DE60110916T2

DE60110916T2 - Beschichtung für ein substrat und vorrichtung zum aufbringen der beschichtung

Info

Publication number: DE60110916T2
Application number: DE60110916T
Authority: DE
Inventors: Philippe Lebras; Olivier Timbal
Original assignee: Meadwestvaco Packaging Systems LLC
Current assignee: WestRock Packaging Systems LLC
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2021-08-18
Also published as: GB0020279D0; ES2242766T3; EP1311352B1; DE60110916D1; WO2002016050A2; EP1311352A2; AU2001286522A1; WO2002016050A3

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Beschichtung bzw. einen Belag für ein Substrat. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Pappbeschichtung bzw. einen Pappbelag für Nahrungsmittelverpackungen. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen der Beschichtung bzw. des Belags auf ein Substrat.
Wenn Pappschachteln für das Verpacken von Nahrungsmitteln, wie beispielsweise Fertiggerichte oder Fleisch, die Flüssigkeit enthalten, verwendet werden, muss eine Barriere in der Form einer separaten Materialschicht auf die Pappe aufgebracht werden, um sicherzustellen, dass die Pappe selbst so gut wie möglich trocken bleibt und somit ihre mechanische Festigkeit beibehält. Die Barriere stellt außerdem sicher, dass die Flüssigkeit nicht durch die Verpackung durchsickert. Vorzugsweise sollte die Barriere zusätzlich verhältnismäßig undurchdringlich für Luft sein, um das innerhalb der Verpackung enthaltene Fleisch im Wesentlichen daran zu hindern, sich zu verfärben. Ferner sollte die Barriere nicht löslich sein, wenn diese in Berührung mit unterschiedlichsten Lösungsmitteln kommt, farblos sein, im Wesentlichen keinen Geruch aufweisen, einen hohen Reibungskoeffizienten aufweisen und Heißsiegeleigenschaften (hot seal properties) aufweisen.
Häufig wird eine Kunststofffolienschicht auf Pappe extrudiert oder geklebt, um eine wasserfeste oder fettfeste Verpackung herzustellen, und diese kann dazu verwendet werden, vielerlei Nahrungsmittel zu verpacken, die Flüssigkeiten enthalten. Der Extrusionsvorgang stellt das schnellere der zwei Beschichtungsverfahren dar und ist die sauberste Option für die Herstellung großer Mengen, erfordert jedoch große Kapitalausgaben. Das Verfahren ist nur gangbar, wenn der Prozess kontinuierlich durchgeführt wird. Der Klebeprozess ist weniger kostspielig, kann jedoch nur mit einer geringeren Geschwindigkeit durchgeführt werden und ist daher hinsichtlich der Kosten bei der Herstellung großer Mengen nicht effektiv. Bei beiden Verfahren beträgt das spezifische Gewicht der Folie, die aufgebracht wird, im Allgemeinen ungefähr 20 g/m². Die verwendete Folie ist nicht biologisch abbaubar und schwierig zu recyceln bzw. wiederzuverwerten, da, sobald die Folie an der Pappe anhaftet, es schwierig ist, die Folie wieder von der Pappe zu trennen.
Zusätzlich sind mehrere Schichten, die als eine Flüssigkeit aufgebracht werden, für die Verwendung bei Anwendungen vorgeschlagen worden, bei denen diese mit Nahrungsmitteln in Berührung kommen. Die US-PS 5,776,619 (Shanton) beschreibt eine Pappschicht zur Verwendung beim Ausbilden fester Nahrungsmittelbehälter. Die Schicht umfasst eine Bodenbeschichtung, die ein Styrolacrylpolymerlatex und -Pigment umfasst, das direkt auf die Pappe aufgebracht wird, sowie eine Deckenbeschichtung, die ein Styrolacrylpolymerlatex und -Pigment umfasst, das auf die Bodenbeschichtung aufgebracht wird. Die Lage strebt danach, die Fett-, Öl- und Schneide-Widerstandsfähigkeit zu verbessern und die Druckqualitäten zu erhöhen.
Die US 4,097,297 (Keene) beschreibt einen Nitrocelluloselack, der entweder auf eine tonbeschichtete oder auf eine nichttonbeschichtete Pappseite aufgebracht werden kann. Um die Wasser- und Ölabweisung zu verbessern, wird ein fluorchemischer Oberflächenspannungs-Modifikator zu dem Lack hinzugefügt.
WO-A-98/24557 beschreibt ferner eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung bzw. eines Belags auf ein Substrat, wobei ein Zylinder in der Form einer rotierbaren Walze oder einer Bemessungswalze bereitgestellt ist, auf den eine flüssige Emulsion der Beschichtung bzw. des Belags aufgebracht wird, wobei ein Abstreicher zum Entfernen überschüssiger Beschichtung bzw. überschüssigen Belags von dem Zylinder ebenso wie ein zweiter Zylinder in Kontakt mit dem ersten Zylinder bereitgestellt wird, der derart angeordnet ist, die Beschichtung bzw. den Belag von dem ersten Zylinder auf das Substrat zu überführen. Bei dieser bekannten Anordnung umfasst der Abstreicher ein Abstreicher-Blatt und ein Beschichtungs-Reservoir, wobei im Betrieb ein minimaler Druck auf den elektrischen Stahlstreifen aufgebracht wird, der beschichtet werden soll, um alle Oberflächenunregelmäßigkeiten von diesem zu entfernen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung strebt danach die vorstehenden Kriterien zu erfüllen und die dem Stand der Technik anhaftenden Probleme zu überwinden oder wenigstens zu mildern.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung bzw. eines Belags auf ein Substrat bereitgestellt, wobei die Vorrichtung einen ersten Zylinder umfasst, auf den eine flüssige Emulsion des Belags aufgebracht wird, einen Abstreicher zum Entfernen überschüssiger Beschichtung bzw. überschüssigen Belags von dem Zylinder, und einen zweiten Zylinder, der in Kontakt mit dem ersten Zylinder steht und derart angeordnet ist, dass die Beschichtung bzw. der Belag von dem ersten Zylinder auf das Substrat überführt wird, wobei der Abstreicher zwei gegenüberliegend angeordnete Abstreicher-Blätter sowie ein Beschichtungs-Reservoir umfasst, wobei ein hinreichender Druck auf das Substrat aufgebracht wird, um das Substrat zu komprimieren, um so die Dicke der Beschichtung und damit das Gewicht der Beschichtung zu reduzieren, das letztendlich auf das Substrat aufgebracht wird.
Vorzugsweise wird Druck auf das Substrat aufgebracht, um so das Substrat um etwa 0,05 bis 0,1 mm bei Arbeitsgeschwindigkeit zu komprimieren.
Gemäß einem optionalen Merkmal des ersten Aspekts der Erfindung handelt es sich bei der Vorrichtung um eine Flexodruck-Vorrichtung.
Gemäß einem optionalen Merkmal des ersten Aspekts der Erfindung ist der zweite Zylinder nachgebend bzw. elastisch. Vorzugsweise kann der zweite Zylinder aus EPDM oder einem photopolymeren Flexodruck-Blatt hergestellt sein.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung bzw. eines Belags auf ein Substrat unter Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 bereit, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

i) Aufbringen einer flüssigen Emulsion der Beschichtung bzw. des Belags auf einen ersten Zylinder einer Vorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung bzw. eines Belags aus einem Beschichtungs-Reservoir,
ii) Entfernen überschüssiger Beschichtung bzw. überschüssigen Belags von dem ersten Zylinder unter Verwendung eines Abstreicher-Blattes das dem Beschichtungs-Reservoir zugeordnet ist,
iii) Überführen der Beschichtung bzw. des Belags auf einen zweiten Zylinder, der in Kontakt mit dem ersten Zylinder steht, und
iv) Überführen der Beschichtung bzw. des Belags auf ein Substrat, das in Kontakt mit dem zweiten Zylinder steht.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem ersten Zylinder der Vorrichtung um einen Waben-Keramikzylinder.
Weiter bevorzugt kann das Verfahren ferner den Schritt des Trocknens der Beschichtung bzw. des Belags unter Verwendung eines Heizsystems umfassen.
Weiter bevorzugt kann das Verfahren ferner den Schritt des Aufbringens von Druck auf das Substrat umfassen, um das Substrat bei Arbeitsgeschwindigkeit um ungefähr 0,05 bis 0,1 mm zu komprimieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung zum Aufbringen der Beschichtung bzw. des Belags auf Pappe, wobei das Reservoir dargestellt ist.
2 zeigt einen Seitenaufriss des Abstreichers und der Abstreicher-Blätter.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Abstreichers von einem Ende.
4 zeigt eine Ansicht des Abstreichers, die die Einlass- und Auslassleitungen für die flüssige Beschichtung bzw. den flüssigen Belag darstellt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Im Allgemeinen sind bekannte Belege bzw. Beschichtungen, die in Kontakt mit feuchten Nahrungsmitteln, wie beispielsweise Fleisch und Fertiggerichte, verwendet werden können, gegenüber Wasser unzureichend widerstandsfähig, was dazu führt, dass die Nahrungsmittel an der Pappe anhaften, was zu einem Reißen der Pappe und wahrscheinlich zu einer unansehnlichen Entfärbung bzw. Verfärbung der Pappe führt. Aufgrund umfangreicher Untersuchungen und Experimente ist eine Beschichtung bzw. ein Belag gefunden worden, der für den direkten Kontakt mit Nahrungsmitteln genehmigt worden ist und ein ISEGA-Konformitätszertifikat erhalten hat, Empfehlung XXXV BgVV für Kontakt mit feuchten, trockenen und fettigen Nahrungsmitteln. Insbesondere ist die französische Genehmigung DGCCRF (Direction Generale de la Consommation, de la Concurrence et de la Repression des Fraudes) erteilt worden, so dass die Zusammensetzung mit der Resolution (96) 5 des Europäischen Rats in Einklang ist. Die DGCCRF wiederum steht in Einklang mit den EU-Richtlinien 82/711, 93-8, 90-128, 92-39, 85-572 und den Modifikationen von 82/711 durch 97/48/CE, die am 29. Juli 1997 implementiert worden sind. Ferner befinden sich alle Verbindungen, die den Belag bzw. die Beschichtung umfassen, auf den momentanen positiven nicht-toxischen EU-Listen und insbesondere der Resolution AP96/5 ("Surface coatings intended to come into contact with foodstuffs") des Europäischen Rats, die vom Ministerrat am 2. Oktober 1996 angenommen worden ist.
Als Teil des Genehmigungsverfahrens wurden Migrationsuntersuchungen der Beschichtung bzw. des Belags in Nahrungsmitteln durchgeführt (wie dies mittels einer Reihe von Lösungsmitteln, wie beispielsweise destilliertes Wasser, apolares Isooctan und polares Ethanol simuliert worden ist). Die maximal erlaubbare Migration für jedes Lösungsmittel beträgt 10 mg/dm² oder 60 mg/kg Nahrungsmittel über einen siebentägigen Berührungszeitraum.
Die Ergebnisse der Untersuchungen von Schalen, die aus beschichteter Pappe bestehen, sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst:
Der nächste Schritt der Prozedur zum Testen der Beschichtungszusammensetzung bzw. Belagszusammensetzung war die Durchführung von Geruchstests, um sicherzustellen, dass Gerüche von der Beschichtung bzw. dem Belag nicht die Nahrungsmittel verderben, mit denen diese in Berührung kommen. Das durchgeführte Verfahren ist in Übereinstimmung mit dem französischen Standard AFNOR XPV 09-0009 (September 1995) mit dem Titel "Method of evaluating foreign bodies migrating from packaging into foodstuffs" und NF V 09-013 (Juli 1983) "Sensorial analysis-triangular methodology test" (äquivalent zu ISO 4120). Der Test wird folgendermaßen durchgeführt: Butter (die aufgrund der Leichtigkeit verwendet wird, mit der diese verdorben wird und Gerüche zurückhält) wird in Berührung mit der beschichteten Pappe für einen vorbestimmten Zeitraum von 48 Stunden bei 10°C angeordnet. Zwei Proben ausgesetzter Butter und eine zusätzliche Kontrollprobe werden bei einem Geschmacksgremium eingereicht und wenn mehr als ein Mitglied der drei Gremiumsmitglieder die Kontrollbutter bei mehreren statistisch signifikanten Tests finden, dann ist das Testergebnis negativ. Eine Beschichtungszusammensetzung bzw. Belagszusammensetzung ist gefunden worden, die diesen Test besteht.
Ein freiwilliger letzter Schritt der Prozedur ist der spezifische Migrationstest, bei dem spezifische Monomere und Katalysatoren, die in dem Belag bzw. in der Beschichtung verwendet werden, unter Verwendung eines Gaschromatographen einem Migrationstest unterzogen werden. Dieser Test ist insbesondere dafür entwickelt worden, um eine Migration in Fleisch zu untersuchen.
Der Zusammensetzungsprozess hat zu einer Acrylbeschichtungszusammensetzung geführt (die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist). Ein Beispiel dafür ist eine Emulsion von Öl in Wasser. Die Emulsion umfasst eine flüssige disperse Phase und eine kontinuierliche flüssige Phase. Die flüssige disperse Phase umfasst Epoxid-PE-Wachs mit einer 5%igen Konzentration, um die Fettbarriereneigenschaften bereitzustellen. Die Zusammensetzung umfasst ferner ein Wachs-Dispergiermittel und vorzugsweise einen Oberflächenspannungs-Modifikator, um das Überführen des Belags bzw. der Beschichtung von den Zylindern auf das Papier zu fördern, indem die Oberflächenspannung auf weniger als 36 bis 40 dynes/cm abgesenkt wird (die Oberflächenspannung der Pappe), sowie ein Antischaummittel. In diesem Beispiel weist die Zusammensetzung eine Oberflächenspannung von 32 dynes/cm auf.
Ein zweites Beispiel kommt ohne das Epoxid-PE-Wachs aus, um eine vollständig auf Wasser basierende Lösung der Beschichtung bzw. des Belags ohne das PE-Wachs auszubilden.
Die Beschichtung bzw. der Belag weist eine exzellente Wasserwiderstandsfähigkeit (Cobb-Test: <= 1 g/m² passieren nach einer Minute und <= 5 g /m² passieren nach 30 Minuten) und Fettwiderstandsfähigkeit mit einer niedrigen Permeabilität und niedrigen Gesamtmigrations-Eigenschaften auf. Ein weiterer Vorteil der Beschichtung besteht darin, dass diese eine Sauerstoffbarriere ist, um die Haltbarkeit der Nahrungsmittel zu verlängern, die in der Verpackung enthalten sind.
Ferner ist die Beschichtung bzw. der Belag im Wesentlichen nicht anhaftend und farblos, hinsichtlich einer Vielzahl von unterschiedlichen, getesteten Lösungsmitteln unlöslich, weist kaum Geruch auf und ist nicht delaminierend bzw. aufblätternd, weist jedoch eine geringe relative Anhaftung gegenüber Nahrungsmitteln, wie beispielsweise Truthahn, auf. Dies kann durch die Hinzufügung eines Blockiermittels zu der Zusammensetzung erreicht werden. Eine geringe Anhaftung ist insofern vorteilhaft, als diese es erlaubt, dass Schachteln, die aus der beschichteten Pappe hergestellt sind und Nahrungsmittel enthalten, auf Regalen angeordnet werden können, die hinsichtlich des Erwerbers der Nahrungsmittel gewinkelt angeordnet sind, während die Nahrungsmittel in einer gewünschten Position innerhalb der Schachtel beibehalten werden. Dies wiederum steigert die Präsentation und die Verkaufsfähigkeit der Nahrungsmittel.
Die Beschichtung ist ferner vorteilhafterweise mittels Wärme abdichtbar bzw. versiegelbar. Eine Abdichtung bzw. Versiegelung zwischen Beschichtung und Beschichtung kann bei einer Temperatur von 150°C und einem Druck von 2 bar in 2 Sekunden erreicht werden. Für eine Abdichtung zwischen Beschichtung und Pappe sollte eine Temperatur von 160°C und ein Druck von 3 bar über einen Zeitraum von 5 Sekunden aufrecht erhalten werden. Die Tatsache, dass jedweder Versuch, Pappe zu zerreißen, die unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Beschichtung beschichtet ist, zu einer Delaminierung bzw. einem Aufblättern der Pappe führt, zeigt an, dass eine gute Abdichtung bzw. Versiegelung erreicht worden ist.
In einer Klasse von Ausführungsformen wird die Beschichtung teilweise von dem Substrat, wie beispielsweise der beschichteten Pappe, absorbiert.
In 1 ist eine Vorrichtung 10 zum Aufbringen eines Belags bzw. einer Beschichtung auf ein Substrat, wie beispielsweise Pappe 20, unter Verwendung eines Flexodruck-Prozesses gezeigt. Eine flüssige Emulsion oder Lösung der Beschichtung bzw. des Belags wird auf die Oberfläche eines Auftragszylinders (anilox cylinder) 12 aufgebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform erlaubt ein keramischer Wabenzylinder (ceramic honeycomb cylinder), dass eine genaue Menge der Beschichtung bzw. des Belags zu dem Gummizylinder (blanket cylinder) 16 überführt wird. Die Waben weisen vorzugsweise eine Tiefe von 35 μm auf, wobei 90 Zellen pro linearem Zentimeter vorhanden sind, was zu einer effektiven Kapazität von 11–14 cm³/m² führt. Bei der bevorzugten Beschichtung bzw. dem bevorzugten Belag werden 6 g/m² in einem Durchgang mit einem Gravurwinkel (engraving angle) von 60° überführt (40% des theoretischen Volumens). Dieser Typ eines Auftragszylinders 12 wird verwendet, da dies ermöglicht, dass eine größere Menge der Beschichtung bzw. des Belags von dem Zylinder getragen wird. Ein Abstreicher 14 entfernt jedweden überschüssigen Belag bzw. jedwede überschüssige Beschichtung, bevor die Beschichtung bzw. der Belag von dem Auftragszylinder 12 zu dem Gummizylinder 16 überführt wird. Der Zylinder 16 besteht vorzugsweise aus einem nachgebenden bzw. elastischen Material, wie beispielsweise Butyl, EPDM (Ethylenpropylendienmethylen), Nitrilkautschuk oder Silikonkautschuk. Vorzugsweise wird jedoch ein photopolymerer Flexodruck-Bogen des EPDM-Typs oder eines Cyrel^®TM-Typs mit einer Festigkeit von ungefähr 50 bis 80° Shore verwendet.
Insbesondere in den 2, 3 und 4 ist der Abstreicher detaillierter dargestellt. Wie sich 2 entnehmen lässt, umfasst der Abstreicher 14 obere und untere Abstreicher-Blätter 28 und 30, die auf einem Beschichtungs-Reservoirabschnitt 32 angebracht sind. Der Abstreicher 14 ist in dieser Ausführungsform hinsichtlich des Auftragszylinders 12 mittels eines Paares von Lokalisierungslöchern 40a und 40b verstellbar angebracht, die entsprechende Finger (nicht gezeigt) in Eingriff nehmen, die auf einem Rahmen bereitgestellt sind, der die Zylinder trägt. Verstellmittel zum Verstellen der Position des Abstreichers hinsichtlich des Zylinders 12 sind bereitgestellt. In dieser Ausführungsform ist ein Paar von Druckverstellschrauben (pressure adjusting screws) 36a und 36b bereitgestellt.
Ein Erhöhen des Drucks zwischen den Abstreicher-Blättern 28, 30 und dem Auftragszylinder 12 vermindert die Dicke der Beschichtung, die auf den Auftragszylinder 12 aufgebracht wird, und somit das Gewicht der Beschichtung, das schließlich auf die Pappe 20 aufgebracht wird. Die Schrauben können in Verbindung mit Druckmessern verwendet werden, die derart kalibriert sind, dass Schraubenverstellungen direkt mit der Dicke der aufzubringenden Beschichtung in Beziehung gesetzt werden können. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren zum Aufbringen von Druck als Teil eines gesamten Steuersystems für die Vorrichtung (nicht gezeigt) automatisiert.
Den 2 und 3 lässt sich ferner entnehmen, dass geeignete Abdichtungsmittel, z.B. elastische Abdichtungen 34a und 34b, die aus Gummi oder vergleichbaren Materialien bestehen, an jedem Ende des Reservoirs 32 bereitgestellt sind, um eine Beschichtungsleckage zu vermeiden oder wenigstens im Wesentlichen auf ein Mindestmaß zu beschränken.
In 4 ist eine Rückansicht des Abstreichers 14 gezeigt, wobei die Einspeisungsöffnungen 38a und 38b und die Ausspeisungsöffnung 42 für die flüssige Beschichtung bzw. den flüssigen Belag ersichtlich sind. In dieser Ausführungsform führen Leitungen (nicht gezeigt) die flüssige Beschichtung bzw, den flüssigen Belag in das Reservoir 32 an jedem Ende davon, und zwar vorzugsweise mittels einer peristaltischen Pumpe bzw. einer Schlauchradpumpe. Jedweder überschüssiger Belag bzw. jedwede überschüssige Beschichtung tritt dann in dem Zentrum durch die Auslassöffnung 42 aus dem Reservoir aus und wird recycelt bzw. wiederverwertet. Ein geschlossenes oder ein offenes Beschichtungszuführkreislaufsystem kann verwendet werden. Es wird bevorzugt, dass ein geschlossenes System verwendet wird, da dieses im Wesentlichen den Kontakt zwischen der Beschichtung und der Atmosphäre verhindert.
Wie sich wiederum 1 entnehmen lässt, ist der Auftragszylinder 12 angeordnet, in Berührung mit dem Gummizylinder 16 zu stehen, wobei dessen Rotation die Beschichtung bzw. den Belag von dem Auftragszylinder 12 auf den Gummizylinder 16 überführt. Die Dicke der Beschichtung bzw. des Belags wird verstellt, indem die Geschwindigkeit des Auftragszylinders oder des Gummizylinders relativ zueinander geändert wird. Eine Steuereinheit wird verwendet, um die Rotationsgeschwindigkeiten von jedem Zylinder zu steuern. Die Lineargeschwindigkeit des Auftragszylinders 12 ist vorzugsweise 1,05- bis 1,10mal größer als die Lineargeschwindigkeit des Gummizylinders 16. Dies ermöglicht, dass eine dicke Schicht des Belags bzw. der Beschichtung gleichmäßiger auf die Pappe 20 aufgebracht wird. Pappe, entweder in der Form eines kontinuierlichen Bogens oder, wie gezeigt, als einzelne Stücke 20, wird über einen ersten Fördergurt 22 in die Vorrichtung eingebracht, der mit der selben Lineargeschwindigkeit wie der Gummizylinder 16 betrieben wird. Eine Kraft wird durch die Vorrichtung auf den Auftragszylinder 12 in einer Richtung X aufgebracht, wobei die Belastung über den Gummizylinder 16 übertragen wird, so dass die Pappe 20 üblicherweise bei normaler Arbeitsgeschwindigkeit ungefähr 0,05 bis 0,1 mm komprimiert wird und die Beschichtung bzw. der Belag auf die Pappe 20 überführt wird, und zwar in größeren Mengen als dies mittels eines Offset-Prozesses möglich wäre. Die vorstehend beschriebene Anordnung stellt sicher, dass eine gleichmäßige Schicht der flüssigen Emulsion auf die Pappe 20 aufgebracht wird. Eine Druckwalze (impression roller) 18 ist unterhalb der Pappe 20 bereitgestellt, um die Pappe entlang des Gummizylinders zu führen. Wo es erforderlich ist, dass Bereiche der Pappe nicht bedruckt werden, können Abschnitte des Gummizylinders 16 mit Aussparungen versehen sein, um nicht die Beschichtung bzw. den Belag von dem Auftragszylinder 12 aufzunehmen.
Die beschichtete Pappe wird sodann vorzugsweise durch ein zweites Förderband 24 zu einer Heizeinrichtung 26 in Richtung Y überführt. Dies stellt sicher, dass die Beschichtung bzw. der Belag trocken ist, bevor die Pappe 20 weiterverarbeitet oder gelagert wird. Ein besonders bevorzugtes Heizsystem umfasst einen Strom heißer Luft bei einer Temperatur von ungefähr 180°C, der zusätzlich zu Infrarotstrahlung über einen Zeitraum von wenigstens 2 Sekunden verwendet wird. Es wird bevorzugt, dass die Temperatur auf dem Trägerförderband 24 wenigstens 85°C erreicht. In einer besonders bevorzugten Anordnung werden vier 6 kW-Infrarotlampen (nicht gezeigt) verwendet, die Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 500 nm bis 2000 nm emittieren, um eine gute Beschichtungsoberfläche bereitzustellen, während "Orangenhauteffekte" vermieden werden. Eine lange Trockenstation kann verwendet werden, um ein Versetzen (off-setting) zu vermeiden, da somit eine ausreichende Zeit dafür bereitgestellt wird, dass die Beschichtung bzw. der Belag trocknen kann, bevor die Pappe 20 gestapelt oder aufgerollt wird.
Die Beschichtung bzw. der Belag wird teilweise in der Pappe absorbiert, wobei der Rest eine Schicht auf der Oberfläche davon ausbildet. Der Grad der Absorption hängt neben anderen Faktoren von den Eigenschaften der Pappe und dem Intervall zwischen dem Aufbringen der Beschichtung bzw. des Belags und dem Einbringen der Pappe in die Heizeinrichtung 26 ab.
Um sicherzustellen, dass eine hinreichend dicke und gleichmäßige Schicht des Belags bzw. der Beschichtung auf einer Oberfläche der Pappe 20 bereitgestellt wird, wird in einigen Klassen von Ausführungsformen vorteilhafterweise eine zweite Beschichtung bzw. ein zweiter Belag auf die Pappe mittels einer Vorrichtung aufgebracht, die der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ähnelt. Somit kann eine dickere Beschichtung bzw. ein dickerer Belag, beispielsweise 9 g/m², erhalten werden. Bei bestimmten Klassen von Ausführungsformen weist die zweite Lage andere Eigenschaften als die erste Lage auf, und die zwei Lagen weisen komplementäre Eigenschaften auf, um das erwünschte Ergebnis zu erzielen. Beispielsweise kann die erste Lage ein Pigment enthalten.
Damit die beschichtete Pappe als biologisch abbaubares "Monomaterial" gemäß den deutschen Standards (Töpfer-Verordnung und die Verpackungs-Verordnung) gilt, muss die Beschichtung weniger als 5% des Gewichts der Pappe ausmachen. Daher muss für eine Standardpappe mit 300 g/m² das Gewicht der Beschichtung kleiner als 15 g/m² sein. Damit die fertige Pappe recycelbar ist, ist es ferner notwendig, dass das Gewicht der Beschichtung bzw. des Belags weniger als 10 g/m² beträgt. Das bevorzugte Gesamtgewicht des Belags bzw. der Beschichtung, das durch die vorstehend beschriebene Vorrichtung aufgebracht wird, beträgt jedoch zwischen 6 und 7 g/m² im trockenen Zustand.
Je nach der tatsächlichen Ausgestaltung der Vorrichtung und den Eigenschaften des Belags bzw. der Beschichtung kann in anderen Klassen von Ausführungsformen ein einzelner Durchgang mit einer längeren Trockenzeit ausreichend sein. Die Chancen, ein Gewicht des Belags bzw. der Beschichtung von 6 bis 7 g/m² in einem einzelnen Durchgang zu erreichen, werden vergrößert, wenn der keramische "Waben"-Auftragszylinder 12 verwendet wird.
Somit wird ein recycelfähiges beschichtetes Substrat bereitgestellt, das wieder zerfasert werden kann. Die Beschichtung bzw. der Belag liegt in dem Bereich von 3 bis 10 g/m² und umfasst eine oder mehrere Beschichtungen oder Beläge, die eine kontinuierliche, wasserfeste Beschichtung ohne Randblasen ausbilden.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung ist im Allgemeinen dazu fähig, 130 bis 150 m von Pappe pro Minute mittels des vorstehend beschriebenen, kontinuierlichen Aufbringprozesses zu beschichten. Nach der Beschichtung wird die Pappe geschnitten, gefaltet und geklebt, wie dies erforderlich ist. Wenn eine aseptische Verpackung benötigt wird, kann die Pappe sodann mit einer Wasserstoffperoxidlösung oder anderen geeigneten antimikrobiellen Mitteln behandelt werden.
Es sollte erkannt werden, dass zahlreiche Änderungen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung vorgenommen werden können, der in den anhängenden Ansprüchen definiert ist. Beispielsweise können alternative Substrate, wie beispielsweise kaschierte Pappe oder Papier, verwendet werden.

Claims

Vorrichtung (10) zum Aufbringen einer Beschichtung auf ein Substrat, wobei die Vorrichtung einen ersten Zylinder (12) umfasst, auf den eine flüssige Emulsion der Beschichtung aufgebracht wird, einen Abstreicher zum Entfernen überschüssiger Beschichtung von dem Zylinder (12), einen zweiten Zylinder (16), der in Kontakt mit dem ersten Zylinder (12) steht und derart angeordnet ist, dass die Beschichtung von dem ersten Zylinder auf das Substrat überführt wird, wobei der Abstreicher (14) zwei gegenüberliegend angeordnete Abstreicher-Blätter (28, 30) umfasst, ferner ein Beschichtungs-Reservoir (32), wobei hinreichender Druck auf das Substrat aufgebracht wird, um das Substrat zu komprimieren, um so die Dicke der Beschichtung und damit das Gewicht der Beschichtung zu reduzieren, das letztendlich auf das Substrat aufgebracht wird.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung eine Flexodruck-Vorrichtung ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Zylinder (16) nachgebend ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der zweite Zylinder (16) aus EPDM oder einem photopolymeren Flexodruck-Blatt hergestellt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Zylinder (12) ein Waben-Keramikzylinder ist.
Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung auf ein Substrat unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: i) Aufbringen einer flüssigen Emulsion der Beschichtung auf einen ersten Zylinder (12) einer Vorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung aus einem Beschichtungs-Reservoir (32), ii) Entfernen überschüssiger Beschichtung von dem ersten Zylinder (12) durch Verwenden der Abstreicher-Blätter (28, 30) des Abstreichers (14), der dem Beschichtungs-Reservoir (32) zugeordnet ist, iii) Überführen der Beschichtung auf einen zweiten Zylinder (16), der in Kontakt mit dem ersten Zylinder (12) steht, und iv) Überführen der Beschichtung auf ein Substrat, das in Kontakt mit dem zweiten Zylinder (16) steht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei Druck auf das Substrat aufgebracht wird, um so das Substrat um etwa 0,05–0,1 mm bei Arbeitsgeschwindigkeit zu komprimieren.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, das weiterhin den Schritt des Trocknens der Beschichtung unter Verwendung eines Heizsystems (26) umfasst.