EP4079964A1 - Verfahren zur herstellung eines heisssiegelfähigen papiers - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines heisssiegelfähigen papiers Download PDF

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EP4079964A1
EP4079964A1 EP21169546.5A EP21169546A EP4079964A1 EP 4079964 A1 EP4079964 A1 EP 4079964A1 EP 21169546 A EP21169546 A EP 21169546A EP 4079964 A1 EP4079964 A1 EP 4079964A1
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EP
European Patent Office
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heat
wax
weight
type
degrees celsius
Prior art date
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Pending
Application number
EP21169546.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Lemitz
Michael Steuernagel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Drewsen Spezialpapiere & Co KG GmbH
Original Assignee
Drewsen Spezialpapiere & Co KG GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Drewsen Spezialpapiere & Co KG GmbH filed Critical Drewsen Spezialpapiere & Co KG GmbH
Priority to EP21169546.5A priority Critical patent/EP4079964A1/de
Publication of EP4079964A1 publication Critical patent/EP4079964A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • D21H19/10—Coatings without pigments
    • D21H19/14—Coatings without pigments applied in a form other than the aqueous solution defined in group D21H19/12
    • D21H19/18—Coatings without pigments applied in a form other than the aqueous solution defined in group D21H19/12 comprising waxes
    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D21H19/46—Non-macromolecular organic compounds
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    • D21H19/46—Non-macromolecular organic compounds
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    • D21H19/44—Coatings with pigments characterised by the other ingredients, e.g. the binder or dispersing agent
    • D21H19/54—Starch

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a heat-sealable paper, in which a heat-sealable coating based on a heat-sealable polymer is applied to a paper web and the paper web is rolled up after the application of the heat-sealable coating. More particularly, the invention relates to a heat-seal coating used in the manufacture of the heat-sealable paper.
  • Such heat-seal coating compositions contain an antiblocking agent in order to prevent the paper web from sticking to itself when it is rolled up or during subsequent storage. Platelet-shaped pigments based on kaolin, for example, are known as antiblocking agents.
  • Heat-sealable packaging papers are suitable, for example, for the production of bag packaging and filling of dry goods such as pudding powder or vanilla sugar, but also for packaging other everyday items such as screws or sewing utensils.
  • heat-sealable paper is produced using a 2- or 3-pass process on a paper machine, possibly a coating machine and then a film laminating or extrusion system.
  • Previous attempts to produce a heat-sealable paper in a 1-pass process directly on a paper machine with an integrated coating unit have failed due to the limited application weight and the strong tendency of the hot paper web to block in the after-dryer section and/or reel-up.
  • the aim of this invention is the development of a heat-sealable paper in a 1-pass process (online process) on a paper machine with an integrated coating unit (e.g. a film press) and conventional paper drying in the after-dryer section (e.g. Air-Turn, IR emitters and steam-heated cylinders) and can be rolled up at 50°C to 65°C without blocking.
  • an integrated coating unit e.g. a film press
  • conventional paper drying in the after-dryer section e.g. Air-Turn, IR emitters and steam-heated cylinders
  • the heat-seal line contains wax in a disperse phase of at least one first type of wax, the melting point of the at least one first type of wax being above the maximum drying temperature of the paper web to be rolled up.
  • the melting temperature of the at least one type of wax is above the melting point of the heat-sealable polymer.
  • the invention proposes a synthetic or semi-synthetic wax as an anti-blocking agent, which wax is present in the heat-sealing coating composition as a disperse phase.
  • the wax of the at least one first type of wax is largely spherical in shape with a diameter of 1-6 ⁇ m.
  • the addition of at least one first type of wax in disperse form reduces the stickiness of the heat-seal coating composition at temperatures below the melting point of the heat-sealable polymer.
  • the cause of this phenomenon has not yet been researched, but one explanation could be that the wax balls largely retain their shape during the drying process and form a tangible spacer layer, while the polymer dries as a film and is largely distributed between the wax balls. In this way, the wax balls prevent the dried polymer film from coming into direct contact with the paper web lying over it when it is being wound up, and at most from having point-like contact.
  • the wax contains a second type of wax whose melting point is between the maximum drying temperature of the paper web to be rolled up and the melting point of the first type of wax.
  • the melting point of the second type of wax is selected between the melting temperature of the heat-sealable polymer and the melting point of the first type of wax.
  • a type of wax whose melting point is close to the melting point of the heat-sealable polymer improves the heat-sealability of the coating slip and can simultaneously act as an antiblocking agent.
  • the proportion by weight of the heat-sealable polymer in the coating composition can then be reduced, so that the blocking tendency is reduced simply by reducing the polymer proportion in the coating composition.
  • adding the second type of wax largely, ideally completely, compensates for the reduced heat-sealability of the coating compound.
  • the melting point of the first type of wax is in a range from 86 to 164 degrees Celsius, preferably between 100 to 164 degrees Celsius, particularly preferably between 105 and 164 degrees Celsius and in particular between 115 and 164 degrees Celsius or between 156 and 164 degrees Celsius.
  • the melting point of the second type of wax is in a range from 86 to 164 degrees Celsius, preferably between 100 and 150 degrees Celsius, particularly preferably between 100 and 121 degrees Celsius and in particular between 100 and 115 degrees Celsius or at 105 degrees Celsius selected.
  • the weight proportion of the first type of wax when using only the first type of wax in the wax mixture is in a range from 2% to 25% by weight, and when using the first and the second type of wax in the wax mixture in the range of 2% to 15% by weight, preferably selected at 5% by weight.
  • the inventive use of the amount of the first type of wax or the second type of wax or a mixture of the first and second type of wax exceeds the amount of less than 1% usually used for paper applications in which waxes are used for purposes other than that of an antiblocking agent.
  • the first type of wax is based on ethylene acrylic acid.
  • Ethylene acrylic acid wax is a synthetic wax with a relatively low melting temperature, i.e. a melting temperature close to the melting temperature of the heat-sealable polymer. It has been shown that the use of this wax, in addition to its effect as an anti-blocking agent, also improves the sealing strength of the heat-seal coating.
  • the heat-seal coat is applied to the paper web as a single coat with a basis weight in a range from 2 g/m 2 to 7 g/m 2 .
  • the application of the heat-seal line is greater than 7-10 g/m 2 . Blocking is increased in the prior art by these relatively large coat applications.
  • a lower application of 2g/m 2 to 7g/m 2 is possible because both the proportion of the usual antiblocking agents can be reduced and by supporting the heat sealability, in particular by using a type of wax with a melting point close to the melting point of the heat sealable polymer, the heat sealability of the coating composition can be improved to such an extent that the proportion of the heat-sealable polymer can also be reduced.
  • the amount of coat application can also be reduced if the base paper used is a particularly dense base paper due to high beating and the use of a hydrophobing agent as the substrate and the coat application remains particularly well on the paper surface.
  • the proportion by weight of the second type of wax in the heat-seal coating is in the range of 3% to 10%, preferably 6%, based on 100% by weight of the polymer.
  • the first type of wax is a synthetic wax, which secondary fatty acid amide waxes.
  • PE or PP waxes are also suitable for the second type of wax.
  • synthetic waxes these waxes have a relatively high melting point compared to the melting point of the heat sealable polymer.
  • a further aspect of the invention is that the heat-seal coating additionally contains 5% to 40% by weight of a flake-form pigment based on kaolin, based on 100% by weight of the heat-sealable polymer.
  • a further aspect of the invention is that the heat-seal coating additionally contains 0.1% to 1% by volume of acrylate copolymer, based on 100% by weight of the heat-sealable polymer.
  • a further aspect of the invention is that the heat-seal coating additionally contains 0.01% to 0.2% by volume of fatty alcohols, based on 100% by weight of the heat-sealable polymer.
  • the heat-sealable polymer consists of at least polyolefin or polypropylene ethylene acrylate polymers, or polyethylene polymers.
  • a front side coat is applied to the opposite side of the paper web with a coat application quantity of between 2 g/m 2 and 8 g/m 2 .
  • the precoating contains 20 to 80% by weight of a kaolin-based flaky pigment and 80 to 20% by weight modified starch. Modifications to the front coat may also be directed to other properties, such as improving gravure properties.
  • a production process for a heat-sealable paper provides the following process steps: production of a base paper in a paper machine with a mass per unit area (according to EN ISO 536) of 30 g/m 2 to 150 g/m 2 ; direct application of a heat seal line according to one of the method steps described above; and rolling up the paper web.
  • a heat-seal coating composition according to the invention based on a heat-sealable polymer, contains a synthetic or semi-synthetic wax of a first of preferably two or more types of wax, the melting point of which is above the maximum drying temperature of the paper web to be rolled up.
  • the temperature difference between the melting point of the synthetic or semi-synthetic wax and the maximum drying temperature of the paper web to be rolled up should be in a range between 1 and 60 degrees Celsius and in particular between 5 and 30 degrees Celsius and in particular between 5 and 15 degrees Celsius.
  • the melting point of the first type of wax is in a range from 100 to 110 degrees Celsius, preferably 105 degrees Celsius.
  • a further aspect of the invention is that the heat-sealable coating mass is in the range of 2% to 15% by weight, preferably 5% to 6% by weight, based on 100% by weight of the heat-sealable polymer.
  • the second type of wax is based on ethylene acrylic acid.
  • the wax in the disperse phase of the heat-seal coating composition contains a second type of wax, the proportion by weight of which is in the range of 3% to 10%, preferably 6%, based on 100% by weight of the polymer, the second type of wax having a having a lower melting point than the first type of wax, preferably a melting point in the range of 100 degrees Celsius to 110 degrees Celsius and wherein the second type of wax is based on secondary fatty acid amide waxes.
  • the heat-seal coating composition contains 5% to 40% by weight of a kaolin-based flaky pigment; 0.1% to 1% by volume acrylate copolymer; 0.01% to 0.2% by volume fatty alcohols; the heat sealable polymer consists at least of polyolefin or polypropylene ethylene acrylate polymers, or polyethylene polymers.
  • Another aspect of the invention also includes the arrangement for producing a heat-sealable paper web comprising a paper machine for producing a base paper web, a coating device for applying a heat-seal coating composition according to one of the above coating compositions, a coating device for applying a coating composition on the opposite side, a drying device and a reel-up for winding up the paper web .
  • FIG. 1 shows the manufacturing steps for producing a paper with a heat seal line.
  • the starting point, or process step 1 is the production of base paper in a paper machine with a basis weight (according to EN ISO 536) between 30 g/m 2 and 150 g/m 2 .
  • the ground pulp preferably has a degree of freeness of 40-65 degrees Schopper Riegler (according to EN ISO 5267-1/2).
  • the raw paper preferably has a cellulose composition of bleached cellulose in proportions of long fibers 10%-80% and short fibers 20% to 90%.
  • the base paper is treated with a wet strength agent, such as polyamidoamine-epichlorohydrin resin, at an application rate of between greater than 0 L/t and 18 L/t.
  • a heat seal coat is then applied directly to one side of the base paper as a single coat with a film press, preferably with a basis weight of 2 g/m 2 -7 g/m 2 and then dried.
  • the properties of the high-quality paper pulp are complemented by the inventive composition of the heat-seal coating, which is why the applied heat-sealing coating of 2 g/m 2 to 7 g/m 2 can be significantly less than the 10 g/m 2 coating that is usually applied, which also contributes to prevent blocking of the wound paper web.
  • the heat-sealable coating is applied on one side and has the following basic coating composition components: a heat-sealable binder such as, for example, modified starch or a synthetic binder based on styrene butadiene or polyacrylate; a pigment, preferably plate-like, for example kaolin; Mixture of synthetic and semi-synthetic waxes; if necessary, a lubricant, for example based on calcium stearate or PE, which improves printability, optionally a rheology aid and optionally a defoamer.
  • a heat-sealable binder such as, for example, modified starch or a synthetic binder based on styrene butadiene or polyacrylate
  • a pigment preferably plate-like, for example kaolin
  • Mixture of synthetic and semi-synthetic waxes if necessary, a lubricant, for example based on calcium stearate or PE, which improves printability, optionally
  • Table 1 function chemical basis Melting point degrees Celsius Weight percentage absolutely dry heat sealable polymer polyolefins, 85 100 First type of wax as an anti-block agent Wax based on secondary fatty acid amide waxes, so-called ethylene bisstereamide waxes 140 - 150 3-6-10 Second type of wax as an anti-block agent to improve heat sealability Synthetic wax based on ethylene acrylic acid 105 2-5-15 antiblock agents Platelet-shaped pigment based on kaolin - 5 - 40 setting rheology acrylate copolymer - 0.1 - 1.0 defoamer fatty alcohols - 0.01 - 0.2
  • a pigmented line is applied directly to the opposite side to compensate for curl and set other required paper properties, such as achieving a barrier against fats and mineral oils and/or achieving printability with gravure printing/flexographic printing inks.
  • the coat application amounts for this reverse coat are 0.8 g/m 2 to 8 g/m 2 .
  • Table 2 function chemical basis Melting point degrees Celsius Weight percentage absolutely dry pigment Platelet-shaped pigment based on kaolin - 20 - 80 binder Modified Starch - 80 - 20
  • the main advantage of the proposed composition of the heat-seal coat is that the heat-sealable paper can be produced in a single operation because the risk of blocking when winding the heat-sealable paper is significantly reduced.
  • the paper web is rolled up, preferably in a temperature range of 50.degree. C. to 65.degree.
  • the heat-sealable paper produced in this way has good heat-sealability.
  • the heat-sealable paper can also be geared towards good recyclability, so that it can be reused in the waste paper cycle.
  • “Special properties” such as a barrier against fats / mineral oils or printability with gravure / flexographic printing can be achieved with the back coating.
  • Coldtack i.e. a cold peel test
  • hottack a hot peel test
  • Table 3 shows that the tightening forces with hottack are higher than with coldtack at a sealing temperature between 90°C and 110°C, but then drop off quickly above that.
  • the maximum tightening forces that can be achieved are slightly lower than with Hottack, but remain largely constant in a temperature range from 90°C to 130°C, with a maximum at around 130°C.
  • Height Pull-off forces at Hottack enable the sealing seam to be processed quickly, for example in pouch manufacture and pouch packaging.
  • the waxes used for this invention to avoid deposits in the drying of the paper machine and to avoid blocking of the paper web after winding on the cylinder without prior cooling of the paper web are shown in Table 6.
  • Table 6 Waxes used to avoid deposits during line drying and blocking in the spool after winding Chemistry Semi-synthetic wax, amide wax based on ethylene bistearamide Synthetic wax, polyethylene - wax Synthetic wax, polypropylene wax Vegetable wax, soy wax s Melting point °C 140-150 115-121 156-164 68 Average particle size ⁇ m 5 4 6 1 charge nonionic nonionic nonionic anionic
  • the various formulations are listed in Tables 7, 8 and 9 below.
  • the parts refer to the dry substance of the respective coating color component.
  • Table 7 shows formulations C1-0, C1-1, C1-2, C1-3, and C1-4 with polyolefin as the heat-seal polymer Table 7 recipe ingredient V1-0 V1-1 V1-2 V1-3 V1-4 heat seal polymer Type polyolefin heat seal polymer parts 100 100 100 100 100 100 100 100 kaolin parts 0 25 25 25 25 25 25 copolymer wax parts 0 20 20 20 20 amide wax parts 0 20 0 0 0 PE wax parts 0 0 20 0 0 PP wax parts 0 0 0 20 0 soy wax parts 0 0 0 0 20
  • Table 8 below shows formulations C2-0, C2-1, C2-2, C23, and C2-4 with polyethylene acrylate as the heat-seal polymer Table 8 recipe ingredient V2-0 V2-1 V2-2 V2-3 V2-4 heat seal polymer
  • Table 9 shows formulations C3-0, C3-1, C3-2 and C3-3 with polyol ethylene vinyl acetate as the heat seal polymer. Since neither copolymer wax nor soy wax is compatible with polyolethylene vinyl acetate, the proportions of the other waxes were increased compared to the previous formulations.
  • Table 9 recipe ingredient V3-0 V3-1 V3-2 V3-3 heat seal polymer Type polyolethylene vinyl
  • the coat weights were adjusted so that the handsheets without wax and pigments had the same coat weights of heat sealable polymer as the handsheets with wax and pigments. The handsheets with wax and pigments therefore had a higher application weight overall.
  • the slip force of the coated side of a handsheet on a hot plate is determined.
  • the handsheet is placed with the coated side on the hot plate.
  • a weight of 1 kg measuring 5 cm ⁇ 5 cm ⁇ 5 cm is placed on the upper side of the laboratory sheet, so that a pressure of 0.4 N/cm 2 is exerted on the laboratory sheet.
  • a spring force measuring device is then attached to the laboratory sheet with an adhesive strip.
  • the laboratory sheet is then manually drawn over the 60° C. hot plate on the spring force measuring device at a uniform speed (0.3 m/min).
  • the slip force can therefore be determined directly on the spring force measuring device. The higher the measured force, the stickier the paper surface.
  • the smoothness was determined using the Bekk smoothness test.
  • the smoothness of the handsheets on the coated side was measured using a smoothness meter.
  • the property of heat sealing was also determined by a test developed by the applicant, in which the handsheets are sealed using a hand-held welder.
  • the heat sealing force of the sealed seam was determined using a strength test in which the force required to pull the paper strips apart at the sealed seam was determined using a strength tester.
  • the sealing seam on the laboratory sheets was produced using a hand welding device from Kopp SZ IG, in which the laboratory sheets were welded from coated side to coated side by manually pressing together the welding tongs at 135° C. and for 5 seconds.
  • the heat sealing force was then determined using a Kogel FPG 7/18 strength tester. The paper strips were clamped into the tensile tester and the force required to pull the paper strips apart at their sealed seam was measured.
  • Tables 10, 11 and 12 The results of the laboratory testing are presented in Tables 10, 11 and 12 below.
  • the results of Table 10 correspond to the formulations shown in Table 7
  • the results of Table 11 correspond to the formulations shown in Table 8
  • the results of Table 12 correspond to the formulations shown in Table 9.
  • Table 10 V1-0 V1-1 V1-2 V1-3 V1-4 heat seal polymers r
  • V2-0 V2-1 V2-2 V2-3 V2-4 heat seal polymers
  • Type polyethylene acrylate line application gsm 2 4 6 6 6 6 Smoothness after Bekk s 30 ⁇ 5 15 ⁇ 5 20 ⁇ 5 15 ⁇ 5 20 ⁇ 5
  • the heat-sealable polymers applied showed a sticky surface, which, as expected, leads to problems when metering in a paper machine with an integrated film press and subsequent contact drying on hot cylinders.
  • the tack test showed a significant decrease in tack from grades 6-10 with no wax/no pigments to grades of 2-3 with wax/with pigments. Furthermore, the tack test showed a decrease in tack due to a reduction in slip force to values of 3-5 N compared to values without wax / without pigments of 6-12 N. As the values for the heat seal forces determined show, the heat sealing forces can be largely retained despite the added waxes.
  • soy wax is regarded as an exception. Due to its low melting point on the hot drying cylinder, it is not possible to avoid deposits in combination with the heat-sealable polymers. Therefore, the semi-synthetic and synthetic waxes of the setting according to the invention are considered to be more suitable for avoiding deposits and blocking of the paper roll.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verfahren zur Herstellung eines heißsiegelfähigen Papiers bei dem ein Heißsiegelstrich, basierend auf einem heißsiegelfähigen Polymer auf eine Papierbahn aufgebracht wird und die Papierbahn im Anschluss auf den Auftrag des Heißsiegelstrichs aufgerollt wird und welches dadurch gekennzeichnet, dass der Heißsiegelstrich ein synthetisches beziehungsweise halbsynthetisches Wachs enthält, dessen Schmelzpunkt über der maximalen Trocknungstemperatur der aufzurollenden Papierbahn liegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines heißsiegelfähigen Papiers bei dem ein Heißsiegelstrich, basierend auf einem heißsiegelfähigen Polymer auf eine Papierbahn aufgebracht wird und die Papierbahn im Anschluss auf den Auftrag des Heißsiegelstrichs aufgerollt wird. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Heißsiegelstreichmasse, die bei der Herstellung des heißsiegelfähigen Papiers verwendet wird. Solche Heißsiegelstreichmassen enthalten, um einem Verkleben der Papierbahn mit sich selbst beim Aufrollen oder der anschließenden Lagerung zu vermeiden, ein Antiblockmittel. Bekannt sind als Antiblockmittel zum Beispiel plättchenförmiges Pigment auf Basis von Kaolin.
  • Heißsiegelfähige Verpackungspapiere sind geeignet für z.B. die Herstellung von Tütenverpackungen und Abfüllung von Trockenfüllgüter, wie beispielsweise Puddingpulver oder Vanillezucker, aber auch für die Verpackung von anderen Gebrauchsgegenständen, wie zum Beispiel Schrauben oder Nähutensilien.
  • Die Herstellung eines heißsiegelfähigen Papiers erfolgt beim aktuellen Stand der Technik durch ein 2-oder 3-Pass-Verfahren auf einer Papiermaschine, ggf. Streichmaschine und anschl. Folien-Laminier- oder Extrusions-Anlage. Bisherige Versuche, ein heißsiegelfähiges Papiers in einem 1-Pass-Verfahren direkt auf einer Papiermaschine mit integriertem Strichauftragsaggregat herzustellen, sind an dem hierbei nur begrenzt möglichen Auftragsgewicht und der starken Verblockungsneigung der heißen Papierbahn in der Nachtrockenpartie und / oder Aufrollung gescheitert.
  • Ziel dieser Erfindung ist die Entwicklung eines heißsiegelfähigen Papiers, das in einem 1-Pass-Verfahren (online Verfahren) auf einer Papiermaschine mit einem integrierten Strichauftragsaggregat (zum Beispiel einer Filmpresse) und einer konventionellen Papiertrocknung in der Nachtrockenpartie (zum Beispiel Air-Turn, IR-Strahler und dampfbeheizte Zylinder) hergestellt und ohne Verblocken bei 50°C bis 65 °C aufgerollt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Heißsiegelstrich Wachs in disperser Phase wenigstens einer ersten Wachssorte enthält, wobei der Schmelzpunkt der wenigstens einen ersten Wachssorte über der maximalen Trocknungstemperatur der aufzurollenden Papierbahn liegt. In einer weiteren Ausführungsform liegt die Schmelztemperatur der wenigstens einen Wachssorte über dem Schmelzpunkt des heißsiegelfähigen Polymers.
  • Die Erfindung schlägt als Antiblockmittel ein synthetisches beziehungsweise halbsynthetisches Wachs vor, welches in der Heißsiegelstreichmasse als disperse Phase vorliegt. Das Wachs der wenigstens einen ersten Wachssorte hat in der dispersen Phase weitgehend eine Kugelform mit einem Durchmesser von 1 - 6 µm. Die Zugabe wenigstens einer ersten Wachssorte in disperser Form reduziert die Klebrigkeit der Heißsiegelstreichmasse bei Temperaturen die unter dem Schmelzpunkt des heißsiegelfähigen Polymers liegen. Die Ursache für dieses Phänomen sind noch nicht erforscht, aber eine Erklärung könnte darin liegen, dass beim Trockenprozess die Wachskugeln weitgehend ihre Form erhalten und eine fühlbar Abstandsschicht bilden, während das Polymer als Film auftrocknet und weitgehend zwischen den Wachskugeln verteilt ist. Auf diese Weise verhindern die Wachskugeln dass der aufgetrocknete Polymerfilm beim Aufwickeln mit der darüber zum liegen kommenden Papierbahn in direkten Kontakt kommt, und allenfalls punktförmigen Kontakt hat.
  • Mit bisherigen bekannten Heißsiegelstreichmassen musste die Temperatur des Papiers bei der Aufrollung stark begrenzt werden, damit bei der Aufwicklung der Papierrolle Ablagerungen auf den Trockenzylindern der Strichtrocknung, sowie ein Verblocken der Papierbahn nach der Aufrollung vermieden werden konnten. Mit der erfindungsgemäßen Heißsiegelstreichmasse kann die Aufwicklung im Bereich 50 °C bis 65°C erfolgen ohne dass Verblockungen auftreten.
  • Ein weiterer Vorteil besteht zudem aber auch aus energetischer Sicht, weil bei der Herstellung des heißsiegelfähigen Papiers das Papier nicht wie üblich zwingend unter 50 Grad Celsius abgekühlt werden muss, bevor es aufgewickelt werden kann.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält das Wachs eine zweite Wachssorte deren Schmelzpunkt zwischen der maximalen Trocknungstemperatur der aufzurollenden Papierbahn und dem Schmelzpunkt der ersten Wachssorte liegt. In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Schmelzpunt der zweiten Wachssorte zwischen der Schmelztemperatur des heißsiegelfähigen Polymers und dem Schmelzpunkt der ersten Wachssorte gewählt.
  • Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass eine Wachssorte, deren Schmelzpunkt nahe am Schmelzpunkt des heißsiegelfähigen Polymers liegt, die Heißsiegelfähigkeit der Streichmasse verbessert und gleichzeitig als Antiblockmittel wirken kann. Durch die Verbesserung der Heißsiegelfähigkeit der Streichmasse kann dann aber der Gewichtsanteil des heißsiegelfähigen Polymers in der Streichmasse verringert werden, so dass schon alleine durch die Reduzierung des Polymeranteils in der Streichmasse die Blockierungsneigung verringert wird. Durch die Zugabe der zweiten Wachssorte wird die verringerte Heißsiegelfähigkeit der Streichmasse aber weitgehend, idealerweise komplett kompensiert.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Schmelzpunkt der ersten Wachssorte in einem Bereich von 86 bis 164 Grad Celsius, vorzugsweise zwischen 100 bis 164 Grad Celsius, besonders bevorzugt zwischen 105 und 164 Grad Celsius und insbesondere zwischen 115 und 164 Grad Celsius bzw. zwischen 156 bis 164 Grad Celsius gewählt.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Schmelzpunkt der zweiten Wachssorte in einem Bereich von 86 bis 164 Grad Celsius, vorzugsweise zwischen 100 bis 150 Grad Celsius, besonders bevorzugt zwischen 100 und 121 Grad Celsius und insbesondere zwischen 100 und 115 Grad Celsius bzw. bei 105 Grad Celsius gewählt.
  • Der Klarheit wegen soll festgestellt werden, dass die Zugabe nur der zweiten Wachssorte, also ohne die erste Wachssorte Verbesserungen im gleichen, größeren oder auch kleineren Umfang als die Zugabe der ersten Wachssorte führen kann. Besonders vorteilhafte Ergebnisse können jedoch durch eine aufeinander abgestimmte Dosierung von erster Wachssorte und zweiter Wachssorte erzielt werden.
  • Hierzu ist in einem weiteren Aspekt der Erfindung bezogen auf 100% Gewichtsanteil des heißsiegelfähigen Polymers der Gewichtsanteil der ersten Wachssorte bei alleiniger Verwendung der ersten Wachssorte im Wachsgemisch in einem Bereich von 2% bis 25% Gewichtsanteile, und bei der Verwendung der ersten und der zweiten Wachssorte im Wachsgemisch im Bereich von 2% bis 15% Gewichtsanteile, verzugsweise bei 5% Gewichtsanteil gewählt.
  • Die erfindungsgemäße Verwendung der Menge der ersten Wachssorte, beziehungsweise der zweiten Wachssorte, beziehungswiese eines Gemisches von erster und zweiter Wachssorte übersteigt die üblicherweise eingesetzte Menge von kleiner 1% für Papieranwendungen, bei welchen Wachse für andere Zwecke als die eines Antiblockmittels eingesetzt werden.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung basiert die erste Wachssorte auf Ethylen Acrylsäure. Ethylen Acrylsäure Wachs ist ein synthetisches Wachs mit relativ niedriger Schmelztemperatur, das heißt einer Schmelztemperatur nahe an der Schmelztemperatur des heißsiegelfähigen Polymers. Es hat sich gezeigt dass der Einsatz dieses Wachses zusätzlich zu der Wirkung als Antiblockmittel auch eine Verbesserung der Siegelkraft des Heißsiegelstrichs bewirkt.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der Heißsiegelstrich mit einer Flächenmasse in einem Bereich von 2g/m2 bis 7g/m2 als Einfachstrich auf die Papierbahn aufgetragen. Im Stand der Technik hingegen liegen die Strichaufträge des Heißsiegelstrichs in Höhe von größer 7 - 10 g/m2. Durch diese relativ großen Strichaufträge wird im Stand der Technik ein Verblocken verstärkt. Eine geringere Auftragung von 2g/m2 bis 7g/m2 ist möglich weil sowohl der Anteil der üblichen Antiblockmittel reduziert werden kann als auch durch die Unterstützung der Heißsiegelfähigkeit, insbesondere durch eine Wachssorte mit einem Schmelzpunkt nahe der Schmelztemperatur des heißsiegelfähigen Polymers die Heißsiegelfähigkeit der Streichmasse soweit verbessert werden kann, dass sich auch der Anteil des heißsiegelfähigen Polymers verringert werden kann.
  • Die Menge des Strichauftrags kann auch in dem Fall reduziert werden, wenn als Rohpapier ein besonders dichtes Rohpapier durch hohe Mahlung und Einsatz eines Hydrophobierungsmittels als Substrat verwendet wird und der Strichauftrag dadurch besonders gut auf der Papieroberfläche bleibt.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass der Gewichtsanteil der zweiten Wachssorte im Heißsiegelstrich bezogen auf 100% Gewichtsanteil des Polymers im Bereich 3% bis 10%, verzugsweise bei 6% liegt.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die zweite Wachssorte, beziehungsweise wenn nur eine Wachssorte Verwendung findet, die erste Wachssorte ein synthetisches Wachs ist, welches auf sekundären Fettsäure-Amid-Wachsen basiert. Geeignet für die zweite Wachssorte sind aber auch PE oder PP Wachse. Als synthetische Wachse haben diese Wachse einen relativen hohen Schmelzpunkt gegenüber dem Schmelzpunkt des heißsiegelfähigen Polymers.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass der Heißsiegelstrich bezogen auf 100% Gewichtsanteil des heißsiegelfähigen Polymers zusätzlich 5% bis 40% Gewichtsanteile eines plättchenförmigen Pigments auf Basis von Kaolin enthält.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass der Heißsiegelstrich bezogen auf 100% Gewichtsanteil des heißsiegelfähigen Polymers zusätzlich 0,1% bis 1% Volumenanteile Acrylat Copolymer enthält.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass der Heißsiegelstrich bezogen auf 100% Gewichtsanteil des heißsiegelfähigen Polymers zusätzlich 0,01% bis 0,2% Volumenanteile Fettalkohole enthält.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass das heißsiegelfähige Polymer wenigstens aus Polyolefin oder Polypropylenethylen-Acrylat Polymeren, oder Polyethylen Polymeren besteht.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass auf der Gegenseite der Papierbahn ein Vorderseitenstrich mit einer Strichauftragsmenge zwischen 2g/m2 und 8g/m2 aufgetragen wird.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass der Vorderseitenstrich 20 bis 80 Gewichtsprozente eines plättchenförmigen Pigments auf Basis von Kaolin und 80 bis 20 Gewichtsprozente modifizierte Stärke enthält. Abwandelungen des Vorderseitenstrichs können auch auf andere Eigenschaften, wie zum Beispiel die Verbesserung der Tiefdruckeigenschaften ausgerichtet sein.
  • Ein Herstellungsverfahren eines heißsiegelfähigen Papiers sieht die folgenden Verfahrensschritte vor: Herstellung eines Rohpapiers in einer Papiermaschine mit einer flächenbezogenen Masse (nach EN ISO 536) von 30g/m2 bis 150 g/m2; direkter Auftrag eines Heißsiegelstriches entsprechend einem der vorangehend beschriebenen Verfahrensschritte; und Aufrollen der Papierbahn.
  • Eine erfindungsgemäße Heißsiegelstreichmasse, basierend auf einem heißsiegelfähigen Polymer, enthält ein synthetisches beziehungsweise halbsynthetisches Wachs einer ersten von vorzugsweise zwei oder mehr Wachssorten, dessen Schmelzpunkt über der maximalen Trocknungstemperatur der aufzurollenden Papierbahn liegt.
  • Dabei soll der Temperaturunterschied zwischen dem Schmelzpunkt des synthetisches beziehungsweise halbsynthetisches Wachses und der maximalen Trocknungstemperatur der aufzurollenden Papierbahn in einem Bereich zwischen 1 und 60 Grad Celsius und insbesondere zwischen 5 und 30 Grad Celsius und insbesondere zwischen 5 und 15 Grad Celsius betragen.
  • Ein weiterer Aspekt der Heißsiegelstreichmasse besteht darin, dass der Schmelzpunkt der ersten Wachssorte in einem Bereich von 100 bis 110 Grad Celsius, vorzugsweise bei 105 Grad Celsius liegt.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Heißsiegelstreichmasse bezogen auf 100% Gewichtsanteil des heißsiegelfähigen Polymers der Gewichtsanteil der zweiten Wachssorte im Bereich von 2% bis 15% Gewichtsanteile, verzugsweise bei 5% bis 6% Gewichtsanteil liegt.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die zweite Wachssorte auf Ethylen Acrylsäure basiert.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass das in disperser Phase vorliegende Wachs der Heißsiegelstreichmasse eine zweite Wachssorte enthält, deren Gewichtsanteil bezogen auf 100% Gewichtsanteil des Polymers im Bereich 3% bis 10%, verzugsweise bei 6% liegt, wobei die zweite Wachssorte einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als die erste Wachssorte, vorzugsweise einen Schmelzpunkt im Bereich von 100 Grad Celsius bis 110 Grad Celsius und wobei zweite Wachssorte auf sekundären Fettsäure-Amid-Wachsen basiert.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält die Heißsiegelstreichmasse 5% bis 40% Gewichtsanteile eines plättchenförmigen Pigments auf Basis von Kaolin; 0,1% bis 1% Volumenanteile Acrylat Copolymer; 0,01% bis 0,2% Volumenanteile Fettalkohole; das heißsiegelfähigen Polymer besteht wenigstens aus Polyolefin oder Polypropylenethylen-Acrylat Polymeren, oder Polyethylen Polymeren.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst auch die Anordnung zur Herstellung einer heißsiegelfähigen Papierbahn umfassend eine Papiermaschine zur Herstellung einer Rohpapierbahn, eine Streichvorrichtung zum Auftrag einer Heißsiegelstreichmasse nach einem der vorstehenden Strichzusammensetzungen, eine Streichvorrichtung zum Auftrag einer Gegenseitenstreichmasse, einer Trocknungsvorrichtung und einen Aufroller zum Aufwickeln der Papierbahn.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen und der Figur 1 beschrieben. Die einzige Figur 1 zeigt die Herstellungsschritte zur Herstellung eines Papiers mit einem Heißsiegelstrich.
  • Ausgangspunkt, beziehungsweise Verfahrensschritt 1 ist die Herstellung eines Rohpapiers in einer Papiermaschine mit einer flächenbezogenen Masse (nach EN ISO 536) zwischen 30 g/m2 und 150 g/m2. Um mit einem möglichst geringen Auftrag an heißsiegelfähigem Strich die geforderten hohen Siegelkräfte und -Qualitäten erreichen zu können, ist prinzipiell die Herstellung eines dichten Rohpapiers mit einem hoch ausgemahlenen Zellstoff von Vorteil. Der gemahlene Zellstoff weist dabei vorzugsweise Mahlgrade von 40 - 65 Grad Schopper Riegler (nach EN ISO 5267-1/2) auf. Das Rohpapier weist vorzugsweise eine Zellstoff-Zusammensetzung auf von gebleichten Zellstoffe in Anteilen Langfaser 10 %- 80 % und Kurzfaser 20 % bis 90 %. Gegebenenfalls ist das Rohpapier behandelt mit einem Nassfestmittel, wie beispielsweise Polyamidoamin-Epichlorhydrin Harz, bei einer Einsatzmenge zwischen größer 0 L/ t und 18 L/t.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt 2 wird daran anschließend ein Heißsiegelstrichs mit einer Filmpresse auf einer Seite des Rohpapiers als Einfachstrich mit vorzugsweise einem Flächengewicht von 2 g/m2 - 7 g/m2 direkt aufgetragen und anschließend getrocknet. Hierbei ergänzen sich die Eigenschaften der hochwertigen Papiermasse mit der erfinderischen Zusammensetzung des Heißsiegelstrichs weswegen der aufgetragene Heißsiegelstrich mit 2 g/m2 bis 7 g/m2 deutlich weniger als die üblicherweise aufgetragenen Striche mit 10g/ m2 betragen kann, was zusätzlich dazu beiträgt, ein Verblocken der aufgewickelten Papierbahn zu verhindern.
  • Der heißsiegelfähige Strich wird einseitig aufgetragen und weist folgende prinzipielle Streichmassenbestandteile auf: einen heißsiegelfähiger Binder wie zum Beispiel modifzierte Stärke oder synthetischer Binder auf Basis Styrolbutadien oder Polyacrylat; ein Pigment, vorzugsweise plättchenförmig, zum Beispiel Kaolin; Mischung aus synthetischen und halbsynthetischen Wachsen; gegebenenfalls Gleitmittel, zum Beispiel auf Basis Calciumstearat oder PE, wodurch die Bedruckbarkeit verbessert wird, gegebenenfalls ein Rheologie-Hilfsmittel und gegebenenfalls ein Entschäumer. Die folgende Tabelle gibt die Gewichtsanteile der einzelnen Bestandteile der Rezeptur als absolut trocken für ein Ausführungsbeispiel an: Tabelle 1
    Funktion Chemische Grundlage Schmelzpunkt Grad Celsius Gewichtsanteil absolut trocken
    heißsiegelfähiges Polymer Polyolefine, 85 100
    Erste Wachssorte als Antiblockmittel Wachs auf Basis sekundärer Fettsäure-Amid-Wachse, sogenannte Ethylenbistereamid-Wachse 140 - 150 3 - 6 -10
    Zweite Wachssorte als Antiblockmittel zur Verbesserung der Heißsiegelfähigkeit Synthetisches Wachs auf Basis von Ethylen Acrylsäure 105 2 - 5 - 15
    Antiblockmittel Plättchenförmigen Pigments auf Basis von Kaolin - 5 - 40
    Einstellung Rheologie Acrylat Copolymer - 0,1 - 1,0
    Entschäumer Fettalkohole - 0,01 - 0,2
  • In einem nächsten Verfahrenschritt 3 wird direkt ein pigmentierten Strichs auf der Gegenseite zum Curl-Ausgleich und Einstellen weiterer geforderter Papier-Eigenschaft, wie z.B. Erreichung einer Barriere gegen Fette und Mineralöle und/ oder Erreichung einer Bedruckbarkeit mit Tiefdruck / Flexodruckfarben aufgetragen. Die Strichauftragsmengen für diesen Rückseitenstrich betragen 0,8 g/m2 bis 8 g/m2. Tabelle 2
    Funktion Chemische Grundlage Schmelzpunkt Grad Celsius Gewichtsanteil absolut trocken
    Pigment Plättchenförmigen Pigments auf Basis von Kaolin - 20 - 80
    Binder Modifizierte Stärke - 80 - 20
  • Der Hauptvorteil der vorgeschlagenen Zusammensetzung des Heißsiegelstrichs liegt darin dass das heißsiegelfähige Papier in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt werden kann weil die die Gefahr einer Verblockung beim Aufwickeln des heißsiegelfähigen Papiers erheblich reduziert ist.
  • Es ist natürlich möglich diese letzten beiden Verfahrensschritte auch in umgekehrter Reihenfolge auszuführen, also zuerst der Auftrag des Rückseitenstriches und danach der Auftrag des Heißsiegelstrichs. Als nächster Verfahrensschritt 4 erfolgt das Aufrollen der Papierbahn vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 50 °C bis 65°C.
  • Das auf diese Weise hergestellte heißsiegelfähige Papier weist eine gute Heißsiegelfähigkeit auf. Durch Auswahl eines geeigneten Binders kann das heißsiegelfähige Papier auch auf eine gute Recycling Fähigkeit ausgerichtet werden, so dass ein Wiedereinsatz im Altpapierkreislauf gegeben ist. Mit der Rückseitenbeschichtung können "Sondereigenschaften", wie z.B. Barriere gegen Fette / Mineralöle oder Bedruckbarkeit mit Tiefdruck / Flexodruck erzielt werden.
  • Mit dem beschriebenen Verfahren können die folgenden Siegelkräfte bei einem Siegelnahtabzugstest erzielt werden: Tabelle 3
    Siegelnahtabzugstest
    Siegeltemperatur °C Hottack N/45mm Coldtack N/45mm
    90 14,0 13,8
    100 14,6 13,4
    110 14,4 13,6
    120 11,7 14,2
    130 7,6 14.3
    140 2,1 12,2
  • Coldtack, also ein Kaltabzugstest und Hottack, ein Heißabzugstest sind bekannte Verfahren zur Messung der Klebekräfte. Tabelle 3 zeigt dass die Anzugskräfte bei Hottack bei einer Siegeltemperatur zwischen 90°C und 110°C höher liegen als bei Coldtack, darüber aber dann schnell abfallen. Bei Coldtack liegen die maximal erreichbaren Anzugskräfte etwas geringer als bei Hottack, bleiben aber in einem Temperaturbereich von 90°C bis 130°C weitgehend konstant, mit einem Maximum bei etwa 130°C. Hohe Abzugskräfte bei Hottack ermöglichen eine schnelle Verarbeitung der Siegelnaht, zum Beispiel bei der Beutelherstellung und der Beutelverpackung.
  • Bei einem nach dem beschriebenen Herstellungsverfahren eines heißsiegelfähiges Papier mit 50 g/m2 mit einseitigen Heißsiegelstrich und einseitigen Strich für Bedruckung sowie Barriere wurden die folgenden Papiereigenschaften gemessen: Tabelle 4
    Prüfparameter Wert
    Flächengewicht (EN ISO 536) 50,00 g/m2
    Dicke (EN 20534) 53,40 µm
    Wassergehalt absolut (DIN EN 20 287) 6,08 %
    Glätte Bekk OS (ISO 5627) 100,40 s
    Glätte Bekk SS (ISO 5627) 90,40 s
    Porosität nach Bendtsen (ISO 5636-3) (150WG) 0,0 ml/Min
    Cobb-Wasser 60 OS (EN 20535) 13,90 g/m2
    Cobb-Wasser 60 SS (EN 20535) 25,23 g/m2
    Cobb-Unger 120 OS 2,08 g/m2
    Cobb-Unger 120 SS 1,00 g/m2
    Leimung 14,00 Min
    Leimungsfaktor 2,10
    Asche (ISO 1762) 2,70 %
    Berstdruck Mullen (ISO 2758) 297,50 kPa
    Bruchkraft längs (EN ISO 1925 2/3) 67,70 N/15mm
    Bruchkraft quer (EN ISO 1925 2/3) 38,05 N/15mm
    Steifigkeit nach Taber längs 0,74 pcm
    Steifigkeit nach Taber quer 0,42 pcm
    Weisse mit UV auf OS (ISO 2470) 82,86
    Farbort auf OS L* (ISO 5631-1/2) 95,78
    Farbort auf OS a*(ISO 5631-1/2) -0,04
    Farbort auf OS b*(ISO 5631-1/2) 5,32
    Fett DIN Stufe OS 0,0 Stufe
    Fett DIN Stufe SS 4,0 Stufe
  • Im Folgenden werden nun Beispiele für eine Laborausarbeitung zur Darstellung der Reduzierung der Klebrigkeit von heißsiegelfähigen Polymeren mit Zugabe von Wachsen angegeben. Als Grundlage wurde ein Rohpapiermuster von der Papiermaschine mit 50 g/m2 , aschefrei verwendet, welches mit gebleichtem Markenzellstoff aus 2/3 Langfaser und 1/3 Kurzfaser, mit Dosierung Naßfestmittel auf Basis Polyaminamidepichlorhydrin-Harz. Blätter der Größe DIN A4 wurden mit Handrakel im Labor einseitig mit verschiedenen Rezepturen beschichtet. Die verwendeten heißsiegelfähigen Polymere sind in der folgenden Tabelle aufgelistet. Bei den heißsiegelfähigen Polymeren handelt es sich um handelsübliche wässrige Dispersionen mit unterschiedlichen Feststoffgehalten. Tabelle 5
    Verwendetes Heißsiegelpolymer
    Chemie Polyolefin Polyethylenacrylat Polyethylenvinylacetat
    Handelsform wässrige Polyolefin-Dispersion wässrige Polyethylenacrylat-Dispersion wässrige Polyethylenvinylacetat -Dispersion
    Feststoffgehalt (FG) % Handelsware 56 30 50
    pH Wert der Handelsware 9,9 9,5 4-5
  • Die für diese Erfindung eingesetzten Wachse zur Vermeidung von Ablagerungen in der Trocknung der Papiermaschine und Vermeidung von Verblocken der Papierbahn nach Aufrollung am Tambour ohne vorherige Abkühlung der Papierbahn sind in Tabelle 6 dargestellt. Tabelle 6
    Verwendete Wachse zur Vermeidung von Ablagerungen in der Strichtrocknung und Vermeidung von Verblockung im Tambour nach Aufrollung
    Chemie Halbsynthetisches Wachs, Amidwachs auf Basis Ethylenbistearamide Synthetisches Wachs, Polyethylen - Wachs Synthetisches Wachs, Polypropylen -Wachs Pflanzliches Wachs, Sojawach s
    Schmelzpunkt °C 140-150 115-121 156-164 68
    Partikelgröße durchschnittlich µm 5 4 6 1
    Ladung nichtionisch nichtionisch nichtionisch anionisch
  • Die verschiedenen Rezepturen sind in den folgenden Tabellen 7, 8 und 9 aufgeführt. Die Teile beziehen sich auf Trockensubstanz der jeweiligen Streichfarben Komponente.
  • Zunächst zeigt Tabelle 7 Rezepturen V1-0, V1-1, V1-2, V1-3, und V1-4 mit Polyolefin als Heißsiegelpolymer Tabelle 7
    Rezeptur Bestandteil V1-0 V1-1 V1-2 V1-3 V1-4
    Heißsiegelpolymer Type Polyolefin
    Heißsiegelpolymer Teile 100 100 100 100 100
    Kaolin Teile 0 25 25 25 25
    Copolymer Wachs Teile 0 20 20 20 20
    Amidwachs Teile 0 20 0 0 0
    PE Wachs Teile 0 0 20 0 0
    PP Wachs Teile 0 0 0 20 0
    Sojawachs Teile 0 0 0 0 20
  • Unten stehende Tabelle 8 zeigt Rezepturen V2-0, V2-1, V2-2, V23, und V2-4 mit Polyethylenacrylat als Heißsiegelpolymer Tabelle 8
    Rezeptur Bestandteil V2-0 V2-1 V2-2 V2-3 V2-4
    Heißsiegelpolymer Type Polyethylenacrylat
    Heißsiegelpolymer Teile 100 100 100 100 100
    Kaolin Teile 0 25 25 25 25
    Copolymer Wachs Teile 0 20 20 20 20
    Amidwachs Teile 0 20 0 0 0
    PE Wachs Teile 0 0 20 0 0
    PP Wachs Teile 0 0 0 20 0
    Sojawachs Teile 0 0 0 0 20
  • Tabelle 9 zeigt Rezepturen V3-0, V3-1, V3-2 und V3-3 mit Polyolethylenvinylacetat als Heißsiegelpolymer. Da weder Copolymerwachs noch Sojawachs mit Polyolethylenvinylacetat verträglich ist, wurden die Anteile der anderen Wachse gegenüber der vorangehenden Rezepturen erhöht. Tabelle 9
    Rezeptur Bestandteil V3-0 V3-1 V3-2 V3-3
    Heißsiegelpolymer Type Polyolethylenvinylacetat
    Heißsiegelpolymer Teile 100 100 100 100
    Kaolin Teile 0 25 25 25
    Copolymer Wachs Teile 0 0 0 0
    Amidwachs Teile 0 25 0 0
    PE Wachs Teile 0 0 25 0
    PP Wachs Teile 0 0 0 25
    Sojawachs Teile - - - -
  • Die Auftragsgewichte wurden so eingestellt, dass die Laborblätter ohne Wachs und Pigmente die gleichen Auftragsgewichte von heißsiegelfähigen Polymer aufwiesen wie die Laborblätter mit Wachs und Pigmenten. Die Laborblätter mit Wachs und Pigmenten hatten deshalb in der Summe ein höheres Auftragsgewicht. Anschließend wurden die beschichteten Laborblätter auf die Eigenschaft der Klebrigkeit und der Heißsiegelfähigkeit untersucht. Dabei wurden zwei Teste zur Bewertung der Klebrigkeit angewendet. Bei dem ersten Test wird die Klebrigkeit der Papieroberfläche durch manuelle Fühlsensorik mit den Fingern bewertet. Die Laborblätter wurden unmittelbar nach der Trocknung der Beschichtung im warmen Zustand auf die Klebrigkeit bewertet nach einem Notensystem. Je höher die Note, desto klebriger die beschichtete Oberfläche. Es wurde die folgende Notenskala verwendet: 10 = stark klebrig ; 8 = deutlich klebrig; 6 = fühlbare Klebrigkeit ; 4 = Klebrigkeit nicht mehr fühlbar; 2 = eindeutig nicht klebrig
  • Bei einem von der Anmelderin entwickelten Test, nachfolgend als Klebkrafttest bezeichnet wird die Rutschkraft der beschichteten Seite eines Laborblattes auf einer heißen Platte bestimmt. Das Laborblatt wird hierbei mit der beschichteten Seite auf die heiße Platte gelegt. Auf die Oberseite des Laborblattes wird ein Gewicht von 1 kg mit den Abmaßen 5 cm x 5 cm x 5 cm gelegt, so dass hierdurch ein Druck 0,4 N/cm2 auf das Laborblatt ausgeübt wird. Mit einem Klebestreifen wird dann ein Federkraftmeßgerät am Laborblatt befestigt. Anschließend wird das Laborblatt mit gleichmäßiger Geschwindigkeit (0,3 m/min) an dem Federkraftmeßgerät manuell über die 60°C heiße Platte gezogen. Die Rutschkraft kann daher direkt am Federkraftmeßgerät bestimmt werden. Je höher die gemessene Kraft, desto klebriger ist die Papieroberfläche.
  • Zusätzlich wurde die Glätte mit der Glätte Bestimmung nach Bekk bestimmt. Mit einem Glättemessgerät wurde die Glätte der Laborblätter auf der beschichteten Seite gemessen.
  • Die Eigenschaft der Heißsiegelfähigkeit wurde ebenfalls durch einen von der Anmelderin entwickelten Test bestimmt, bei dem die Laborblätter mittels eines Handschweißgerätes versiegelt werden. Die Heißsiegelkraft der Siegelnaht wurde mit einem Festigkeitstest ermittelt, bei dem die Kraft für das Auseinanderziehen der Papierstreifen an der Siegelnaht durch ein Festigkeitsprüfgerät bestimmt wurde. Die Erzeugung der Siegelnaht auf den Laborblättern erfolgte mit einem Handschweißgerät der Fa. Kopp SZ IG, bei der die Verschweißung der Laborblätter von beschichteter Seite gegen beschichtete Seite durch manuelles Zusammenpressen der Schweißzange bei 135 °C und 5 Sekunden erfolgte. Anschließend wurde die Heißsiegelkraft mit einem Festigkeitsprüfgerät FPG 7/ 18 der Fa. Kögel bestimmt. Dabei wurden die Papierstreifen in das Zugprüfgerät eingespannt und die Kraft gemessen, die benötigt wurde die Papierstreifen an ihrer Siegelnaht auseinander zu ziehen.
  • Die Ergebnisse der Laboruntersuchung sind in den unten abgebildeten Tabellen 10, 11 und 12 dargestellt. Die Ergebnisse der Tabelle 10 korrespondieren dabei mit den in Tabelle 7 dargestellten Rezepturen, die Ergebnisse der Tabelle 11 korrespondieren dabei mit den in Tabelle 8 dargestellten Rezepturen und die Ergebnisse der Tabelle 12 korrespondieren dabei mit den in Tabelle 9 dargestellten Rezepturen. Tabelle 10
    V1-0 V1-1 V1-2 V1-3 V1-4
    Heißsiegelpolyme r Type Polyolefin
    Strichauftrag g/m2 6 8 8 8 8
    Glätte nach Bekk s 35 ±10 20 ±10 20 ±5 20 ±5 25 ±10
    Sensorische Klebrigkeit Note 8 2 3 3 3
    Klebekrafttest N 8 3 5 5 5
    Heißsiegelkraft N/15m m 3,1 2,8 2,8 3,0 3,0
    Tabelle 11
    V2-0 V2-1 V2-2 V2-3 V2-4
    Heißsiegelpolyme r Type Polyethylenacrylat
    Strichauftrag g/m2 4 6 6 6 6
    Glätte nach Bekk s 30 ±5 15 ±5 20 ±5 15 ±5 20 ±5
    Sensorische Klebrigkeit Note 6 2 3 3 2
    Klebekrafttest N 6 3 4 4 3
    Heißsiegelkraft N/15m m 3,0 2,8 3,0 3,2 2,6
    Tabelle 12
    V3-0 V3-1 V3-2 V3-3
    Heißsiegelpolymer Type Polyolethylenvinylacetat
    Strichauftrag g/m2 6 8 8 8
    Glätte nach Bekk s 30 ±5 25 ±5 20 ±5 15 ±5
    Sensorische Klebrigkeit Note 10 2 3 3
    Klebekrafttest N 12 3 4 4
    Heißsiegelkraft N/15m m 3,0 2,9 3,1 2,9
    • Bewertung der Ergebnisse:
  • Die aufgetragenen heißsiegelfähigen Polymere zeigten ohne Zugabe von Wachs / Pigmenten eine klebrige Oberfläche, die erwartungsgemäß zu Problemen bei einer Dosierung in einer Papiermaschine mit integrierter Filmpresse und anschließender Kontakttrocknung auf heißen Zylindern führt.
  • Ohne Zugabe von Wachs / Pigmenten in der Beschichtung sind in der anschließenden Aufrollung der Papierbahn ohne vorherige Abkühlung der Papierbahn Verklebungen bzw. Verblocken in der Papierrolle zu beobachten.
  • Durch die erfindungsgemäße Zugabe von Wachsen und Pigmenten in den Rezepturen mit heißsiegelfähigen Polymeren konnte eine signifikante Reduzierung der Klebrigkeit an Hand von Laborblättern ermittelt werden. Insbesondere der Klebrigkeit Test zeigte eine deutliche Abnahme der Klebrigkeit auf Noten von Noten 6-10 ohne Wachs/ ohne Pigmente auf Noten von 2-3 mit Wachs/ mit Pigmente. Des Weiteren zeigte der Klebkrafttest eine Abnahme der Klebrigkeit durch eine Reduzierung der Rutschkraft auf Werte von 3-5 N im Vergleich zu Werten ohne Wachs / ohne Pigmente von 6-12 N. Wie die Werte für die ermittelten Heißsiegelkräfte zeigen, können die Heißsiegelkräfte trotz der zugegebenen Wachse weitgehend erhalten werden.
  • Überraschender Weise konnten auch an Hand der Glätte-Bestimmung nach Bekk Unterschiede in den Beschichtungen gefunden werden. Die Ergebnisse zeigen einen Trend bei den Glätte Werten. Die Laborblätter ohne Wachs/ ohne Pigmente zeigten eine höhere Glätte als die Laborblätter mit Wachs/ mit Pigmenten. Eine Interpretation der Glätte für die Klebrigkeit besteht darin, je höher die Glätte, desto stärker wird die Papieroberfläche abgedichtet. Dies resultiert in einem höheren Luftwiderstand auf der Papieroberfläche und ist je höher ein Indiz für eine höhere Klebrigkeit der Papieroberfläche. Diese Werte im Hinblick auf Reduzierung der Klebrigkeit lassen die berechtigte Erwartung zu, dass die in der Papiermaschine aufgetragene Beschichtung auf der Papierbahn sich ohne Ablagerung auf Trockenzylinder und ohne Verblockung der aufgerollten Papierbahn produzieren lassen.
  • Als Ausnahme wird jedoch das Sojawachs betrachtet, dass auf Grund seines niedrigen Schmelzpunktes auf den heißen Trockenzylinder ein Vermeiden von Ablagerungen im Zusammenspiel mit den heißsiegelfähigen Polymeren nicht ermöglicht. Deshalb werden die halbsynthetischen und synthetischen Wachsen der erfindungsgemäßen Einstellung zur Vermeidung von Ablagerungen und Verblockungen der Papierrolle als geeigneter betrachtet.
  • Die Eigenschaft einer Heißsiegelfähigkeit wurde durch die Zugabe von Wachsen und Pigmenten nicht negativ beeinflusst. Es konnte eine sehr gute Heißsiegelfähigkeit an den Laborblättern gemessen werden. Die durchgeführte Studie kommt daher zu dem Ergebnis, dass mit der erfindungsgemäßen Zugabe von halbsynthetischen und synthetischen Wachsen mit hohem Schmelzpunkt zu einer Rezeptur mit heißsiegelfähigen Polymeren eine Vermeidung von Ablagerungen auf den Trockenzylinder der Strichtrocknung sowie eine Vermeidung von Verblocken der Papierbahn nach der Aufrollung bei höheren Temperaturen im Bereich 50 °C bis 60°C zu erzielen ist und dabei ein heißsiegelfähiges Papier mit guten Heißsiegeleigenschaften erzeugt werden kann.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines heißsiegelfähigen Papiers bei dem ein Heißsiegelstrich, basierend auf einem heißsiegelfähigen Polymer auf eine Papierbahn aufgebracht wird und die Papierbahn im Anschluss auf den Auftrag des Heißsiegelstrichs aufgerollt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißsiegelstrich in disperser Phase Wachs wenigstens einer ersten Wachssorte enthält, dessen Schmelzpunkt über der maximalen Trocknungstemperatur der aufzurollenden Papierbahn liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzpunkt der wenigsten einen ersten Wachssorte in einem Bereich von 86 bis 164 Grad Celsius, vorzugsweise zwischen 100 bis 164 Grad Celsius, besonders bevorzugt zwischen 105 und 164 Grad Celsius und insbesondere zwischen 115 und 164 Grad Celsius bzw. zwischen 156 bis 164 Grad Celsius liegt und / oder dass das Wachs eine zweite Wachssorte enthält, deren Schmelzpunkt zwischen der maximalen Trocknungstemperatur der aufzurollenden Papierbahn und dem Schmelzpunkt der ersten Wachssorte, insbesondere zwischen der Schmelztemperatur des heißsiegelfähigen Polymers und dem Schmelzpunkt der ersten Wachssorte gewählt ist.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass der Schmelzpunkt der zweiten Wachssorte in einem Bereich von 86 bis 164 Grad Celsius, vorzugsweise zwischen 100 bis 150 Grad Celsius, besonders bevorzugt zwischen 100 und 121 Grad Celsius und insbesondere zwischen 100 und 115 Grad Celsius bzw. bei 105 Grad Celsius gewählt ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf 100% Gewichtsanteil des heißsiegelfähigen Polymers die Gewichtsanteile der ersten Wachssorte bei alleiniger Verwendung der ersten Wachssorte in einem Bereich von 2% bis 25% Gewichtsanteile, und bei der Verwendung der ersten und der zweiten Wachssorte im Bereich von 2% bis 15% Gewichtsanteile, verzugsweise bei 5% Gewichtsanteil gewählt ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Gewichtsanteil der zweiten Wachssorte bezogen auf 100 % Gewichtsanteil des Polymers im Bereich 3 % bis 10 %, verzugsweise bei 6 % gewählt ist.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erste oder zweite Wachssorte ein Wachs basierend auf Ethylen Acrylsäure oder sekundären Fettsäure-Amid-Wachsen gewählt ist.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißsiegelstrich bezogen auf 100 % Gewichtsanteil des heißsiegelfähigen Polymers zusätzlich 5 % bis 40 % Gewichtsanteile eines plättchenförmigen Pigments auf Basis von Kaolin enthält.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißsiegelstrich bezogen auf 100 % Gewichtsanteil des heißsiegelfähigen Polymers zusätzlich 0,1 % bis 1 % Gewichtsanteile Acrylat Copolymer enthält und / oder dass der Heißsiegelstrich bezogen auf 100 % Gewichtsanteil des heißsiegelfähigen Polymers zusätzlich 0,01 % bis 0,2 % Volumenanteile Fettalkohole enthält.
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das heißsiegelfähigen Polymer wenigstens aus Polyolefin oder Polypropylenethylen-Acrylat Polymeren, oder Polyethylen Polymeren besteht.
  10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass ein Vorderseitenstrich 20 bis 80 Gewichtsprozente eines plättchenförmigen Pigments auf Basis von Kaolin und 80 bis 20 Gewichtsprozente modifizierte Stärke enthält.
  11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximalen Trocknungstemperatur der aufzurollenden Papierbahn zwischen 80 und 100 Grad Celsius, bevorzugt zwischen 80 und 90 Grad Celsius und insbesondere bei 85 Grad Celsius liegt.
  12. Herstellungsverfahren eines heißsiegelfähigen Papiers mit den Verfahrensschritten:
    • Herstellung eines Rohpapiers in einer Papiermaschine mit einer flächenbezogenen Masse von 30 g/m2 bis 150 g/m2;
    • Direkter Auftrag eines Heißsiegelstriches entsprechend einem der Verfahrensansprüche 1 bis 15;
    • Trocknen des Heißsiegelstriches
    • Aufrollen der Papierbahn.
  13. Heißsiegelstreichmasse, basierend auf einem heißsiegelfähigen Polymer, dadurch gekennzeichnet, dass die Heißsiegelstreichmasse ein Wachs, bestehend aus wenigstens zwei Wachssorten, wobei die ersten Wachssorte, in disperser Phase vorliegt, dessen Schmelzpunkt über der Temperatur einer aufrollenden Papierbahn liegt und bevorzugt der Schmelzpunkt der ersten Wachssorte in einem Bereich von 100 bis 110 Grad Celsius, vorzugsweise bei 105 Grad Celsius liegt, wobei besonders bevorzugt auf 100 % Gewichtsanteil des heißsiegelfähigen Polymers der Gewichtsanteil der zweiten Wachssorte im Bereich von 2 % bis 15 % Gewichtsanteile, verzugsweise bei 5 bis 6 % Gewichtsanteil liegt und die zweite Wachssorte vorzugsweise auf Ethylen Acrylsäure basiert.
  14. Heißsiegelstreichmasse nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Heißsiegelstrich zusätzlich wenigstens eine der folgenden Komponenten enthält:
    • die zweite Wachssorte einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als die erste Wachssorte, vorzugsweise einen Schmelzpunkt im Bereich von 140 Grad Celsius bis 150 Grad Celsius und wobei die zweite Wachssorte auf sekundären Fettsäure-Amid-Wachsen basiert;
    • 5 % bis 40 % Gewichtsanteile eines plättchenförmigen Pigments auf Basis von Kaolin;
    • 0,1 % bis 1 % Volumenanteile Acrylat Copolymer;
    • 0,01 % bis 0,2 % Volumenanteile Fettalkohole;
    • das heißsiegelfähigen Polymer besteht wenigstens aus Polyolefin oder Polypropylenethylen-Acrylat Polymeren, oder Polyethylen Polymeren besteht.
  15. Anordnung zur Herstellung einer heißsiegelfähigen Papierbahn umfassend:
    • Papiermaschine zur Herstellung einer Rohpapierbahn;
    • Streichvorrichtung zum Auftrag einer Heißsiegelstreichmasse nach einem der Ansprüche 13 und/oder 14;
    • Streichvorrichtung zum Auftrag einer Gegenseitenstreichmasse;
    • Trocknungsvorrichtung;
    • Aufroller zum Aufwickeln der Papierbahn.
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