EP4673313A1 - Verfahren zur herstellung eines verpackungsmaterials und verpackungsmaterial - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines verpackungsmaterials und verpackungsmaterial

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EP4673313A1
EP4673313A1 EP24709629.0A EP24709629A EP4673313A1 EP 4673313 A1 EP4673313 A1 EP 4673313A1 EP 24709629 A EP24709629 A EP 24709629A EP 4673313 A1 EP4673313 A1 EP 4673313A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
base material
adhesive
structural layer
layer
machine direction
Prior art date
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Pending
Application number
EP24709629.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marcus MAYR
Mathias FORSTHUBER
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Mondi AG
Original Assignee
Mondi AG
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • B32B29/005—Layered products comprising a layer of paper or cardboard as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material next to another layer of paper or cardboard layer

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a packaging material and to a packaging material as such.
  • corrugated cardboard a material that is used particularly frequently. Paper is corrugated in a corrugator using a corrugating roller under the influence of high temperatures and steam. The corrugated paper produced in this way is then usually glued to flat paper webs on one or both sides to form a layered composite.
  • the corrugated paper itself can be used as packaging material. It is also possible to achieve other composite structures by gluing several layers of corrugated paper and flat paper together, for example 2- to 7-layered composites.
  • Corrugated cardboard can be used, for example, to further manufacture shipping boxes or shipping bags.
  • One of the advantages of using packaging materials based on corrugated cardboard is that they are easy to recycle. In addition, they have good mechanical stability and a certain cushioning effect, which makes them particularly popular for use in the manufacture of shipping packaging.
  • large amounts of energy are required to manufacture corrugated cardboard, which is disadvantageous in terms of environmental friendliness and production costs. It would therefore be desirable to create a process that allows the production of easily recyclable, paper-based packaging materials, whereby the production can be carried out with the addition of as little as possible, in particular without any, energy in the form of steam and/or heat.
  • An object of the present invention can therefore be seen in achieving this goal.
  • an object of the present invention can be seen in creating a method for producing a packaging material which has a reduced energy consumption compared to the prior art.
  • a further object of the invention can be seen in creating a corresponding packaging material as such.
  • the invention therefore relates in particular to a method for producing a packaging material which has at least one structural layer with a corrugated structure.
  • the structural layer can be used as such as a packaging material, but it can also be used in a layer composite.
  • the method preferably uses paper, in particular kraft paper, as the base material.
  • the base material is subjected to plastic deformation in a known manner.
  • the deformation takes place in particular by means of a rolling device which is set up in such a way that the base material has a corrugated structure or another suitable profile shape after deformation.
  • a rolling device which is set up in such a way that the base material has a corrugated structure or another suitable profile shape after deformation.
  • two corrugating rollers or embossing rollers are provided in particular, between which the base material is passed and thereby deformed.
  • full contact pressing of the base material takes place between the pair of rollers.
  • the rolling device can in particular be arranged in the single-sided machine of a corrugated cardboard device.
  • plastic forming can be achieved essentially without external heat supply, in particular when the base material is a paper which has an elongation at break in the machine direction (MD) of at least 5%
  • MD machine direction
  • the elongation at break can be determined, for example, according to the standard ISO 1924-3:2005.
  • the base material can have an elongation at break of at least 8% in the machine direction. In a preferred embodiment, the base material has an elongation at break of at least 9% in the machine direction.
  • the method provides for the plastic forming of the base material to take place at a temperature between 10°C and 40°C.
  • the absolute water content of the base material during forming can be between 5% and 20%. These parameter ranges are in particular those that can be achieved without external heat and water supply in typical corrugated cardboard manufacturing plants.
  • the absolute water content of the base material during forming can be between 5% and 15%, in special embodiments between 5% and 12% or between 5% and 9%.
  • the water content can be adjusted by spraying, misting, printing or other suitable measures.
  • the absolute water content in % can particularly refer to % by weight in relation to the dry mass of the base material.
  • the absolute water content can also be referred to as absolute moisture.
  • the rolling device can comprise, for example, a machine frame and a conveyor device for supplying and removing the base material.
  • the base material can be provided as rolled goods.
  • other devices can be connected to the rolling device, for example a cutting station.
  • the method according to the invention can enable considerable energy savings compared to the production of corrugated cardboard according to the prior art.
  • the present inventors assume that the application of the method saves more than 50% of energy, especially in the form of natural gas, compared to conventional processes according to the prior art.
  • the present invention therefore allows the production of packaging materials with an energy requirement of less than 0.2 kWh/m 2 , in particular less than 0.17 kWh/m 2
  • external heat supply means in particular that no additional or intentional supply of heat takes place.
  • the corrugating rollers typically heat up slightly during operation, but this is not to be regarded as “external heat supply” in the sense of the present invention.
  • the temperature at which the forming takes place can in particular be the temperature at which the surface of the corrugating rollers has during the forming step.
  • the base material can be essentially flat.
  • it can be rolled goods that are processed in the method according to the invention.
  • a structural layer can be produced in which the base material is permanently plastically deformed.
  • the corrugating rollers run particularly in the transverse direction (CD) of the base material, so that the waves formed also run in the transverse direction of the base material or the structural layer.
  • the rolling device can in particular comprise corrugating rolls having the following geometry: C-wave, B-wave, D-wave, E-wave, F-wave.
  • corrugating rolls having the following geometry: C-wave, B-wave, D-wave, E-wave, F-wave.
  • structural layers can be produced which have different wave pitch (ie distance between two directly adjacent wave peaks) and/or wave height (ie normal distance between wave trough and wave peak).
  • the structural layer can be formed as follows:
  • the burst strength of the base material is at least 380 kPa or between 380 kPa and 1000 kPa.
  • the burst strength can be determined, for example, according to ISO 2758:2014.
  • the tensile strength of the base material in the machine direction is at least 150 J/m 2 , in particular at least 200 J/m 2 , preferably at least 400 J/m 2
  • the tensile strength of the base material in the machine direction can optionally be between 150 J/m 2 and 600 J/m 2 .
  • the tensile energy absorption can be determined, for example, according to ISO 1924-3:2005.
  • the tensile strength of the base material in the machine direction is at least 5.0 kN/m, in particular at least 7.0 kN/m, preferably at least 10 kN/m or at least 13 kN/m.
  • the tensile strength of the base material in the machine direction can optionally be between 5.0 kN/m and 20 kN/m.
  • the tensile strength can be determined, for example, according to ISO 1924-3:2005.
  • the tear resistance of the base material in the machine direction is at least 500 mN, in particular at least 700 mN, preferably at least 1000 mN or at least 1200 mN.
  • the tear resistance of the base material in the machine direction is between 500 mN and 2500 mN.
  • the tear strength can be determined, for example, according to ISO 1974:2012.
  • the basis weight of the base material is between 50 g/m 2 and 180 g/m 2 .
  • the basis weight of the base material is at least 70 g/m 2 .
  • the basis weight can be determined, for example, in accordance with the ISO 536:2012 standard.
  • the structural layer produced in a method according to the invention can be used as packaging material without further processing steps. However, further steps can be provided in which the structural layer is further processed to form a packaging material.
  • a planar layer consisting of the base material can be connected to a structural layer in order to form a planar layer-structural layer composite.
  • a planar layer-structural layer composite in particular the areas of the wave tips of one side of the structural layer are connected to the planar layer via an adhesive.
  • a flat layer-structure layer composite can optionally be connected to another flat layer on the side on which the structure layer is exposed. It is also possible to connect several flat layer-structure layer composites, each consisting of a flat layer and a structure layer, to one another.
  • the following layer sequences can be formed in a method according to the invention: PS; PSP; PSPSP; PSPSPSP, where P designates a flat layer and S a structure layer.
  • the adhesive for producing a planar layer-structural layer composite can be selected from one or more of the following adhesives: water-based adhesive; solvent-based adhesive; solvent-free adhesive; starch-based adhesive; protein-based adhesive; polymer dispersion adhesive;
  • Polymer solution adhesive resin adhesive; electron beam activated adhesive; hot melt adhesive; reactive adhesive, in particular 2-component reactive adhesive.
  • Adhesives that do not require the addition of heat for setting, curing or solidification can be advantageous.
  • a water-free adhesive can be advantageous as it can reduce the warp of the packaging material.
  • a packaging material such as printing, folding, cutting, bending and gluing.
  • a packaging material can consist of a structural layer or comprise it.
  • the structural layer can in turn be formed from a base material.
  • the base material is kraft paper with an elongation at break in the machine direction of at least 5% and optionally with an elongation at break in the transverse direction of at least 5%, wherein the structural layer has a corrugated structure.
  • the base material can have the properties that were described in connection with the method according to the invention.
  • the packaging material can be in the form of a box, a shipping bag or other packaging.
  • the invention particularly relates to a method for producing a packaging material with at least one structural layer, the method comprising the following steps: - Providing a base material, wherein the base material is paper, in particular kraft paper,
  • the base material with a rolling device to form the structural layer, wherein the rolling device comprises two corrugated rollers, so that the structural layer has a corrugated structure with waves running substantially parallel to one another.
  • the base material has an elongation at break in the machine direction of at least 5%, in particular at least 8%, that the forming takes place at a temperature of between 10°C and 40°C, and that the base material has an absolute water content of between 5% and 20%, in particular between 5% and 9%, during forming.
  • the bursting strength of the base material shall be at least 380 Pa or between 380 kPa and 1000 kPa.
  • the tensile fracture energy of the base material in the machine direction shall be at least 150 J/m 2 , in particular at least 200 J/m 2 .
  • the tensile strength of the base material in the machine direction is at least 5.0 kN/m, in particular at least 7.0 kN/m.
  • the tear resistance of the base material in the machine direction is at least 500 mN, in particular at least 700 mN.
  • the base material is intended to be substantially flat prior to forming.
  • the waves shall have a wave height of between 0.2 mm and 4.5 mm.
  • the shafts shall have a pitch of between 1.8 mm and 7.9 mm.
  • the corrugations may extend substantially parallel to the transverse direction of the base material.
  • the procedure may include the following further steps:
  • the resulting flat layer-structure layer composite is connected to a further flat layer and/or to a further structure layer.
  • an adhesive selected from one or more of the following is used to bond layers: water-based adhesive; solvent-based adhesive; solvent-free adhesive; starch-based adhesive; protein-based adhesive; polymer dispersion adhesive;
  • Polymer solution adhesive resin adhesive; electron beam activated adhesive; hot melt adhesive; reactive adhesive, in particular 2-component reactive adhesive.
  • the invention relates in particular to a packaging material, in particular obtained in a process having one or more of the features described here, comprising or consisting of a structural layer consisting of a base material, wherein the base material is kraft paper with an elongation at break in the machine direction of at least 5%, and wherein the structural layer has a corrugated structure.
  • Fig. 1 is an illustration of a forming step according to an embodiment of a method according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic detailed view of a structural layer obtained by a method according to the invention.
  • Fig. 3 is a schematic detailed view of an embodiment of a packaging material according to the invention.
  • the figures show the following features: structural layer 1, base material 2, wave 3, wave pitch 4, wave height 5, flat layer 6, flat layer-structural layer composite 7, corrugated roller 8, wave trough 9, wave crest 10, adhesive area 11, machine direction 12.
  • Fig. 1 shows an illustration of a forming step according to an embodiment of a method according to the invention.
  • the flat base material 2 was introduced into the rolling device of a corrugated cardboard plant and formed into a corrugated shape with the help of two corrugating rollers 8.
  • the structural layer 1 was thus formed so that it has a large number of corrugations 3 arranged parallel to one another.
  • the forming in this process took place at a temperature of about 33°C (average surface temperature of the corrugating rolls 8) and the base material 2 had a water content of about 6% of the dry mass.
  • Tables 1-5 show base materials according to the invention and Table 6 shows a comparison base material that is not according to the invention.
  • Table 3 Properties of the third base material made of unbleached pulp
  • Table 4 Properties of the fourth base material made of bleached pulp
  • a structural layer 1 was obtained from the base materials according to the invention, in which the base material 2 is permanently plastically deformed.
  • the structural layer 1, which was obtained according to the exemplary embodiments, is shown schematically in detail in Fig. 2.
  • the structural layer 1 has a large number of waves 3 running parallel to one another, which in this exemplary embodiment have the shape of a so-called B wave.
  • the wave pitch 4 is approximately 5.2 mm and the wave height 5 is approximately 2.8 mm.
  • the wave pitch 4 designates the normal distance between two wave troughs 9 in the surface direction of the structural layer 1.
  • the wave height 5 designates the normal distance between a wave trough 9 and a wave peak 10 in the thickness direction of the structural layer 1.
  • the waves 3 run in the transverse direction of the base material, so that the structural layer 1 has 12 consecutive waves 3 in the machine direction.
  • structural layer 1 can already be used as packaging material as such, but further processing steps can also be provided.
  • the comparative base material from Table 6 did not allow sufficient plastic deformation to be used as a packaging material. In particular, tearing during the forming process and insufficient dimensional stability of the formed areas were observed.
  • Fig. 3 shows a schematic detailed view of an embodiment of a packaging material according to the invention, which is a three-layer flat layer-structure layer composite 7.
  • the structure layer 1 was glued to a flat layer 6 on its top and bottom sides according to the embodiment described above.
  • the flat layers 6 also consisted of the base material 2 and a water-free adhesive was used as the adhesive. In other embodiments, it can also be a water-based adhesive, for example a dispersion adhesive.
  • the adhesive areas 11 run on the outside of the structure layer 1 at the wave trough 9 and wave crest 10.
  • Such a flat layer-structure layer composite 7 can be used to form a cardboard box or the like.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsmaterials mit zumindest einer Strukturschicht (1), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitstellen eines Grundmaterials (2), wobei das Grundmaterial (2) Papier, insbesondere Kraftpapier, ist, (b) plastisches Umformen des Grundmaterials (2) mit einer Walzvorrichtung zum Bilden der Strukturschicht (1), wobei die Walzvorrichtung zwei Riffelwalzen (8) umfasst, sodass die Strukturschicht (1) eine Wellenstruktur mit einer zueinander im Wesentlichen parallel verlaufenden Wellen (3) aufweist. Es ist vorgesehen, dass das Grundmaterial (2) eine Bruchdehnung in Maschinenrichtung von mindestens 5% aufweist, dass das Umformen in Schritt (b) bei einer Temperatur von zwischen 10°C und 40°C erfolgt, und dass das Grundmaterial (2) beim Umformen in Schritt (b) einen Wassergehalt von zwischen 5% und 20% aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verpackungsmaterial als solches.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES VERPACKUNGSMATERIALS UND VERPACKUNGSMATERIAL
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsmaterials sowie ein Verpackungsmaterial als solches.
Im Stand der Technik sind Verpackungsmaterialien unterschiedlicher Art bekannt. Ein besonders häufig eingesetztes Material ist Wellpappe. Hierbei wird Papier in einer Wellpappanlage („Corrugator“) mittels einer Riffelwalze unter Einwirkung von hohen Temperaturen und Wasserdampf in eine Wellenform gebracht. Anschließend wird das so erzeugte Wellenpapier üblicherweise ein- oder beidseitig mit ebenen Papierbahnen verklebt, sodass ein Schichtverbund gebildet wird. Jedoch kann bereits das Wellenpapier selbst als Verpackungsmaterial eingesetzt werden. Ferner ist es möglich, durch flächiges Verkleben mehrerer Schichten von Wellenpapier und Flachpapier andere Verbundaufbauten zu erreichen, beispielsweise 2- bis 7-lagige Schichtverbunde.
Wellpappe kann beispielsweise zur weiteren Herstellung von Versandkartons oder Versandtaschen eingesetzt werden. Vorteilhaft an der Verwendung von auf Wellpappe basierenden Verpackungsmaterialien ist unter anderem deren gute Recyclierbarkeit. Hinzu kommt eine gute mechanische Stabilität und eine gewisse Polsterwirkung, was ihren Einsatz bei der Herstellung von Versandverpackungen besonders beliebt macht. Jedoch werden bei der Herstellung der Wellpappe große Mengen an Energie benötigt, was in Bezug auf Umweltfreundlichkeit und Herstellungskosten nachteilig ist. Es wäre daher wünschenswert, ein Verfahren zu schaffen, das die Herstellung von gut recycl ierbaren, papierbasierten Verpackungsmaterialien erlaubt, wobei die Herstellung unter Zufuhr von möglichst wenig, insbesondere ohne, Energie in Form von Dampf und/oder Wärme erfolgen kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann somit darin gesehen werden, dieses Ziel zu erreichen. Insbesondere kann eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin gesehen werden, ein Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsmaterials zu schaffen, das einen im Vergleich zum Stand der Technik reduzierten Energieaufwand aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen werden, ein entsprechendes Verpackungsmaterial als solches zu schaffen.
Die Erfindung betrifft daher insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsmaterials, das zumindest eine Strukturschicht mit einer Wellenstruktur aufweist. Die Strukturschicht kann als solche als Verpackungsmaterial eingesetzt werden, sie kann jedoch auch in einem Schichtverbund Verwendung finden.
Das Verfahren verwendet bevorzugt Papier, insbesondere Kraftpapier, als Grundmaterial. In bekannter Weise wird das Grundmaterial in dem erfindungsgemäßen Verfahren einer plastischen Umformung unterworfen. Das Umformen erfolgt insbesondere mittels einer Walzvorrichtung, die derart eingerichtet ist, dass das Grundmaterial nach dem Umformen eine Wellenstruktur oder eine andere geeignete Profilform aufweist. Zur Bildung der Wellenstruktur sind insbesondere zwei Riffelwalzen oder Prägewalzen vorgesehen, zwischen denen das Grundmaterial durchgeführt und dadurch umgeformt wird. Insbesondere erfolgt zwischen dem Walzenpaar eine Vollkontaktpressung des Grundmaterials. Die Walzvorrichtung kann insbesondere in der einseitigen Maschine einer Wellpappvorrichtung angeordnet sein.
Völlig unerwartet und überraschend wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung nun herausgefunden, dass ein plastisches Umformen im Wesentlichen ohne externe Wärmezufuhr insbesondere dann erreicht werden kann, wenn das Grundmaterial ein Papier ist, das eine Bruchdehnung in Maschinenrichtung (MD) von mindestens 5% aufweist. Dabei kann die Bruchdehnung beispielsweise gemäß der Norm ISO 1924- 3:2005 bestimmt werden.
In speziellen Ausführungsformen der Erfindung kann das Grundmaterial in Maschinenrichtung eine Bruchdehnung von zumindest 8% aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Grundmaterial in Maschinenrichtung eine Bruchdehnung von zumindest 9% auf.
In dem Verfahren ist insbesondere vorgesehen, dass das plastische Umformen des Grundmaterials bei einer Temperatur zwischen 10°C und 40°C erfolgt. Der absolute Wassergehalt des Grundmaterials kann beim Umformen zwischen 5% und 20% betragen. Diese Parameterbereiche sind insbesondere solche, die ohne externe Wärme- und Wasserzufuhr in typischen Herstellungsanlagen für Wellpappe erreicht werden. Insbesondere kann der absolute Wassergehalt des Grundmaterials beim Umformen zwischen 5% und 15% betragen, in speziellen Ausführungsformen zwischen 5% und 12% oder zwischen 5% und 9%. Eine Anpassung des Wassergehalts durch Aufsprühen, Aufnebeln, Aufdrucken oder andere geeignete Maßnahmen ist möglich.
Der absolute Wassergehalt in % kann insbesondere Gew.-% in Bezug auf die Trockenmasse des Grundmaterials bezeichnen. Der absolute Wassergehalt kann auch als Absolutfeuchte bezeichnet werden.
Der Verfahren wird bevorzugt in einer industriellen Walzvorrichtung durchgeführt. In dieser kann die Walzvorrichtung beispielsweise ein Maschinengestell und eine Fördereinrichtung zur Zu- und Abfuhr des Grundmaterials umfassen. Das Grundmaterial kann als Rollenware bereitgestellt werden. Optional können an der Walzvorrichtung noch andere Einrichtungen angeschlossen sein, beispielsweise eine Schneidestation.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann eine erhebliche Energieeinsparung im Vergleich zur Herstellung von Wellpappe gemäß dem Stand der Technik ermöglichen. So gehen die vorliegenden Erfinder davon aus, dass sich durch die Anwendung des Verfahrens mehr als 50% Energie, insbesondere in Form von Erdgas, im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren gemäß Stand der Technik eingespart werden können. Gegebenenfalls erlaubt die vorliegende Erfindung daher die Herstellung von Verpackungsmaterialien mit einem Energiebedarf von weniger als 0,2 kWh/m2, insbesondere von weniger als 0,17 kWh/m2
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung können sein:
- Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen
- verringerter Gerätebedarf bei der Herstellungsanlage durch Entfall des Heiz-/Dampfsystems
- reduzierte Investitionsausgaben bei Neuherstellung von Anlagen
- reduzierter Fußabdruck bei neuen Anlagen
In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet „externe Wärmezufuhr“ insbesondere, dass keine zusätzliche oder absichtliche Zufuhr von Wärme erfolgt. Die Riffelwalzen erwärmen sich im Betrieb typischerweise leicht, was jedoch nicht als „externe Wärmezufuhr“ im Sinne der vorliegenden Erfindung anzusehen ist.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann die Temperatur bei der die Umformung erfolgt insbesondere jene Temperatur sein, die die Oberfläche der Riffelwalzen während des Umformschritts aufweist.
Vor Durchführung des Umformschritts kann das Grundmaterial im Wesentlichen eben sein. Beispielsweise kann es sich um Rollenware handeln, die im erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet wird,
Es kann insbesondere eine Strukturschicht hergestellt werden, bei der das Grundmaterial dauerhaft plastisch verformt ist.
Beim Umformen verlaufen die Riffelwalzen insbesondere in Querrichtung (CD) des Grundmaterials, sodass auch die gebildeten Wellen in Querrichtung des Grundmaterials bzw. der Strukturschicht verlaufen.
Die Walzvorrichtung kann insbesondere Riffelwalzen umfassen, die die folgende Geometrie aufweisen: C-Welle, B-Welle, D-Welle, E-Welle, F-Welle. Entsprechend der Wahl der Geometrie der Riffelwalzen können Strukturschichten erzeugt werden, die unterschiedliche Wellenteilung (d.h. Abstand zwischen zwei direkt nebeneinanderliegenden Wellenspitzen) und/oder Wellenhöhe (d.h. Normalabstand zwischen Wellental und Wellenspitze) aufweisen.
In speziellen Ausführungsformen kann die Strukturschicht wie folgt ausgebildet sein:
- C-Welle, Wellenteilung 6,5 mm - 7,9 mm, Wellenhöhe 3,1 mm - 4,0 mm
- B-Welle, Wellenteilung 4,8 mm - 6,5 mm, Wellenhöhe 2,2 mm - 3,1 mm
- D-Welle, Wellenteilung 3,5 mm - 4,8 mm, Wellenhöhe 1 ,9 mm - 2,2 mm
- E-Welle, Wellenteilung 2,6 mm - 3,5 mm, Wellenhöhe 1 ,0 mm - 1 ,9 mm
- F-Welle, Wellenteilung 1 ,8 mm - 2,6 mm, Wellenhöhe 0,6 mm - 1 ,0 mm
Jedoch sind bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch andere Wellengeometrien denkbar.
Gegebenenfalls beträgt die Berstfestigkeit („burst strength“) des Grundmaterials zumindest 380 kPa oder zwischen 380 kPa und 1000 kPa. Die Berstfestigkeit kann beispielsweise gemäß der Norm ISO 2758:2014 bestimmt werden.
Gegebenenfalls beträgt die Zugbrucharbeit des Grundmaterials in Maschinenrichtung zumindest 150 J/m2, insbesondere zumindest 200 J/m2, bevorzugt zumindest 400 J/m2 Die Zugbrucharbeit des Grundmaterials in Maschinenrichtung kann gegebenenfalls zwischen 150 J/m2 und 600 J/m2 liegen.
Die Zugbrucharbeit („tensile energy absorption“) kann beispielsweise gemäß der Norm ISO 1924-3:2005 bestimmt werden.
Gegebenenfalls beträgt die Zugfestigkeit des Grundmaterials in Maschinenrichtung zumindest 5,0 kN/m, insbesondere zumindest 7,0 kN/m, bevorzugt zumindest 10 kN/m oder zumindest 13 kN/m. Die Zugfestigkeit des Grundmaterials in Maschinenrichtung kann gegebenenfalls zwischen 5,0 kN/m und 20 kN/m liegen.
Die Zugfestigkeit („tensile strength“) kann beispielsweise gemäß der Norm ISO 1924- 3:2005 bestimmt werden. Gegebenenfalls beträgt der Durchreißwiderstand des Grundmaterials in Maschinenrichtung zumindest 500 mN, insbesondere zumindest 700 mN, bevorzugt zumindest 1000 mN oder zumindest 1200 mN. Gegebenenfalls liegt der Durchreißwiderstand des Grundmaterials in Maschinenrichtung zwischen 500 mN und 2500 mN.
Der Durchreißwiderstand („tear strength“) kann beispielsweise gemäß der Norm ISO 1974:2012 bestimmt werden.
Gegebenenfalls liegt die Grammatur („basis weight“) des Grundmaterials zwischen 50 g/m2 und 180 g/m2 Insbesondere beträgt die Grammatur des Grundmaterials zumindest 70 g/m2. Die Grammatur kann beispielsweise gemäß der Norm ISO 536:2012 bestimmt werden.
Die in einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Strukturschicht kann ohne weitere Verarbeitungsschritte als Verpackungsmaterial eingesetzt werden. Jedoch können noch weitere Schritte vorgesehen sein, in denen die Strukturschicht weiterverarbeitet wird, um ein Verpackungsmaterial zu bilden.
Beispielsweise kann eine aus dem Grundmaterial bestehende Planschicht mit einer Strukturschicht verbunden werden, um einen Planschicht-Strukturschicht-Verbund zu bilden. In einem derartigen Planschicht-Strukturschicht-Verbund sind insbesondere die Bereiche der Wellenspitzen einer Seite der Strukturschicht über ein Klebemittel mit der Planschicht verbunden.
Ein Planschicht-Strukturschicht-Verbund kann gegebenenfalls auf jener Seite, an der die Strukturschicht freiliegt mit einer weiteren Planschicht verbunden werden. Es können auch mehrere aus je einer Planschicht und einer Strukturschicht bestehenden Planschicht-Strukturschicht-Verbunde miteinander verbunden werden. Beispielhaft können in einem erfindungsgemäßen Verfahren folgende Schichtabfolgen gebildet werden: P-S; P-S-P; P-S-P-S-P; P-S-P-S-P-S-P, wobei P eine Planschicht und S eine Strukturschicht bezeichnet. Das Klebemittel zum Herstellen eines Planschicht-Strukturschicht-Verbunds kann aus einem oder mehreren der folgenden Klebemittel ausgewählt sein: Klebstoff auf Wasserbasis; lösemittelhaltiger Klebstoff; lösemittelfreier Klebstoff; Klebstoff auf Stärkebasis; Klebstoff auf Proteinbasis; Polymerdispersionsklebstoff;
Polymerlösungsklebstoff; Harzklebstoff; durch Elektronenstrahl aktivierbarer Klebstoff; Hotmelt-Klebstoff; Reaktivklebstoff, insbesondere 2-Komponenten-Reaktivklebstoff.
Vorteilhaft können solche Klebemittel sein, für deren Abbindung und Aushärtung oder Verfestigung keine Wärmezufuhr benötigt wird.
Ferner kann die Verwendung eines wasserfreien Klebstoffs vorteilhaft sein, da hierdurch die Krümmung („Warp“) des Verpackungsmaterials verringert werden kann.
Zur Bildung eines Verpackungsmaterials können noch weitere Schritte vorgesehen sein, beispielsweise Bedrucken, Falten, Schneiden, Biegen, Kleben.
Insbesondere betrifft die Erfindung auch ein Verpackungsmaterial, das nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Ein Verpackungsmaterial kann aus einer Strukturschicht bestehen oder diese umfassen. Die Strukturschicht kann wiederum aus einem Grundmaterial gebildet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass das das Grundmaterial Kraftpapier mit einer Bruchdehnung in Maschinenrichtung von mindestens 5% und gegebenenfalls mit einer Bruchdehnung in Querrichtung von mindestens 5% ist, wobei die Strukturschicht eine Wellenstruktur aufweist. Das Grundmaterial kann jene Eigenschaften aufweisen, die in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden.
Das Verpackungsmaterial kann in Form eines Kartons, einer Versandtasche oder einer anderen Verpackung vorliegen.
Dier Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsmaterials mit zumindest einer Strukturschicht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Bereitstellen eines Grundmaterials, wobei das Grundmaterial Papier, insbesondere Kraftpapier, ist,
- plastisches Umformen des Grundmaterials mit einer Walzvorrichtung zum Bilden der Strukturschicht, wobei die Walzvorrichtung zwei Riffelwalzen umfasst, sodass die Strukturschicht eine Wellenstruktur mit einer zueinander im Wesentlichen parallel verlaufenden Wellen aufweist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Grundmaterial eine Bruchdehnung in Maschinenrichtung von mindestens 5%, insbesondere zumindest 8%, aufweist, dass das Umformen bei einer Temperatur von zwischen 10°C und 40°C erfolgt, und dass das Grundmaterial beim Umformen einen absoluten Wassergehalt von zwischen 5% und 20%, insbesondere zwischen 5% und 9%, aufweist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Berstfestigkeit des Grundmaterials zumindest 380 Pa oder zwischen 380 kPa und 1000 kPa liegt beträgt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Zugbrucharbeit des Grundmaterials in Maschinenrichtung zumindest 150 J/m2, insbesondere zumindest 200 J/m2, beträgt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Zugfestigkeit des Grundmaterials in Maschinenrichtung zumindest 5,0 kN/m, insbesondere zumindest 7,0 kN/m, beträgt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Durchreißwiderstand des Grundmaterials in Maschinenrichtung zumindest 500 mN, insbesondere zumindest 700 mN, beträgt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Grundmaterial vor dem Umformen im Wesentlichen eben ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Wellen eine Wellenhöhe von zwischen 0,2 mm und 4,5 mm aufweisen.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Wellen eine Wellenteilung von zwischen 1 ,8 mm und 7,9 mm aufweisen. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass sich die Wellen im Wesentlichen parallel zur Querrichtung des Grundmaterials erstrecken.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Verfahren folgende weitere Schritte umfasst:
- Bereitstellen einer aus dem Grundmaterial gebildeten im Wesentlichen ebenen Planschicht, und
- Verbinden der erhaltenen Strukturschicht mit der Planschicht zum Erhalten eines Planschicht-Strukturschicht-Verbunds.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der erhaltene Planschicht-Strukturschicht- Verbund mit einer weiteren Planschicht und/oder mit einer weiteren Strukturschicht verbunden wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass zum Verbinden von Schichten ein Klebemittel eingesetzt wird, das aus einem oder mehreren der folgenden ausgewählt ist: Klebstoff auf Wasserbasis; lösemittelhaltiger Klebstoff; lösemittelfreier Klebstoff; Klebstoff auf Stärkebasis; Klebstoff auf Proteinbasis; Polymerdispersionsklebstoff;
Polymerlösungsklebstoff; Harzklebstoff; durch Elektronenstrahl aktivierbarer Klebstoff; Hotmelt-Klebstoff; Reaktivklebstoff, insbesondere 2-Komponenten-Reaktivklebstoff.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verpackungsmaterial, insbesondere erhalten in einem Verfahren mit einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale, umfassend oder bestehend aus einer aus einem Grundmaterial bestehenden Strukturschicht, wobei das Grundmaterial Kraftpapier mit einer Bruchdehnung in Maschinenrichtung von mindestens 5% ist, und wobei die Strukturschicht eine Wellenstruktur aufweist.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, den Figuren sowie aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels im Detail erläutert. Das Ausführungsbeispiel dient lediglich der Veranschaulichung vorteilhafter Aspekte der Erfindung und soll den durch die Patentansprüche definierten Schutzumfang nicht einschränken. Es zeigen:
Fig. 1 eine Illustration eines Umformschritts gemäß einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine schematische Detailansicht einer nach einem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Strukturschicht; und
Fig. 3 eine schematische Detailansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verpackungsmaterials.
Sofern nicht anders bezeichnet, zeigen die Figuren die folgenden Merkmale: Strukturschicht 1 , Grundmaterial 2, Welle 3, Wellenteilung 4, Wellenhöhe 5, Planschicht 6, Planschicht-Strukturschicht-Verbund 7, Riffelwalze 8, Wellental 9, Wellenberg 10, Klebebereich 11 , Maschinenrichtung 12.
Fig. 1 zeigt eine Illustration eines Umform schritts gemäß einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei wurde das plane Grundmaterial 2 in die Walzvorrichtung einer Wellpappanlage eingebracht und mit Hilfe von zwei Riffelwalzen 8 in eine Wellenform gebracht. Es erfolgte also eine Umformung der Strukturschicht 1 , sodass diese eine Vielzahl an parallel zueinander angeordneten Wellen 3 aufweist.
Die Umformung in diesem Verfahren erfolgte bei einer Temperatur von etwa 33°C (durchschnittliche Oberflächentemperatur der Riffelwalzen 8) und das Grundmaterial 2 hatte einen Wassergehalt von etwa 6% an der Trockenmasse.
In diesem Ausführungsbeispiel wurden sechs Grundmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen verglichen, die in den nachfolgenden Tabellen 1-6 angegeben sind. Dabei zeigen die Tabellen 1-5 erfindungsgemäße Grundmaterialien und Tabelle 6 zeigt ein Vergleichs-Grundmaterial, das nicht erfindungsgemäß ist.
Tabelle 1: Eigenschaften des ersten Grundmaterials aus ungebleichtem Zellstoff
Tabelle 2: Eigenschaften des zweiten Grundmaterials aus ungebleichtem Zellstoff
Tabelle 3: Eigenschaften des dritten Grundmaterials aus ungebleichtem Zellstoff Tabelle 4: Eigenschaften des vierten Grundmaterials aus gebleichtem Zellstoff
Tabelle 5: Eigenschaften des fünften Grundmaterials aus gebleichtem Zellstoff
Tabelle 6: Eigenschaften eines vergleichenden Grundmaterials (nicht erfindungsgemäß)
Aus den erfindungsgemäßen Grundmaterialien wurde eine Strukturschicht 1 erhalten, bei der das Grundmaterial 2 dauerhaft plastisch verformt ist. Die Strukturschicht 1 , die gemäß den Ausführungsbeispielen erhalten wurde, ist im Detail in Fig. 2 schematisch dargestellt.
Die Strukturschicht 1 weist eine Vielzahl an zueinander parallel verlaufenden Wellen 3 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel die Form einer sogenannten B-Welle haben. Die Wellenteilung 4 beträgt etwa 5,2 mm und die Wellenhöhe 5 beträgt etwa 2,8 mm. Dabei bezeichnet die Wellenteilung 4 den Normalabstand zwischen zwei Wellentälern 9 in Flächenrichtung der Strukturschicht 1 . Die Wellenhöhe 5 bezeichnet den Normalabstand zwischen einem Wellental 9 und einem Wellenberg 10 in Dickenrichtung der Strukturschicht 1 .
Die Wellen 3 verlaufen in Querrichtung des Grundmaterials, sodass die Strukturschicht 1 in Maschinenrichtung 12 aufeinander folgende Wellen 3 aufweist.
Es ist anzumerken, dass die Strukturschicht 1 bereits als solche als Verpackungsmaterial eingesetzt werden kann, jedoch können auch weitere Verarbeitungsschritte vorgesehen sein.
Das vergleichende Grundmaterial aus Tabelle 6 erlaubte keine hinreichende plastische Verformung, um es als Verpackungsmaterial einsetzen zu können. Insbesondere wurde hier ein Reißen beim Umformvorgang sowie eine unzureichende Formstabilität der umgeformten Bereiche beobachtet.
Von den erfindungsgemäßen Grundmaterialien sind jene aus den Tabellen 1 und 3 besonders hervorzuheben, wobei das Grundmaterial aus Tabelle 1 eine sehr gute Eignung für das erfindungsgemäße Verfahren zeigte und das Grundmaterial aus Tabelle 3 eine hervorragende Eignung für das erfindungsgemäße Verfahren zeigte.
Fig. 3 zeigt eine schematische Detailansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verpackungsmaterials, wobei es sich hierbei um einen dreischichtigen Planschicht-Strukturschicht-Verbund 7 handelt.
Zur Bildung dieses Planschicht-Strukturschicht-Verbunds 7 wurde die Strukturschicht 1 gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel an ihrer Ober- und Unterseite mit jeweils einer Planschicht 6 verklebt. Die Planschichten 6 bestanden ebenfalls aus dem Grundmaterial 2 und als Klebemittel wurde ein wasserfreier Klebstoff eingesetzt. In anderen Ausführungsformen kann es sich auch um einen wasserhaltigen Klebstoff, beispielsweise einen Dispersionsklebstoff, handeln. Die Klebebereiche 11 verlaufen jeweils an der Außenseite der Strukturschicht 1 an Wellental 9 bzw. Wellenberg 10.
Ein derartiger Planschicht-Strukturschicht-Verbund 7 kann zur Bildung eines Kartons oder dergleichen verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsmaterials mit zumindest einer Strukturschicht (1 ), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a. Bereitstellen eines Grundmaterials (2), wobei das Grundmaterial (2) Papier, insbesondere Kraftpapier, ist, b. plastisches Umformen des Grundmaterials (2) mit einer Walzvorrichtung zum Bilden der Strukturschicht (1 ), wobei die Walzvorrichtung zwei Riffelwalzen (8) umfasst, sodass die Strukturschicht (1 ) eine Wellenstruktur mit einer zueinander im Wesentlichen parallel verlaufenden Wellen (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (2) eine Bruchdehnung in Maschinenrichtung von mindestens 5%, insbesondere zumindest 8%, aufweist, dass das Umformen in Schritt (b) bei einer Temperatur von zwischen 10°C und 40°C erfolgt, und dass das Grundmaterial (2) beim Umformen in Schritt (b) einen absoluten Wassergehalt von zwischen 5% und 20%, insbesondere zwischen 5% und 9%, aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Berstfestigkeit des Grundmaterials (2) zumindest 380 Pa oder zwischen 380 kPa und 1000 kPa liegt beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugbrucharbeit des Grundmaterials (2) in Maschinenrichtung zumindest 150 J/m2, insbesondere zumindest 200 J/m2, beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfestigkeit des Grundmaterials (2) in Maschinenrichtung zumindest 5,0 kN/m, insbesondere zumindest 7,0 kN/m, beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchreißwiderstand des Grundmaterials (2) in Maschinenrichtung zumindest 500 mN, insbesondere zumindest 700 mN, beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (1 ) vor dem Umformen in Schritt (b) im Wesentlichen eben ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen (3) eine Wellenhöhe (5) von zwischen 0,2 mm und 4,5 mm aufweisen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen (3) eine Wellenteilung (4) von zwischen 1 ,8 mm und 7,9 mm aufweisen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wellen (3) im Wesentlichen parallel zur Querrichtung des Grundmaterials (2) erstrecken.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende weitere Schritte umfasst: c. Bereitstellen einer aus dem Grundmaterial (2) gebildeten im Wesentlichen ebenen Planschicht (6), und d. Verbinden der in Schritt (b) erhaltenen Strukturschicht (1 ) mit der Planschicht (6) zum Erhalten eines Planschicht-Strukturschicht-Verbunds (7).
11 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der in Schritt (d) erhaltene Planschicht-Strukturschicht-Verbund (7) mit einer weiteren Planschicht (6) und/oder mit einer weiteren Strukturschicht (1 ) verbunden wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbinden von Schichten ein Klebemittel eingesetzt wird, das aus einem oder mehreren der folgenden ausgewählt ist: Klebstoff auf Wasserbasis; lösemittelhaltiger Klebstoff; lösemittelfreier Klebstoff; Klebstoff auf Stärkebasis; Klebstoff auf Proteinbasis; Polymerdispersionsklebstoff; Polymerlösungsklebstoff;
Harzklebstoff; durch Elektronenstrahl aktivierbarer Klebstoff; Hotmelt-Klebstoff; Reaktivklebstoff, insbesondere 2-Komponenten-Reaktivklebstoff.
13. Verpackungsmaterial, insbesondere erhalten in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend oder bestehend aus einer aus einem Grundmaterial bestehenden Strukturschicht (1 ), wobei das Grundmaterial (2) Kraftpapier mit einer Bruchdehnung in Maschinenrichtung von mindestens 5% ist, und wobei die Strukturschicht (1 ) eine Wellenstruktur aufweist.
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