente (B) wird vorzugsweise in einer Menge von 3 g/m² bis 10 g/m², insbesondere 5-6 g/m², pro Seite aufgetragen. Dabei werden gegebenenfalls die Flächenteile für eine spätere teilflächenverbindende Verklebung des Substrates zur Bildung einer verklebten Schachtel in üblicher Weise ausgespart.
Die Komponente (B) kann aber auch in der Karton-, Papier- oder Vollpappeherstellungsmaschine z. B. in einer zusätzlichen Lackier- oder Streichanlage nach Zwischentrocknung aufgetragen werden. Eine Aussparung der Flächenteile für eine teilflächenverbindende Verklebung kann nach dieser Arbeitsmethode nicht erfolgen. Es muß daher, falls die Bildung einer verklebten Schachtel gewünscht ist, bei der weiteren Verarbeitung mit speziellen Klebern gearbeitet werden, welche dem Fachmann bekannt sind.
Gegebenenfalls wird die Komponente (B) in zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen mit Zwischentrocknung unter üblichen Bedingungen aufgetragen, wobei die Auftragsmenge auf 15 g/m² erhöht werden kann.
Durch das Aufbringen der Komponente (B) wird eine Oberfläche mit geschlossenen Poren erreicht, so daß die feuchten bzw. öligen Stoffe des Verpackungsgutes nicht in der Lage sind, in die Verpackung einzudringen oder sie zu durchdringen. In schwierigen Fällen, insbesondere dann, wenn über die Klebestellen bzw. inneren Kanten der Verpackung ein Eindringen von Feuchtigkeit oder Fett bzw. Öl möglich werden kann, wird auch die äußere Fläche der Verpackung zusätzlich mit einem Auftrag der Komponenten (A) und (B) bzw. nur der Komponente (B) versehen. Dies wird insbesondere dann durchgeführt, wenn ohne diesen zusätzlichen Schutz auch ein Eindringen von Feuchtigkeit oder Fett von außen zu befürchten ist, beispielsweise bei Tiefkühlprozessen.
Die erfindungsgemäß ausgerüsteten Verpackungsmaterialien sind voll recyclierfähig und stellen daher eine wesentlich geringere Umweltbelastung dar als mit Fluormaterialien oder Polyethylen beschichtete Verpackungsmaterialien. Hinzu kommt, daß die Kosten geringer sind als diejenigen für eine Verpackung mit einer Extrafolie bzw. oder mit einem mit extrudiertem Polyethylen beschichteten Verpackungsmaterial.
Das nachfolgende Beispiel erläutert die Erfindung.
Beispiel
Man stellt die nachfolgenden drei Komponenten (A) unterschiedlicher Formulierungszusammensetzung her:
Jede dieser Komponenten (A) wird auf ungestrichenen Karton mit einem Flächengewicht von 350 g/m² in einer Menge von 10 g/m² aufgetragen und mittels Warmluft oder IR-Strahlung getrocknet. Anschließend wird die Komponente (B) in Form des Produktes Wikolith MCP 263 in einer Menge von 5 g/m² aufgetragen. Nach Trocknen unter den gleichen Bedingungen wie oben werden die Wasserdampfdurchlässigkeit und die Fettdichte des mit der Komponente (A) (1) erhaltenen Kartons bestimmt. Die Ergebnisse sind zusammen mit den Werten für ungestrichenen Karton, gestrichenen Karton, mit Scotchban behandelten Karton und mit Polyethylen beschichteten Karton in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.
Die Bestimmung der Fettdichte wurde nach dem 3M-Kit-Test wie folgt durchgeführt:
Zur Durchführung des Tests werden die folgenden 12 Testlösungen (Kit-Nr.) folgender Zusammensetzung hergestellt:
Die betreffenden Karton- bzw. Papierbogen (Größe etwa 5 × 5 cm) werden mit der Testfläche nach oben auf eine saubere, glatte Unterlage gelegt. Auf einer Höhe von ca. 2,5 cm gibt man nun einen Tropfen einer Testlösung mittlerer Nummer, z. B. Nr. 7, auf die Testfläche. Beim Auftropfen nimmt man die Zeit und nach 15 Sekunden tupft man die Flüssigkeit ab und untersucht die vorher vom Tropfen bedeckte Fläche. Ist diese aufgrund einer Ölpenetration dunkler als die umgebende Fläche, wiederholt man die Messung mit einer Kit-Lösung niedrigerer Nummer. Falls keine Benetzung erfolgt ist, d. h. wenn die vom Tropfen bedeckte Fläche nicht von der umgebenden Fläche zu unterscheiden ist, wiederholt man die Messung mit einer Kit-Lösung höherer Nummer. Die Bewertung erfolgt durch die Nummer der Kit-Lösung, bei der noch keine Benetzung zu beobachten war, d. h. die höchste Fettdichte liegt bei der Kit-Nummer 12 vor.
Die Recyclierfähigkeit der getesteten Kartons wurde mit Hilfe des folgenden Auflösungsverfahrens bestimmt:
Man zerreißt 16,5 g lufttrockenes Papier in 3 bis 4 cm² große Stücke und weicht diese 2 Minuten in 983,5 ml Wasser ein. Das Einweichen erfolgt in einer Multimix-Vorrichtung (Braun Multimix). Man setzt dann die Mix-Vorrichtung in Gang und entnimmt nach 2 Minuten, 4 Minuten, 5 Minuten und gegebenenfalls nach 10, 15 und 20 Minuten jeweils 165 ml der Suspension und formt daraus jeweils ein Blatt. Die Behandlungszeit in der Mix-Vorrichtung, nach der man eine Suspension erhält, aus der sich ein stippenfreies Blatt formen läßt, wird als Auflösezeit betrachtet. Eine kurze Auflösezeit bedingt eine gute Recycliermöglichkeit. Die Bewertung erfolgt nach folgenden Kriterien:
gute Recycliermöglichkeit: Auflösezeit 2-5 Minuten; ohne Reststoffe
befriedigende Recycliermöglichkeit: Auflösezeit 5-10 Minuten;
schlechte Recycliermöglichkeit: Auflösezeit 10-20 Minuten
Aus der obigen Tabelle ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Kombination der Komponenten (A) und (B) einen synergistischen Effekt hinsichtlich der Wasserdampfdurchlässigkeit und der Fettdichte zur Folge hat, so daß ein erfindungsgemäß behandelter Karton hinsichtlich dieser Eigenschaften vergleichbar ist mit einem mit Polyethylen beschichteten Karton.
Weiter ist aus dieser Tabelle ersichtlich, daß der erfindungs­ gemäß behandelte Karton problemlos einem Recycling zugänglich ist (es ist keine getrennte Altpapiersammlung erforderlich).

Claims (25)

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Karton, Papier oder Vollpappe, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Karton-, Papier- oder Vollpappebahn mit
  • (A) einem elastischen, filmbildenden Polymerisat auf Basis eines Copolymers von Styrol oder einem Derivat davon und Butadien oder einem Derivat davon oder auf Basis eines (Meth)Acrylates oder eines Copolymers davon
und
  • (B) einem einen hydrophoben Film bildenden Copolymer auf Basis von Styrol oder einem Derivat davon und eines (Meth)Acrylats
imprägniert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Copolymer (A) in Form einer weich eingestellten Formulierung verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente (A) einen Füllstoff enthält, der ausgewählt ist unter Kreide, Talkum, einem Silikat, Siliziumdioxid und Aluminiumoxid.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als Acrylatbestandteil im Copolymer (A) oder (B) einen (Meth)Acrylester, ein (Meth)Acrylamid, ein (Meth)Acrylnitril oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren davon verwendet.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Karton-, Papier- oder Vollpappebahn zuerst mit dem Copolymer (A) und dann, gegebenenfalls nach einer Zwischentrocknung, mit dem Copolymer (B) imprägniert.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Copolymer (A) in einer Menge von 6 g/m² bis 15 g/m² aufträgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Copolymer (A) während des Herstellungsprozesses in der Karton-, Papier- oder Vollpappemaschine auf die Rückseite und/oder Deckseite der Karton-, Papier- oder Vollpappebahn aufträgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Copolymer (A) in einer von der Karton-, Papier- oder Pappemaschine getrennten Anlage aufträgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Copolymer (A) in zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen mit Zwischentrocknung aufträgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man das Copolymer (A) in einer Menge von insgesamt bis zu 25 g/m² aufträgt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Copolymer (B) in einer Menge von 3 g/m² bis 10 g/m² pro Seite aufträgt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man das Copolymer (B) in der Karton-, Papier- oder Vollpappeherstellungsmaschine oder in einer davon getrennten Anlage, gegebenenfalls nach Zwischentrocknung, aufträgt.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das Copolymer (B) in zwei aufeinanderfolgenden Arbeitsgängen mit Zwischentrocknung aufträgt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man das Copolymer (B) in einer Menge von insgesamt bis zu 15 g/m² aufträgt.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man Papier mit einem Flächengewicht von 50-230 g/m² oder Karton mit einem Flächengewicht von 150-600 g/m² oder Vollpappe mit einem Flächengewicht von 600-2000 g/m² verwendet.
16. Mittel zur Oberflächenbehandlung von Karton, Papier oder Vollpappe, das in zwei Teilen vorliegt, wobei
  • (A) der eine Teil ein elastisches, filmbildendes Polymerisat auf Basis eines Copolymers von Styrol oder einem Derivat davon und Butadien oder einem Derivat davon,
und
  • (B) der andere Teil ein einen hydrophoben Film bildendes Copolymer auf Basis von Styrol oder einem Derivat davon und eines (Meth)Acrylats,
enthält.
17. Mittel nach Anspruch 16, wobei das Copolymer (A) in Form einer weich eingestellten Formulierung vorliegt.
18. Mittel nach Anspruch 16 oder 17, wobei es sich bei der Acrylatkomponente im Copolymer (A) oder (B) um einen (Meth)Acrylester, ein (Meth)Acrylamid, ein (Meth)Acrylnitril, oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren davon handelt.
19. Mittel nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Komponente (A) mindestens einen Füllstoff und/oder ein Verdickungsmittel und gegebenenfalls weitere übliche Zusätze umfaßt.
20. Mittel nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei der Füllstoff ausgewählt ist unter Kreide, Talkum, einem Silikat, Siliziumdioxid und Aluminiumoxid.
21. Verwendung der wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definierten Komponente (A) und/oder der in einem der Ansprüche 1 und 4 definierten Komponente (B) zur Oberflächenbehandlung von Verpackungsstoffen auf Basis von Holzschliff- und/oder Cellulosefasern, insbesondere Karton, Papier oder Vollpappe.
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