DE69531658T2

DE69531658T2 - Verwendung eines gestrichenen Papiers oder einer gestrichenen Pappe als recyclingfähiger und repulpierbarer Rieseinschlag

Info

Publication number: DE69531658T2
Application number: DE1995631658
Authority: DE
Inventors: William A. Warwick Wittosch; David J. Erie Romanowicz; Bruce Poughkeepsi Rose; James R. Greenwood Lake Quick; Gene W. Tuxedo Park Bartholomew; Donna J. Middletown Wenzel; Morton S. Claryville Delozier; Maxine Highland Mills Klass-Hoffman
Original assignee: International Paper Co
Current assignee: Coating Excellence International LLC
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1995-12-09
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2015-12-10
Also published as: US6548120B1; EP0718437A1; US5989724A; EP0718437B1; DE69531658D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Verwendung von wiederverwertbarem und wiederaufschließbarem, beschichteten Papier und von wiederverwertbarer und wiederaufschließbarer, beschichteter Pappe als Rieseinschlagpapier, das Wasserbeständigkeit, Fettbeständigkeit und Feuchtigkeitsdampf-Sperrschicht-Eigenschaften hat. Das Rieseinschlagpapier umfasst ein Substrat, das auf wenigstens einer Fläche mit einer Grundschicht und wenigstens einer zusätzlichen Schicht über der Grundschicht beschichtet ist, die beide als wachsfreie, polymere Dispersionen auf wässriger Basis aufgetragen werden. Die Dispersionsbeschichtungen auf wässriger Basis werden leichter wieder aufgeschlossen und wiederverwertet als konventionelle Polyethylen- oder Wachsbeschichtungen.
Hintergrund der Erfindung
Polyethylenfolien und Wachsbeschichtungen, die im Allgemeinen auf Papier laminiert oder aufgetragen werden, werden in großem Maße bei Verpackungsanwendungen verwendet, um Produkte vor Feuchtigkeit zu schützen und um Wasserbeständigkeit oder Fettbeständigkeit bereitzustellen. Die Wiederverwertung von Verpackungen, die Polyethylenfolien und Wachsbeschichtungen enthalten, ist jedoch begrenzt und kostspielig, da für das Wiederaufschließen spezielle Gerätschaften notwendig sind, und verschiedene Verfahrensschritte erforderlich sind, bevor eine solche Aufschlämmung in einen Recyclingstrom zusammen mit Büroabfallpapier eintreten kann. Zusätzlich dazu werden Polyethylenfolien und einige Wachsbeschichtungen nicht abgebaut, wenn die Verpackung kompostiert wird. Diese Probleme werden bei speziellen Verpackungsanwendungsbereichen angetrof fen, z. B. wenn solche Beschichtungen zur Herstellung von Rieseinschlagpapier verwendet werden.
Herkömmliche Rieseinschlagpapiere sind typischerweise ein mehrschichtiges Produkt, das eine mittlere Polyethylenschicht zwischen zwei Papierschichten aufweist. Polyethylen wird bei Rieseinschlagpapieren verwendet, um eine wirksame Sperrschicht gegenüber Wasserdampf (Feuchtigkeit) bereitzustellen, der eine Kräuselung des Papiers bewirken kann, was Zuführungsfehler und Blockierungen in Kopiermaschinen oder Druckpressen ergibt. Diese mehrschichtigen Kunststofffolien-Rieseinschlagpapiere können nicht leicht wiederverwertet werden. Mülldeponien und Müllverbrennungsanlagen sind die üblichen Wege, um Polyethylen-Verpackungsmaterialien zu entsorgen. Alternativ dazu sind andere Beschichtungen und Beschichtungssysteme bekannt, die kein Polyethylen enthalten, aber den Feuchtigkeitsbeständigkeitsgrad bereitstellen, der für Rieseinschlagpapier notwendig ist. Z. B. offenbart U5-A-4,117,199 an Gotoh et al. ein wiederaufschließbares beschichtetes Papier, das einen synthetischen Kautschuklatex und eine Wachsemulsion enthält. Beschichtungen wie Vapo-Stop, hergestellt von Cham-Tenero Paper Mills, Inc., Cham, Schweiz schließt ein Styrol-Butadien-Polymer, Wachs und Acrylpolymer-Komponenten ein, die beschichteten Substraten eine Feuchtigkeitsbeständigkeit verleihen. Diese Systeme enthalten jedoch eine hohe Wachsbeschickung, wodurch die Formulierung für ein Recycling als Büroabfall und ein Wiederaufschließen zur Herstellung von weißem Papier unannehmbar wird.
Somit wäre es erwünscht, eine Alternative für konventionelle Polyethylenfolien und Beschichtungen, die Wachs enthalten, zu finden, welche vergleichbare Feuchtigkeitssperrschicht-Eigenschaften hat, aber auch den zusätzlichen Vorteil der Wiederverwertbarkeit und der Wiederaufschließbarkeit aufweist.
EP-A-0375924 offenbart wiederverwertbare Papiere, die wenigstens zwei übereinander angeordnete Schichten aufweisen, die sich von wässrigen Dispersionen von Polyvinylidenchlorid, Polyvinylacetat usw. ableiten, welche das beschichtete Papier gegenüber Wasserdampf widerstandsfähig machen.
US-A-2,392,972 an Cheyney offenbart die Oberflächenbehandlung von Papier mit einer Beschichtung von Vinylidenchlorid-Vinylchlorid-Copolymeren, um ein beschichtetes Papier herzustellen, das gegenüber der Durchlässigkeit von Wasserdampf beständig ist. Andere repräsentative Patente, welche die Verwendung von Polyvinylidenchlorid als Mittel beschreiben, um Papier Wasserdampfbeständigkeit zu verleihen, schließen die folgenden ein: US-A-3,476,587 an Demol et al., das Zusammensetzungen offenbart, umfassend zwei Vinylidenchlorid-Copolymere – von denen das eine hart ist, das andere weich ist -, um ein Substrat wasserundurchlässig zu machen, und US-A-3,423,232 an Reinhard et al., das die Beschichtung von flachen Substraten mit wässrigen Dispersionen offenbart, die 80–98% Vinylidenchlorid-Polymere als Unterschicht und Oberschicht einschließen.
US-A-3,306,766 an Hathaway et al. offenbart ein harzbeschichtetes Verpackungsprodukt, vorzugsweise eine Folie auf Papierbasis, deren freigelegte Oberfläche mit einem Halogenethylen-Polymerharz wie Saran beschichtet ist und das eine intermediäre flexible Basisbeschichtung aus extrudiertem Ethylen-Niederalkylacrylat-Copolymerharz aufweist. Die Halogenethylen-Polymerharze, z. B. Saran, sind gegenüber dem Durchgang von Wasserdampf beständig und schließen wenigstens 60 Gew.-% Polyvinylidenchlorid-Harze ein.
Aus dem oben erwähnten Stand der Technik ist ersichtlich, dass Beschichtungen, die Vinylidenchlorid-Copolymere einschließen, um eine Feuchtigkeitssperrschicht bereitzustellen, bekannt sind, jedoch wird gemäß dem Stand der Technik kein Verfahren zum direkten Auftragen dieser Beschichtungen auf ein poröses Substrat bereitgestellt. Es wäre wünschenswert, einen Vorteil gegenüber bekannten Anwendungen zu erreichen, indem man wachsfreie, wässrige Beschichtungen bereitstellt, die direkt auf eine Substratoberfläche aufgetragen werden, um Wasser- und Wasserdampfbeständigkeitseigenschaften zu verleihen, die mit denen von herkömmlichen Polyethylen- oder Wachsbeschichtungen vergleichbar sind, die aber leichter wiederaufgeschlossen und wiederverwertet werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Bereitstellung solcher wiederverwertbaren und wiederaufschließbaren Beschichtungen, um ein be schichtetes Papierprodukt herzustellen, das als Rieseinschlagpapier verwendet werden kann. Die Beschichtungen auf wässriger Basis der Erfindung stellen eine Alternative zu konventionellen Polyethylen-Beschichtungen und Wachs-Beschichtungen und einen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik bereit, da das beschichtete Papier ohne spezielle Flotationsgerätschaften leicht wiederaufgeschlossen werden kann, die notwendig sind, wenn eine Polyethylenfolie wiederaufgeschlossen wird. Die Beschichtungen auf wässriger Basis dispergieren in Wasser, wodurch es ermöglicht wird, dass die Papierfasern leicht für eine Wiederverwendung zurückgewonnen werden. Die erfindungsgemäßen Beschichtungen werden im Gegensatz zu Wachs-Beschichtungen zusammen mit Büroabfallpapier wiederaufgeschlossen und wiederverwertet, um ein weißes Papier hoher Qualität herzustellen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen wiederverwertbaren und wiederaufschließbaren Papierrohstoff zur Verwendung als Rieseinschlagpapier bereitzustellen, der Wasserbeständigkeit, Fettbeständigkeit und Feuchtigkeitssperrschicht-Eigenschaften aufweist und ohne Abhängigkeit von speziellen Wiederaufschlussgerätschaften leicht wiederverwertet wird.
Offenbarung der Erfindung
Im Einzelnen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung eines wiederverwertbaren und wiederaufschließbaren beschichteten Papiers oder einer wiederverwertbaren und wiederaufschließbaren beschichteten Pappe, die auf wenigstens einer Fläche mit einer Grundschicht als Rieseinschlagpapier und wenigstens einer zusätzlichen Schicht über der Grundschicht beschichtet sind, wobei die Grundschicht und die zusätzliche Schicht beide wachsfrei sind und auf das Papier oder die Pappe als Dispersionen auf wässriger Basis aufgetragen sind, die im Wesentlichen aus einem einzigen Polymer bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Acrylpolymeren, Acryl-Copolymeren, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Ethylen-Vinylacetat, Polyvinylchlorid, Styrol-Butadien-Copolymeren, Polyvinylidenchlorid und dessen Copolymeren oder Stärke, wobei die Grundschicht und die zusätzliche Schicht gegebenenfalls Verdickungsmittel, Entschäumungs- oder Antischaummittel, Vernetzungsmittel, Gleitmitteladditive, Formentrennmittel und Antiblockiermittel einschließen können; und wobei die Grundschicht und die zusätzliche Schicht einen porenfreien kontinuierlichen Film auf dem Substrat bilden, der wasserbeständig ist und eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate im Bereich von 0,8 bis 7 g/645,2 cm² (100 in² pro 24 h) hat.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.
In der vorliegenden Erfindung werden diese Ziele sowie andere, die ersichtlich sind, im Allgemeinen durch das Beschichten wenigstens einer Fläche eines Substrats mit einer Grundschicht und wenigstens einer zusätzlichen Schicht über der Grundschicht erreicht, die beide als polymere Dispersionen auf wässriger Basis aufgetragen werden. Alternative Ausführungsformen schließen das Auftragen wenigstens einer weiteren zusätzlichen Schicht ein.
Typischerweise umfassen die Beschichtungen Dispersionen mit einem Feststoffgehalt von größer als 20% und einer Viskosität im Bereich von 20 bis 1000 mPa·s (cP).
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Grundschicht einen acrylmodifizierten Poly(ethylacrylat)-Latex, und die zusätzliche Schicht umfasst Polyvinylidenchlorid oder Copolymere desselben. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfassen die Grundschicht und die zusätzliche Schicht Polyvinylidenchlorid oder Copolymere desselben. Zusätzlich dazu kann in jeder Ausführungsform wenigstens eine weitere zusätzliche Schicht der gleichen Materialien aufgetragen werden.
Die Grundschicht kann zusätzlich dazu Pigmente oder mineralische Füllstoffe wie – aber nicht darauf beschränkt – wässrige Dispersionen von Ton, Calciumcarbonat oder Glimmer einschließen. Andere zusätzliche Komponenten der Beschichtungen können Verdickungsmittel, Entschäumungs- oder Antischaummittel, Pigmente, Vernetzungsmittel, Gleitmitteladditive, Formentrennmittel und Antiblockiermittel einschließen.
In der Erfindung verwendeten Substrate sind Materialien auf Cellulosebasis und schließen eine Vielfalt von beschichteten und unbeschichtetem Papier- und Pappesorten ein, einschließlich gebleichter oder nicht gebleichter Hartholz- oder Weichholz-Formen, unbehandelter oder wiederverwerteter und tonbeschichteter oder nicht beschichteter Formen von Papier und Pappe. Das Grundgewicht der Substrate liegt im Bereich von 9,06 bis 67,95 kg/278,71 m² (20 bis 150 lb pro 3000 sq. ft.), und die Dicke reicht von 0,102 bis 0,635 mm (0,004 bis 0,025 inch). Ein bevorzugtes Substrat ist Papier, und es wird aus der Gruppe ausgewählt, die aus gebleichtem Papier, tonbeschichtetem gebleichten Papier, nicht gebleichtem Papier oder wiederverwertetem Papier besteht.
Die Beschichtungen werden als wässrige Dispersionen auf die Substratoberfläche aufgetragen. Die Beschichtungen werden auf der Substratoberfläche getrocknet, um einen porenfreien kontinuierlichen Film auf dem Substrat zu bilden, der gegenüber Wasser und Wasserdampf beständig ist. Die Wasserdampfdurchlässigkeitsraten der beschichteten Rohstoffe liegen im Bereich von 0,8 bis 7 g/100 sq. in./24 h ( 100 sq. in. = 645,2 cm²) und vorzugsweise zwischen 1 und 3 g/100 sq. in./24 h. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Grundschicht wird die Grundschicht entweder teilweise getrocknet oder vollständig getrocknet, bevor die zusätzliche Schicht aufgetragen wird.
Die einzelnen aufgetragenen Schichten haben jeweils Trockenschichtgewichte im Bereich von 0,453 bis 3,624 kg/278,71 m² (1 bis 8 lb/3000 sq. ft.). Die gesamten Trockenschichtgewichte auf den Substraten liegen im Bereich von 0,453 bis 7,248 kg/278,71 m² (1 bis 16 lb/3000 sq. ft.).
Der wiederverwertbare und wiederaufschließbare, beschichtete Papierrohstoff der Erfindung wird zu einer Verpackung geformt, d. h. ein Rieseinschlagpapier, das Wasserbeständigkeit, Feuchtigkeitsdampf-Sperrschicht-Eigenschaften und Fettbeständigkeit aufweist. Bei bevorzugten Anwendungen entspricht die Beschichtung auf wässriger Basis einer Feuchtigkeitsdampf-Sperrschicht, die in der inneren Struktur der Verpackung lokalisiert ist, die verhindert, das eingeschlossene Materialien wie Kopierpapier sich verziehen oder kräuseln.
Die wachsfreien Beschichtungen der Erfindung werden leichter wiederaufgeschlossen und wiederverwertet als herkömmliche Polyethylen- oder Wachs-Beschichtungen. Vorteilhafterweise kann der beschichtete Papierrohstoff direkt zu einem Recyclingstrom von Büropapierabfall gegeben werden, und zwar unabhängig von speziellen Gerätschaften, um ein weißes Papier hoher Qualität zu erzeugen.
Andere Zwecke, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Art der Durchführung der Erfindung offenkundig, wenn dieselbe unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wie folgt betrachtet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 ist einer Erläuterung eines wiederverwertbaren und wiederaufschließbaren, beschichteten Papierrohstoffs, der gemäß der Erfindung verwendet wird;
die 2 ist ein schematisches Diagramm des Herstellungsverfahrens;
die 3 bis 8 sind diagrammartige Erläuterungen von WVTR-Werten in Abhängigkeit von der Zeit gemäß den Beispielen 1 bis 6, und
die 9 bis 11 sind diagrammartige Erläuterungen von WVTR-Werten in Abhängigkeit von der Zeit eines Polymer/Wachs-beschichteten Substrats gemäß Beispiel 7, wobei 80%, 70% bzw. 60% der Wachskomponente von der Beschichtung entfernt sind.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführunsgsform
Wässrige Sperrschichten und verwandte Herstellungsverfahren werden in WO-A-94/26513 offenbart.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Zusammensetzungen sind Modifikationen und Verbesserungen dieser Formulierungen und stellen Zusammensetzungsbeschichtungen bereit, die frei von jeglicher Wachskomponente sind und speziell verwendet werden, um beschichtete Papierrohstoffe herzustellen, die vergleichbare Sperrschicht-Eigenschaften haben wie konventionelle Polyethylen- oder Wachs-Beschichtungen. Diese Beschichtungen werden leichter wiederaufgeschlossen und wiederverwertet als herkömmliche Beschichtungen und können direkt zu einem Recyclingstrom von Büroabfallpapier gegeben werden, ohne von speziellen Gerätschaften abhängig zu sein, um ein weißes Papier hoher Qualität herzustellen.
2 ist ein schematisches Diagramm des allgemeinen Herstellungsverfahrens. Im ersten Schritt 18 wird eine Grundschicht auf wenigstens eine Fläche eines Substrats aufgetragen.
Die Grundschicht dichtet im Wesentlichen die poröse Substratoberfläche ab. Die Grundschicht wird im Allgemeinen unter Verwendung konventioneller Beschichtungsgerätschaften, wie Tiefdruck-, Flexodruck-, Luftmesser-, Rakel- oder Spiralschaber-Beschichtungsvorrichtungen aufgetragen. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Grundschicht wird die Grundschicht entweder teilweise getrocknet oder vollständig getrocknet, bevor die zusätzliche Schicht aufgetragen wird, wobei man Umluftöfen verwendet. Die zusätzliche Schicht 22 wird über der Grundschicht aufgetragen und getrocknet 24, um einen porenfreien kontinuierlichen Film zu bilden, der dem beschichteten Papierrohstoff 26 Sperrschicht-Eigenschaften verleiht. Die Ofentemperaturen und die Anlagengeschwindigkeiten werden durch die Auswahl der Grundschicht- und zusätzlicher Beschichtungsformulierungen (z. B. % Feststoffe), des Substrats (z. B. Grundgewicht, Absorptionsvermögen) und die Eigenschaften der Gerätschaften bestimmt. Ausreichende Trocknungsbedingungen, wie die Ofentemperatur, die Anlagengeschwindigkeit usw. sind erforderlich, um ein Blockieren der Walze und ein Blasenziehen und Rupfen der Beschichtung während des Aufwickelns des beschichteten Substrats zu verhindern.
Wie in der 1 gezeigt wird, umfassen die wiederverwertbaren und wiederaufsehließbaren Papierrohstoffe ein Substrat 12, auf das auf wenigstens einer Fläche eine Grundschicht 14 aufgetragen ist, und wenigstens eine zusätzliche Schicht 16, die über der Grundschicht aufgetragen ist. Die Grundschicht und die zusätzliche Schicht oder die zusätzlichen Schichten sind polymere Emulsionen oder Dispersionen auf wässriger Basis. Die Ausdrücke "Emulsionen" und "Dispersionen" werden oft in austauschbarer Weise verwendet. In Hackh's Chemical Dictionary, 4. Aufl., 1969 ist ein dispergiertes System (oder ein Dispersion) als eine "offensichtlich homogene Substanz definiert, die aus einer mikroskopisch heterogenen Mischung von zwei oder mehr fein zerteilten Phasen (fest, flüssig oder gasförmig) besteht, z. B. flüssig und flüssig, fest und gasförmig usw." Eine Emulsion wird als "eine Suspension einer Flüssigkeit in einer anderen Flüssigkeit" definiert und wird als Typ einer Dispersion angesehen. Um in der Patentschrift Beschichtungen zu beschreiben, wird hierin typischerweise der Ausdruck "Dispersion" verwendet. Bei Umgebungstemperaturen sind die Beschichtungszusammensetzungen im Allgemeinen fest/flüssige Dispersionen, jedoch können die Zusammensetzungen auch Emulsionen oder Flüssig/Flüssig-Dispersionen sein.
Die Grundschicht und die zusätzliche Schicht oder die zusätzlichen Schichten sind frei von jeglicher Wachs-Komponente. Die Grundschicht dichtet im Wesentlichen die Substratoberfläche ab und reduziert von sich aus das Eindringen der zusätzlichen Schicht in das Substrat. Die Beschichtungen umfassen eine Dispersion auf wässriger Basis eines Polymers, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Acrylpolymeren, Acryl-Copolymeren, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Ethylen-Vinylacetat, Polyvinylchlorid, Styrol-Butadien-Copolymeren, Polyvinylidenchlorid und dessen Copolymeren oder Stärke.
Der Feststoffgehalt jeder Beschichtungsschicht ist im Allgemeinen größer als 20% und vorzugsweise 40–55%, um ausreichende Trockenzugabegehalte zu ergeben, die im Bereich von 0,453 bis 3,624 kg/278,71 m² (1 bis 8 lb/3 MSF) liegen, und um die Anforderungen an das Trocknen zu reduzieren. Vorzugsweise liegt die Grundschicht im Bereich von 0,906 bis 1,585 kg (2,0 bis 3,5 lbs) und die zusätzliche Schicht zwischen 1,585 und 2,26 kg (3,5 bis 5,0 lbs) pro 278,71 m² (3000 MSF) vor. Die gesamten Trockenbeschichtungsgewichte auf der Substratoberfläche liegen im Bereich von 0,453 bis 7,248 kg/278,71 m² (1 bis 16 lbs. pro 3000 sq. ft.). Die Viskosität der Beschichtung liegt vorzugsweise im Bereich von 20 bis 1000 mPa·s (cP). Die niedrigen Viskositäten der Zusammensetzungen ergeben ein geringes Eindringen in die Substratoberfläche, das aber ausreichend ist, um die Beschichtung an die Substratoberfläche zu kleben oder zu binden.
Typischerweise wird wenigstens eine Grundschicht auf die Substratoberfläche aufgetragen, aber in alternativen Ausführungsformen kann wenigstens eine weitere Schicht des gleichen Materials aufgetragen werden, bevor das Auftragen der zusätzlichen Schicht erfolgt. Eine einzige Grundschicht auf der Substratoberfläche verleiht dem Substrat Feuchtigkeitssperrschicht-Eigenschaften, das Vorliegen mehrerer Beschichtungsschichten erhöht jedoch die Sperrschicht-Eigenschaften. Die Wasserdampfdurchlässigkeitsraten der beschichteten Rohstoffe liegen im Bereich von 0,8 bis 7 g/100 in² pro 24 h und vorzugsweise zwischen 1 und 3 g/100 in² pro 24 h (100 in² = 645,2 cm²).
Die Beschichtungen werden als wässrige Dispersionen auf die Substratoberfläche aufgetragen. Die Beschichtungen werden auf der Substratoberfläche getrocknet, um einen porenfreien kontinuierlichen Film auf dem Substrat zu bilden, der gegenüber Wasser und Wasserdampf beständig ist. In Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Grundschicht wird die Grundschicht entweder teilweise oder vollständig getrocknet, bevor die zusätzliche Schicht aufgetragen wird, um eine geeignete Haftung zu gewährleisten.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Grundschicht einen Acrylmodifizierten Poly(ethylacryat)-Latex, und die zusätzliche Schicht umfasst Polyvinylidenchlorid oder Copolymere desselben. Während des Verfahrens der Herstellung dieser Ausführungsform ist es entscheidend, dass die Grundschicht teilweise getrocknet wird, falls dies nicht der Fall ist, ergibt sich typischerweise eine unvollständige Haftung der zusätzlichen Beschichtungsschicht. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform umfassen sowohl die Grundschicht als auch die zusätzliche Schicht Polyvinylidenchlorid oder Copolymere desselben. In dem Verfahren der Herstellung dieser Ausführungsform wird die Grundschicht vollständig getrocknet, bevor die zusätzliche Schicht aufgetragen wird, die aus dem gleichen Material besteht. Dies ergibt mehrfache dünne Beschichtungsschichten, die vorteilhafterweise die Sperrschicht-Eigenschaften des beschichte ten Substrats erhöhen. Zusätzlich dazu kann in jeder Ausführungsform wenigstens eine weitere zusätzliche Schicht der gleichen Beschichtungsmaterialien aufgetragen werden.
Die Materialien, aus denen die Beschichtungen bestehen, sind im Allgemeinen unter verschiedenen Handelsnamen und von verschiedenen Herstellern im Handel erhältlich. Repräsentative Polymere oder Dispersionen, die verwendet werden können, schließen – ohne aber auf dieselben beschränkt zu sein – die folgenden ein: Airflex^® 100 HS, das eine Ethylen-Vinylacetat-Emulsion auf wässriger Basis ist, die von Air Products and Chemicals, Inc., Allentown, Pennsylvania 18195 erhältlich ist; PRECOAT 44, das eine Acryl (Polyethylacrylat-Latex)-Emulsion auf wässriger Basis ist, die von Michelman, Inc., 9080 Shell Road, Cincinnatti, Ohio, 45236-1299 erhältlich ist; SERFENE^® 121, das ein Polyvinylidenchlorid (PVDC)-Latex ist, der von Morton International Specialty Chemicals Group, 333 West Wacker Drive, Chicago, Illinois, 60606-1292 erhältlich ist; und GEON^SM 650X18 LATEX, der ein Polyvinylidenchlorid auf wässriger Basis ist, das von B. F. Goodrich, 9911 Brecksville Road, Cleveland, Ohio, 44141-3247 erhältlich ist. Die physikalischen Merkmale und Eigenschaften dieser im Handel erhältlichen Materialien werden weiterhin in technischen Datenblättern beschrieben, auf die hierin Bezug genommen wird.
Die oben erwähnten Polymer-Dispersionen können mit anderen Materialien kombiniert werden, um der Grundschicht spezielle Eigenschaften zu verleihen. Z. B. kann ein Pigment oder ein mineralischer Füllstoff wie – ohne aber darauf beschränkt zu sein – wässrige Dispersionen von Ton, Calciumcarbonat oder Glimmer in die Beschichtung eingefügt werden, um ein verbessertes Nivellieren, eine verbesserte Glätte und Abdichtung eines rauen oder porösen Substrats zu ergeben.
Andere zusätzliche Komponenten der Beschichtungen können Verdickungsmittel, Entschäumungs- oder Antischaummittel, Vernetzungsmittel, Gleitmitteladditive, Formentrennmittel und Antiblockiermittel einschließen.
In der Erfindung verwendete Substrate schließen eine Vielfalt von beschichteten und unbeschichtetem Papier- und Pappesorten ein, einschließlich gebleichter oder nicht gebleichter Formen, Hartholz- oder Weichholz-Formen, unbehandelter oder wiederverwerteter und tonbeschichteter oder nicht beschichteter Formen von Papier und Pappe. Bei Rieseinschlagpapier-Anwendungen stellt das Substrat vorzugsweise irgendeine Form von gebleichtem weißen Papier dar. Das Grundgewicht der Substrate liegt im Bereich von 9,06 bis 67,95 kg/278,71 m² (20 bis 150 lbs pro 3000 sq. ft.), und die Dicken reichen von 0,102 bis 0,635 mm (0,004 bis 0,025 inch). Für Rieseinschlagpapier-Anwendungen beträgt das Grundgewicht – wenn das Substrat ein gebleichtes Papier ist – vorzugsweise 9,06 bis 40,77 kg/278,71 m² (20 bis 90 lbs pro 3000 sq. ft.), und für ein tonbeschichtetes Papier-Substrat vorzugsweise 27,18 kg/278,71 m² (60 lbs pro 3000 sq. ft.).
Die Beschichtungen auf wässriger Basis werden als wässrige Dispersionen durch irgendein Beschichtungsverfahren, das für Beschichtungen auf wässriger Basis geeignet ist, auf das Substrat aufgetragen. Beispiele geeigneter Beschichtungsverfahren schließen konventionelle Verfahren ein, wie Luftmesser-Beschichten, Rakel-Beschichten, Messwalzen-Beschichten, Tiefdruck-Beschichten, Stabrakel-Beschichten, Vorhangbeschichten und Sprühen. Im Allgemeinen ist eine gewisse Art von Trocknung bei erhöhter Temperatur erforderlich, um die Beschichtungen auf wässriger Basis mit einer annehmbaren Produktionsgeschwindigkeit zu trocknen. Ein teilweises Trocknen erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen im Bereich von 104,4°C bis 121,1°C (220–250°F) und ein vollständiges Trocknen bei 176,7°C bis 198,9°C (350–390°F). Geeignete Trocknungsverfahren schließen – ohne aber auf dieselben beschränkt zu sein – Heißlufttrocknung, Infrarottrocknung und Trocknung durch Kontakt mit einer erwärmten Trommel ein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat ein kalandriertes, gebleichtes Papier mit einem Grundgewicht von 22,65 kg/278,71 m² (50 lb/3 MSF). Die Grundschicht ist eine acrylische Latex-Emulsion mit einem Feststoffgehalt von 44% und einer Viskosität von 250 bis 450 mPa·s (cP). Die Grund schicht wird unter Verwendung eines Spiralschaber-Auftrags aufgetragen, was einen Trockenzugabegehalt von 0,453 bis 1,58 kg/278,71 m² (1 bis 3,5 lb/3MSF) ergab. Die Grundschicht wird teilweise getrocknet, indem man sie durch Heißluftöfen leitet, die auf 121,1°C (250°F) eingestellt sind, bevor das Auftragen der zusätzlichen Schicht erfolgt. Die zusätzliche Schicht ist vorzugsweise ein Polyvinylidenchlorid-Copolymer-Latex. Im Allgemeinen hat diese zusätzliche Schicht eine Viskosität von 40 bis 75 mPa·s (cP). Die zusätzliche Schicht wird mit einem Trockenzugabegehalt von 0,453 bis 3,624 kg/278,71 m² (1 bis 8 lb/3MSF) unter Verwendung einer Spiralschaber-Anordnung aufgetragen. Das beschichtete Substrat wird wiederum durch Heißluftöfen geleitet, die auf 176,7°C (350°F) eingestellt sind, um die Beschichtung zu härten. Zusätzliche Beschichtungsschichten können hinzugefügt werden. Die Gesamt-Trockenzugabegehalte für alle Beschichtungsschichten reichen von 0,906 bis 7,25 kg/278,71 m² (2,0 bis 16 lb/3 MSF).
Die folgenden Beispiele 1 bis 6 stellen die verschiedenen Beschichtungsformulierungen und Arbeitsweisen dar, die zur Herstellung der beschichteten Papierrohstoffe der Erfindung verwendet werden. Beispiel 7 erläutert die Auswirkung auf die Sperrschicht-Eigenschaften nach dem Entfernen von Teilen der Wachs-Komponente aus einer Acryl/Wachs-Emulsionsbeschichtung. In den Beispielen sind die aufgeführten Beschichtungsgewichte Trockenbeschichtungsgewichte, falls nichts Anderweitiges angegeben wird. Diese Beispiele sind rein repräsentativ und schließen nicht alle der möglichen Ausführungsformen der Erfindung ein.
Die Wasserdampfdurchlässigkeitsrate und die Wasserbeständigkeit (30 min Cobb-Test) der Beispiele wurden gemessen. Zusätzlich dazu wurde im Beispiel 7 auch die Fettbeständigkeit (Kit-Grade) gemessen. Diese funktionellen Eigenschaften wurden gemäß den folgenden Arbeitsweisen bestimmt.
Die Wasserdampfdurchlässigkeitsrate ("WVTR") wurde unter Verwendung der TAPPI-Methode T464 om-90 bestimmt, bei der festgelegt ist, dass die "gravimetrische Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeitsrate von Folienmaterialien bei hoher Temperatur und Feuchtigkeit" ein Mittel bereitstellt, um unter standardisierten Bedingungen die Fähigkeit eines Materials zu messen, einen Schutz gegenüber unerwünschten Feuchtigkeitsänderungen aufgrund der Transmission von Wasserdampf durch das Material zu verleihen. Eine Durchlässigkeitsrate von 3 g/100 in² pro 24 h (100 sq. in. = 645,2 cm²) zeigt einen besseren Schutz für verpackte Inhaltsstoffe gegenüber einem Feuchtigkeitsverlust oder einer Feuchtigkeitszunahme an als eine Durchlässigkeitsrate von 10 g/100 in² pro 24 h (100 sq. in. = 645,2 cm²).
Der Cobb-Test, TAPPI-Methode T442 om-84, bestimmt, wie viel Wasser durch das Papier und die Pappe in einer vorgegebenen Zeitspanne absorbiert wird. Im Allgemeinen ist diese Messung für geleimte Materialien brauchbar, um die Wasserbeständigkeitseigenschaften der Beschichtungen auf wässriger Basis zu bestimmen. Das Material ist umso wasserbeständiger, je niedriger das Ergebnis ist. Ein Material mit einem Cobb von 3,45 g/100 in² (100 in² = 645,2 cm²) in 10 Minuten ist weniger wasserbeständig als ein Material mit einem Cobb von 0,03 g/100 in² (100 in² = 645,2 cm²) in 10 Minuten. Die Zeitspanne des Tests hängt von dem zu testenden Substrat ab. Geleimte Materialien werden 120 Sekunden lang getestet, während eine stark beschichtete, gewellte Probe während einer Zeitspanne von 16 Stunden getestet werden kann. Die beschichteten Substrate der Erfindung wurden während einer Zeitspanne von 30 Minuten getestet.
Die zum Messen der Fettbeständigkeit verwendete Methode ist der Kit-Test, USEFUL METHOD 557. Dieser Test misst die Fettbeständigkeit von Papier- und Pappe-Materialien, die während der Nasspartie mit fluorchemischen Schlichtemitteln behandelt werden. Dieser Test ist nicht bestimmt, um die Fettbeständigkeit von Endlosfolien zu messen, die erhaltenen Ergebnisse sind aber nützlich und werden als Hinweis auf die allgemeine Fettbeständigkeit akzeptiert. Die Fettbeständigkeit ist umso besser, je höher der Wert des Kit-Tests ist.
Beispiel 1
Das Substrat ist ein gebleichtes, weißes Kraftpapier mit 22,65 kg/278,71 m² (50 lb/3MSF). Die Grundschicht umfasst einen Acryl-modifizierten Poly(ethylacrylat)- Latex (44% Feststoffe, Viskosität 250 bis 450 mPa·s (cP)), erhältlich als PRECOAT-44 von Michelman, Inc., 9080 Shell Road, Cincinnatti, Ohio, 45236-1299. Die zusätzlichen Schichten umfassen entweder PRECOAT-44 oder einen Polyvinylidenchlorid-Latex (50% Feststoffe, Viskosität 40 bis 75 mPa·s (cP)), erhältlich als SERFENE^® 121 von Morton International Specialty Chemicals Group, 333 West Wacker Drive, Chicago, Illinois, 60606-1292.
Die Grundschicht wird auf das Substrat aufgetragen und ergibt Trockenzugabegehalte im Bereich von 0,906 bis 1,58 kg/278,71 m² (2,0 bis 3,5 lbs/3MSF). Eine zweite Schicht, umfassend PRECOAT-44, wurde auf ähnliche Weise auf die Grundschichtlage aufgetragen und ergibt Trockenzugabegehalte im Bereich von 0,906 bis 1,58 kg/278,71 m² (2,0 bis 3,5 lbs/3MSF). Diese zweite Schicht wurde teilweise getrocknet, indem man sie durch Heißluftöfen leitete, die auf 104,4°C bis 122,1°C (220–250°F) eingestellt waren, anschließend erfolgte das Auftragen einer zusätzlichen Schicht, die Serfene^® 121 umfasste. Diese Beschichtung ergibt Trockenzugabegehalte im Bereich von 1,58 bis 2,26 kg/278,71 m² (3,5 bis 5,0 lbs/3MSF). Es ist festzustellen, dass die zweite Schicht teilweise getrocknet wird, um eine Haftung der zusätzlichen, Beschichtungsschicht zu bewirken. Das beschichtete Substrat wird durch Heißluftöfen geleitet, die Temperaturen im Bereich von 176,7°C bis 198,9°C (350–390°F) haben, um die Beschichtung zu härten. Das Gesamtbeschichtungsgewicht auf der Substratoberfläche ist 3,73 kg/278,71 m² (8,24 lbs/3 MSF).
Die wässrigen Beschichtungen wurden durch Stabrakelbeschichter – mit Heißluft-Flotationsöfen nach jeder Beschichtungsstation in den oben angegebenen Temperaturbereichen – aufgetragen. Ein Luftstrom von Umgebungstemperatur wurde verwendet, um die beschichtete, trockene endlose Bahn zu kühlen, und zwar in Kombination mit einer Kühlwalze, um ein Blockieren in der Fertigwalze zu verhindern.
Die 3 erläutert in Form eines Diagramms die WVTR-Werte in Abhängigkeit von der Zeit für das beschichtete Substrat in diesem Beispiel, und dieselben sind auch nachstehend in der Tabelle I zusammengefasst. Das durchschnittliche WVTR für diese Beschichtung ist 2,3 g/100 sq. in. pro 24 h (100 sq. in. = 645,2 cm²).
Beispiel 2
Die gleichen Materialien und die gleiche Arbeitsweise wie im Beispiel 1 wurden verwendet, außer dass das Gesamtbeschichtungsgewicht auf der Substratoberfläche 9,8 g/3 MSF (3 MSF = 278,71 m²) ist.
Die 4 erläutert in Form eines Diagramms die WVTR-Werte in Abhängigkeit von der Zeit für das beschichtete Substrat in diesem Beispiel, und dieselben sind auch nachstehend in der Tabelle I zusammengefasst. Das durchschnittliche WVTR für diese Beschichtung ist 1,3 g/100 sq. in. pro 24 h (100 sq. in. = 645,2 cm²).
Beispiel 3
Das Substrat ist Recyclingpapier mit 22,65 kg/278,71 m² (50 lb/3MSF). Die Grundschicht umfasst eine Ethylen-Vinylacetat-Emulsion auf wässriger Basis (55 % Feststoffe, Viskosität von 250 bis 450 mPa·s (cP)), erhältlich als Airflex^® 100 HS von Air Products and Chemicals, Inc., Allentown, Pennsylvania 18195. Die zusätzlichen Schichten umfassen entweder Airflex^® 100 HS oder einen Polyvinylidenchlorid-Latex (50% Feststoffe, Viskosität von 40 bis 75 mPa·s (cP)), der als Serfene^® 121 von Morton von Morton International Specialty Chemicals Group, 333 West Wacker Drive, Chicago, Illinois, 60606-1292 erhältlich ist.
Die Grundschicht wird auf das Substrat aufgetragen und ergibt Trockenzugabegehalte im Bereich von 0,906 bis 1,58 kg/278,71 m² (2,0 bis 3,5 lbs/3MSF). Eine zweite Schicht, umfassend Airflex^® 100 HS, wurde auf ähnliche Weise auf die Grundschichtlage aufgetragen und ergab Trockenzugabegehalte im Bereich von 0,906 bis 1,58 kg/278,71 m² (2,0 bis 3,5 lbs/3MSF). Diese zweite Schicht wurde getrocknet, woran sich das Auftragen einer zusätzlichen Schicht anschloss, die Serfene^® 121 umfasst. Diese Beschichtung ergibt Trockenzugabegehalte im Bereich von 1,58 bis 2,26 kg/278,71 m² (3,5 bis 5,0 lbs/3MSF). Das beschichtete Substrat wird durch Heißluftöfen geleitet, die Temperaturen im Bereich von 176,7 °C bis 198,9°C (350–390°F) haben, um die Beschichtung zu härten. Das Gesamt beschichtungsgewicht auf der Substrat-Oberfläche ist 5,1 kg/278,71 m² (11,25 lbs/3 MSF).
Die wässrigen Beschichtungen wurden durch Stabrakel-Beschichten aufgetragen und mit Heißluftflotationsöfen nach jeder Beschichtungsstation getrocknet. Ein Luftstrom von Umgebungstemperatur wurde verwendet, um die beschichtete, trockene Bahn zu kühlen, und zwar in Kombination mit einer Kühlwalze, um ein Blockieren in der Fertigwalze zu verhindern.
5 erläutert diagrammartig die WVTR-Werte in Abhängigkeit von der Zeit für das beschichtete Substrat in diesem Beispiel, und dieselben sind auch nachstehend in der Tabelle I zusammengefasst. Das durchschnittliche WVTR für diese Beschichtung ist 1,3 g/100 sq. in. pro 24 h (100 sq. in. = 645,2 cm²).
Tabelle I Beispiele 1 bis 3 WVTR-Messungen in Abhängigkeit von der Zeit (WVTR – g/100 sq. in. pro 24 h – 100% relative Feuchtigkeit/90°F)
(100 sq. in. = 645,2 cm²; 90°F = 32,2°C)
Beispiel 4
Das Substrat ist gebleichtes weißes Papier (maschinell satiniert) mit 22,65 kg/278,71 m² (50 lb/3MSF). Die Beschichtungen umfassen einen Polyvinylidenchlorid-Latex (50% Feststoffe, Viskosität von 40 bis 75 mPa·s (cP)), der als Serfene^® 121 von Morton von Morton International Specialty Chemicals Group, 333 West Wacker Drive, Chicago, Illinois, 60606-1292 erhältlich ist. In diesem Beispiel werden drei Beschichtungsschichten auf das Substrat aufgetragen.
Die Grundschicht wird auf das Substrat aufgetragen und ergibt Trockenzugabegehalte im Bereich von 0,906 bis 1,58 kg/278,71 m² (3,5 bis 5,0 lbs/3MSF). Zwei zusätzliche Beschichtungsschichten des gleichen Materials werden aufgetragen und ergeben jeweils Trockenzugabegehalte im Bereich von 0,906 bis 1,58 kg/278,71 m² (3,5 bis 5,0 lbs/3MSF). Das beschichtete Substrat wird durch Heißluftöfen geleitet, die Temperaturen im Bereich von 176,7°C bis 198,9°C (350–390°F) haben, um die Beschichtung zu härten. Das Gesamtbeschichtungsgewicht auf der Substratoberfläche ist 5,07 kg/278,71 m² (12,6 lbs/3 MSF).
Die wässrigen Beschichtungen wurden durch Stabrakel-Beschichten aufgetragen und mit Heißluftflotationsöfen nach jeder Beschichtungsstation getrocknet. Ein Luftstrom von Umgebungstemperatur wurde verwendet, um die beschichtete, trockene Bahn zu kühlen, und zwar in Kombination mit einer Kühlwalze, um ein Blockieren in der Fertigwalze zu verhindern.
6 erläutert diagrammartig die WVTR-Werte in Abhängigkeit von der Zeit für das beschichtete Substrat in diesem Beispiel, und dieselben sind auch nachstehend in der Tabelle II zusammengefasst. Das durchschnittliche WVTR für diese Beschichtung ist 1,4 g/100 sq. in. pro 24 h (100 sq. in. = 645,2 cm²).
Beispiel 5
Die gleichen Materialien und die gleiche Arbeitsweise wie im Beispiel 4 wurden verwendet, außer dass das Gesamtbeschichtungsgewicht auf der Substratoberfläche 12,4 g/3 MSF (3 MSF = 278,71 m²) ist.
Die 7 erläutert diagrammartig die WVTR-Werte in Abhängigkeit von der Zeit für das beschichtete Substrat in diesem Beispiel, und dieselben sind auch nachstehend, in der Tabelle II zusammengefasst. Das durchschnittliche WVTR für diese Beschichtung ist 1,3 g/100 sq. in. pro 24 h (100 sq. in. = 645,2 cm²).
Beispiel 6
Die gleichen Materialien und die gleiche Arbeitsweise wie im Beispiel 4 wurden verwendet, außer dass das Gesamtbeschichtungsgewicht auf der Substratoberfläche 12,3 g/3 MSF (3 MSF = 278,71 m²) ist.
Die 8 erläutert diagrammartig die WVTR-Werte in Abhängigkeit von der Zeit für das beschichtete Substrat in diesem Beispiel, und dieselben sind auch nachstehend in der Tabelle II zusammengefasst. Das durchschnittliche WVTR für diese Beschichtung ist 1,4 g/100 sq. in. pro 24 h (100 sq. in. = 645,2 cm²).
Tabelle II Beispiele 4 bis 6 WVTR-Messungen in Abhängigkeit von der Zeit (WVTR – g/100 sq. in. pro 24 h – 100% relative Feuchtigkeit/90°F)
(100 sq. in. = 645,2 cm²; 90°F = 32,2°C)
Beispiel 7 (nicht gemäß der Erfindung)
Feuchtigkeitsbeständige Beschichtungen enthalten typischerweise hohe Gehalte an Wachs, um eine Feuchtigkeitsbeständigkeit zu erreichen. Das Wachs in den Beschichtungen dieses Typs – obwohl typischerweise wieder aufschließbar -lässt einen wachsartigen Rückstand zurück, d. h. klebrige Reste, die bei der Herstellung von feinem weißen Recycyling-Papier unannehmbar sind. Zusätzlich dazu wird die Wachs-Komponente als "aktiver Bestandteil" bezeichnet und stellt die Sperrschicht-Eigenschaften in diesen Beschichtungen bereit, so dass ein Entfernen oder Verringern der Wachsmenge die Wirksamkeit dieser Beschichtungen reduziert. In diesem Beispiel und in den 9 bis 11 wird erläutert, was erfolgt, wenn 80% bis 60% der Wachs-Komponente aus einer Beschichtungsformulierung entfernt werden, die aus einer Acryl/Wachs-Emulsionsbeschichtung besteht.
Die Acryl/Wachs-Emulsionsbeschichtung, die in diesem Beispiel verwendet wird, ist als VaporCoat von Michelman, Inc. 9080 Shell Road, Cincinnatti, Ohio, 45236-1299 erhältlich. Die Emulsion weist typischerweise 44% Feststoffe und eine Viskosität im Bereich von 800 bis 1200 mPa·s (cP) auf. Die Wachs-Komponente macht normalerweise 40% der Emulsion aus. In diesem Beispiel wurden Modifizierungen der Beschichtung hergestellt, so dass dieselben 20%, 30% und 40% des Anteils der Wachs-Komponente enthalten, der normalerweise in der Beschichtung gefunden wird, demgemäß wurde der Wachsanteil um 80%, 70% bzw. 60% reduziert.
Auf drei Proben eines 14 pt. festen, gebleichten Sulfit-Substrats (A, B und C) wurde eine Grundschicht aufgetragen, die eine Ethylen-Vinylacetat-Emulsion auf wässriger Basis (55% Feststoffe, Viskosität von 250 bis 450 mPa·s (cP)) umfasst, die als Airflex^® 100 HS erhältlich ist, anschließend wurde eine zusätzliche Schicht der modifizierten Acryl/Wachs-(VaporCoat)-Beschichtung aufgetragen, bei der 80%, 70% und 60% der Wachs-Komponente aus der Formulierung entfernt waren.
Die wässrige Grundschicht und die modifizierte VaporCoat-Schichten wurden durch Rakel-Beschichten aufgetragen und nach dem Auftragen jeder Beschichtung in Heißluftöfen getrocknet. Die 9 bis 11 erläutern in Form eines Diagramms die WVTR-Werte in Abhängigkeit von der Zeit für die Proben A, B bzw. C, und dieselben sind auch nachstehend in der Tabelle III aufgeführt. Zusätzlich dazu wurden die Proben durch die 30 minütigen Cobb- und 3 M Kit-Tests untersucht, wobei die Ergebnisse nachstehend in der Tabelle IV angegeben sind. Der Cobb-Test ist ein Maß der Wasserbeständigkeit, und WVTR ist ein Maß der Feuchtigkeitsbeständigkeit. In beiden Tests ist die Sperrschicht-Eigenschaft umso schlechter, je höher die Zahlenwerte des Test-Ergebnisses sind.
Tabelle III Beispiel 7 WVTR-Messungen in Abhängigkeit von der Zeit (WVTR – g/100 sq. in. pro 24 h – 100% relative Feuchtigkeit/90 °F)
(100 sq. in. = 645,2 cm²; 90°F = 32,2°C)
Tabelle IV Zusammenfassung der Sperrschicht-Eigenschaften des Beispiels 7
Wie in den Tabellen III und IV gezeigt wird, ist ersichtlich, dass die Sperrschicht-Eigenschaften, d. h. die WVTR-Werte, umso stärker abnehmen, je größer der entfernte Anteil der Wachs-Komponente ist. Z. B. ist in der Probe A, in der 80% der Wachs-Komponente entfernt wurden, der durchschnittliche WVTR-Wert 10,477 g/100 sq. in pro 24 h, während in der Probe C, in der nur 60% der Wachs-Komponente entfernt wurden, ist der durchschnittliche WVTR-Wert 7,366 g/100 sq. in pro 24 h. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Beschichtungen wird erhalten, indem man wachsfreie Beschichtungen mit Wasserdampfdurchlässigkeitsraten im Bereich von 0,8 bis 7 g/100 in² pro 24 h bereitstellt, und vorzugsweise zwischen 1 und 3 g/100 sq. in pro 24 h (100 sq. in. = 645,2 cm²). Zusätzlich dazu erlaubt das Fehlen einer Wachs-Komponente in den erfindungsgemäßen Beschichtungen, dass die beschichteten Substrate wiederaufgeschlossen und zu einem weißen Papier hoher Qualität wiederverwertet werden können.
Wiederaufschließbarkeit und Wiederverwertbarkeit von erfindungsgemäßen Beschichtungen
Im Allgemeinen werden Polyethylenfolien und -beschichtungen bei Verpackungen auf Papierbasis verwendet, um Sperrschicht-Eigenschaften bereitzustellen, aber ihr Vorliegen schränkt die Wiederaufschließbarkeit der Verpackungen in Mühlen ein, die kostspielige Trennungs- und Siebklassierungsgerätschaften besitzen. Es ist in der Industrie wohlbekannt, dass mit Polyethylen oder Wachs beschichtete Materialien gegenüber einem Wiederaufschlussverfahren problematisch sind, es sei denn, dass kostspielige Siebklassierungs- und Reinigungsgerätschaften verwendet werden. Selbst mit diesen Gerätschaften gehen einige Stücke der Beschichtung durch den Papierbildungsbereich hindurch und beeinträchtigen das Laufvermögen. Zusätzlich dazu ist die Faserausbeute aus Polyethylen oder wachsbeschichteten Produkten reduziert, und zwar deswegen, weil die Faser häufig an der Beschichtung haftet und im Siebklassierungsverfahren entfernt wird.
Die beschichteten Papierrohstoffe, die als Rieseinschlagpapier verwendet werden, sind insbesondere bei erhöhten Temperaturen und erhöhtem pH ohne spezielle Gerätschaften und ohne spezielle Verarbeitung wiederaufschließbar. Die wässrigen Sperrschichtfilme der Beschichtungen können in dem Hydrapulper bei Standardbedingungen von pH 7 bis 11 und 21,9°C bis 60°C (70–140°F) leicht aufgespalten werden. Die Beschichtungen zerfallen leicht in einem alkalischen Medium, um eine Aufschlämmung zu erzeugen, die Papierfasern und Teilchen der Beschichtung enthält, die frei von irgendeiner Wachs-Komponente sind. Diese Aufschlämmung wird leicht direkt in einen Recycling-Strom von Büroabfallpapier eingeführt. Herkömmliche Papierherstellungstechniken werden verwendet, um diesen kombinierten Recycling-Strom in ein weißes Papier umzuwandeln. Die wachsfreien Beschichtungen werden leichter wiederaufgeschlossen und wiederverwertet als konventionelle Polyethylen- oder Wachs-Beschichtungen, ohne dass man von speziellen Gerätschaften abhängig ist, um weißes Papier hoher Qualität herzustellen.
Das beschichtete Papier oder die beschichtete Pappe kann durch herkömmliche Verfahren ohne spezielle Maßnahmen zum Entfernen von Polyethylen- oder Wachs-Beschichtungen in den Kreislauf zurückgeführt werden. Die Beschichtungen auf wässriger Basis werden aufgespalten und dispergieren mit den Papierfasern, wenn das Material durch einen Standard-Hydrapulper geleitet wird.
Die wiederaufgeschlossenen Papierrohstoffe können durch reguläre Reinigungsgerätschaften wiederverwertet werden und ohne irgendwelche Probleme durch konventionelle Papiermaschinen geleitet werden. Die wachsfreien Beschichtungen ergeben bei der Herstellung von weißem Papier hoher Qualität eine erhöhte Recycling-Fähigkeit der beschichteten Materialien gegenüber herkömmlichen Beschichtungen.

Claims

Verwendung von wiederverwertbarem und wiederaufschließbarem, beschichteten Papier oder von wiederverwertbarer und wiederaufschließbarer, beschichteter Pappe, die auf wenigstens einer Fläche mit einer Grundschicht (14) und wenigstens einer zusätzlichen Schicht (16) über der Grundschicht (14) als Rieseinschlagpapier beschichtet sind, wobei die Grundschicht (14) und die zusätzliche Schicht (16) beide wachsfrei sind und auf das Papier oder die Pappe (12) als Dispersionen auf wässriger Basis aufgetragen sind, die im Wesentlichen aus einem einzigen Polymer bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Acrylpolymeren, Acryl-Copolymeren, Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Ethylen-Vinylacetat, Polyvinylchlorid, Styrol-Butadien-Copolymeren, Polyvinylidenchlorid und dessen Copolymeren oder Stärke, wobei die Grundschicht (14) und die zusätzliche Schicht (16) gegebenenfalls Verdickungsmittel, Entschäumungs- oder Antischaummittel, Vernetzungsmittel, Gleitmitteladditive, Formentrennmittel und Antiblockiermittel einschließen können; und wobei die Grundschicht (14) und die zusätzliche Schicht (16) einen porenfreien Film auf dem Substrat bilden, der wasserbeständig ist und eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate im Bereich von 0,8 bis 7 g/645,2 cm² (100 in²) pro 24 h hat.
Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei die Dispersionen auf wässriger Basis einen Feststoffgehalt von größer als 20% haben.
Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei die Dispersionen auf wässriger Basis eine Viskosität im Bereich von 20 bis 1000 mPa × s (cP) haben.
Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei die Grundschicht (14) trockene Zugabegehalte im Bereich von 0,453 bis 3,624 kg/278,71 m² (1 bis 8 lb/3MSF) auf der Substratoberfläche ergibt.
Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei die zusätzliche Schicht (16) trockene Zugabegehalte im Bereich von 0,453 bis 3,624 kg/278,71 m² (1 bis 8 lb/3MSF) auf der Grundschicht (14) ergibt.
Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei die Beschichtungen insgesamt einen trockenen Zugabegehalt im Bereich von 0,906 bis 7,248 kg/278,71 m² (2,0 bis 16 lb/3MSF) ergeben.
Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei das Papier oder die Pappe (12) ein Basisgewicht im Bereich von 9,06 bis 67,95 kg/278,71 m² (20 bis 150 lbs/3000 ft²) und eine Dicke im Bereich von 0,102 bis 0,635 mm (0,004 bis 0,025 inch) haben.
Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei die Grundschicht (14) im Wesentlichen aus acrylmodifiziertem Poly(ethylacrylat)-Latex besteht, und die zusätzliche Schicht (16) im Wesentlichen aus Polyvinylidenchlorid oder dessen Copolymeren besteht.
Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei die Grundschicht (14) und die zusätzliche Schicht (16) im Wesentlichen aus Polyvinylidenchlorid oder dessen Copolymeren bestehen.
Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei das wiederverwertbare und wiederaufschließbare, beschichtete Papier oder die wiederverwertbare und wiederaufschließbare, beschichtete Pappe weiterhin wenigstens eine zusätzliche Schicht (16) umfassen.