WO2012025470A1 - Nassfeste wellpappe - Google Patents

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WO2012025470A1
WO2012025470A1 PCT/EP2011/064342 EP2011064342W WO2012025470A1 WO 2012025470 A1 WO2012025470 A1 WO 2012025470A1 EP 2011064342 W EP2011064342 W EP 2011064342W WO 2012025470 A1 WO2012025470 A1 WO 2012025470A1
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WO
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paper
grammage
corrugated board
layer
corrugated
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Application number
PCT/EP2011/064342
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English (en)
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Inventor
Rainer Blum
Gabriel Skupin
Hubertus KRÖNER
Jürgen Keck
Original Assignee
Basf Se
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Publication date
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Priority to KR1020137007251A priority patent/KR20140000212A/ko
Priority to CN2011800409855A priority patent/CN103080419A/zh
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    • D21H19/14—Coatings without pigments applied in a form other than the aqueous solution defined in group D21H19/12
    • D21H19/24—Coatings without pigments applied in a form other than the aqueous solution defined in group D21H19/12 comprising macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D21H19/28—Polyesters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B31—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER; WORKING PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31F—MECHANICAL WORKING OR DEFORMATION OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
    • B31F1/00—Mechanical deformation without removing material, e.g. in combination with laminating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B31—MAKING ARTICLES OF PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER; WORKING PAPER, CARDBOARD OR MATERIAL WORKED IN A MANNER ANALOGOUS TO PAPER
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    • B31F1/28—Making webs in which the channel of each corrugation is transverse to the web feed by interengaging toothed cylinders cylinder constructions combined with uniting the corrugated webs to flat webs ; Making double-faced corrugated cardboard
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    • B31F1/2804—Methods
    • B31F1/2809—Methods characterised by the chemical composition of the glue
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08G18/06—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen
    • C08G18/28—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates with compounds having active hydrogen characterised by the compounds used containing active hydrogen
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    • D21H27/30—Multi-ply
    • D21H27/32—Multi-ply with materials applied between the sheets
    • D21H27/34—Continuous materials, e.g. filaments, sheets, nets
    • D21H27/36—Films made from synthetic macromolecular compounds

Definitions

  • the present invention relates to single or double sided glued, single or multi-wall corrugated board, wherein at least one of the cover layers or waves a paper film composite comprising: i) a paper material of the grammage 30 to 600 g / m 2 and
  • the present invention relates to one-sided or two-sided pasted, single or multiwall corrugated board, wherein at least one of the cover layers or waves is a paper film composite containing: i) a paper material of grammage 30 to 600 g / m 2 as an outer layer, ii) a 1 to 100 ⁇ thick, biodegradable plastic coating as an intermediate layer and
  • the present invention relates to methods for producing this corrugated board.
  • Polymer-coated paper products have numerous applications, especially for paper grades whose ink-jet printability can be improved by polymer coating, ie all graphic papers, natural paper, cardboard and paperboard. In all of these applications, the surface area of the paper stock is changed, which is also desirable for the aforementioned applications such as printability or barrier properties.
  • Paper products coated with biodegradable polymers (blends) are known from WO2010 / 034712.
  • the aim of the present invention was thus to provide corrugated board which have comparable surface properties to paper, but at the same time are wet- and oil-resistant, have a higher moisture resistance and moreover can be easily recycled.
  • the corrugated board according to the invention solves this problem.
  • the inner and outer surfaces are made of untreated paper material.
  • the structural reinforcement sits inside the composite and improves the barrier properties such as moisture resistance, wet strength, water vapor resistance, oil resistance of the entire composite.
  • the corrugated board according to the invention has significant advantages in recycling and can be recycled according to the method described in EP 09174077.9.
  • the corrugated board is placed in an aqueous waste paper suspension which a) in the presence of at least one hydrolase is beaten, b) is pitched in alkaline medium, and / or c) is treated in an alkaline deinking process, and the plastic film then from the Waste paper suspension is separated.
  • the process is preferably carried out in only one of the described embodiments a), b) or c).
  • waste paper and the recovery of waste paper from paper products are of particular economic importance in the paper industry, since resources (pulp) can be spared in this way.
  • the term "waste paper” is based on DIN 6730 and is therefore defined as paper or paperboard that is used or unused returned from production or processing and recycled as pulp to a manufacturing process in Germany alone in 2003, the waste paper rate, Waste paper is usually used as a secondary raw material in papermaking and paperboard production, but waste paper can not be recycled any number of times, with each recycling cycle the fibers are shortened due to mechanical stress and lose their weight after approx. 4 to 6 cycles the ability to reconnect to a leaf structure, which in turn negatively affects the Has paper strength.
  • the corrugated board industry uses paper with new and high quality paper fibers.
  • the waste paper content in the corrugated board is very low.
  • the proportion of waste paper in the corrugated board according to the invention can be significantly increased and at the same time the natural shanks of the composite as the strength of the paper can be kept at a high level.
  • the inner plastic coating or better the plastic film makes an important structural contribution.
  • paper products covers all types of paper, and in particular cardboard and board.
  • Suitable fibrous materials for the production of these paper products are all qualities customary for this purpose, e.g. Pulp, bleached and unbleached pulp, pulps from all annual plants and waste paper (also scrap, both coated and uncoated). These pulps may be used either alone or in any mixture with one another to make the pulps from which the paper products are made.
  • Wood pulp includes, for example, groundwood, thermomechanical pulp (TM P), chemo-thermo-mechanical pulp (CTMP), pressure groundwood, semi-pulp, high yield pulp, and refiner mechanical pulp (RMP).
  • TM P thermomechanical pulp
  • CMP chemo-thermo-mechanical pulp
  • RMP refiner mechanical pulp
  • pulp for example, sulphate, sulphite and soda pulps come into consideration.
  • Suitable annual plants for the production of pulps are, for example, rice, wheat, sugar cane and kenaf.
  • sizing agents are added to the celluloses in an amount of from 0.01 to 3% by weight, preferably from 0.05 to 1% by weight, in each case based on dry paper stock, and are based on the desired degree of sizing of the papers to be finished.
  • the paper material may contain other substances, such. As starch, pigments, dyes, optical brighteners, biocides, solidifiers for paper, fixing agents, defoamers, retention aids, and / or dehydrating agents.
  • the central plastic layer may contain any biodegradable polymer customary for paper coating.
  • biodegradable polymers are already known to the person skilled in the art and are disclosed, inter alia, in Ullmann 's Encyclopedia of Industrial Chemistry (online version 2009), Polymers, Biodegradable, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KG, Weinheim, 2009, pages 131 ,
  • biodegradable polymers within the meaning of the present invention includes polylactic acid (PLA), polycaprolactone (PCL), polyhydroxyalkanoate (PHA), polyalkylene carbonate such as polypropylene carbonate (PPC) or polyethylene carbonate (PEC), chitosan and gluten and one or more several polyesters based on aliphatic diols and aliphatic / aromatic dicarboxylic acids such as polybutylene succinate (PBS), polybutylene succinate adipate (PBSA), polybutylene lensuccinate sebacate (PBSSe), polybutylene adipate co-terephthalate (PBAT), polybutylene sebacate co-terephthalate (
  • biodegradable polymers with natural polymers such as starch, glucose, oligomeric glucoses, cellulose, cellulose derivatives, lignins, citosan, gluten, collagen, zein and their copolyesters are suitable.
  • Semi-aromatic polyesters are particularly suitable as biodegradable polymers for the central plastic layer.
  • Partly aromatic polyesters based on aliphatic diols and aliphatic / aromatic dicarboxylic acids are also understood as meaning polyester derivatives, such as polyether esters, polyester amides or polyetheresteramides.
  • Partially aromatic polyesters include linear non-chain-extended polyesters (WO 92/09654 A1).
  • aliphatic / aromatic polyesters of butanediol, terephthalic acid and C 6 -C 18 aliphatic dicarboxylic acids such as adipic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid and brassylic acid (for example as in
  • WO 2006/097353 to 56 described suitable mixing partners.
  • Preferred are chain-extended and / or branched partially aromatic polyesters. The latter are known from documents WO 96/15173 to 15176, 21689 to 21692, 25446, 25448 or WO 98/12242, to which reference is expressly made. Mixtures of different partly aromatic polyesters are also possible.
  • Partially aromatic polyesters are suitable for the central plastic film and are constructed as follows: i) 40 to 70 mol%, based on the components i to ii, of one or more dicarboxylic acid derivatives or dicarboxylic acids selected from the group consisting of succinic acid, adipic acid, Sebacic acid, azelaic acid and brassylic acid, ii) 60 to 30 mol%, based on the components i to ii, of a terephthalic acid derivative, iii) 98 to 102 mol%, based on the components i to ii, of a C 2 -C 8 -alkylenediol or C 2 -C 6 -oxyalkylenediols, iv) 0.00 to 2% by weight, based on the total weight of components i to iii, of a chain extender and / or crosslinker selected from the group consisting of a difunctional or polyfunctional isocyanate, iso
  • partially aromatic polyesters of the abovementioned composition can be recycled in mixtures with polylactic acid by the process described in EP 09174077.9.
  • Suitable special are partly aromatic polyester having a melt volume rate (MVR) according to EN ISO 1133 (190 ° C, 2.16 kg weight) from 5 to 50 cm 3/10 min, in particular 5 to 25 cm 3/10 min and more preferably 5 to 12 cm 3/10 min.
  • MVR melt volume rate
  • copolymer mixtures of the composition are also particularly suitable for the central plastic layer: (a) 5 to 95% by weight, preferably 30 to 90% by weight, particularly preferably 40 to 70% by weight, of a biodegradable, aliphatic-aromatic polyester and
  • PBS polybutylene suc- cinate
  • PBSA polybutylene succinate adipate
  • PBSSe polybutylene succinate sebacate
  • PBTA polybutylene terephthalate-co-adipate
  • Compatibilizers of group (c) are carboxylic acid anhydrides, such as maleic anhydride, and in particular epoxide group-containing copolymers based on styrene, acid rylklareester and / or methacrylic acid esters.
  • the epoxy groups bearing units are preferably glycidyl (meth) acrylates.
  • the epoxy-containing copolymers of the above type are sold for example by BASF Resins BV under the trademark Joncryl ® ADR. Particularly suitable as compatibilizer examples play as Joncryl ® ADR 4368th
  • the polylactic acid of group (b) is preferably one which has the following property profile:
  • Tg glass transition point
  • Preferred polylactic acids are, for example NatureWorks ® 6201 D, D 6202, D 6251, D 3051, and particularly 3251 D (polylactic acid from. Nature Works).
  • the polylactic acids may also constitute the sole polymeric constituent of the plastic layer.
  • Polyhydroxyalkanoates of group (b) are understood to mean primarily poly-4-hydroxybutyrates and poly-3-hydroxybutyrates, furthermore copolyesters of the abovementioned hydroxybutyrates with 3-hydroxyvalerates or 3-hydroxyhexanoate are included.
  • Poly-3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrates are known in particular from Metabolix. They are marketed under the trade name Mirel ®.
  • Poly-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoates are known from the company P & G or Messrs. Kaneka. Poly-3-hydroxybutyrate are sold for example by the company. PH B Industrial under the brand name Biocycle ® and by the company. Tianan under the name Enmat ®.
  • the polyhydroxyalkanoates generally have a molecular weight M w of from 100,000 to 1,000,000 daltons, and preferably from 300,000 to 600,000 daltons.
  • the poly Hydroxyalkanoates may also constitute the sole polymeric component of the plastic film.
  • Polycaprolactone is marketed for example by the company. Daicel under the product names PLAC cel ®. It can be used alone or preferably in polymer mixtures in the plastic layer. The polycaprolactone can be used as component b) or make up the sole polymeric constituent of the plastic layer.
  • polyalkylene carbonate is meant in particular polyethylene carbonate and polypropylene carbonate.
  • Polyethylene carbonate is a polymer made from ethylene oxide and carbon dioxide.
  • Polypropylene carbonate is a polymer made from propylene oxide and carbon dioxide.
  • Polypropylene carbonate is particularly preferred and can be used alone or in combination with other biodegradable polymers in the plastic layer.
  • biodegradable polymers - alone or in admixture with other polymers - can be used for the plastic layer. It has proven to be advantageous that these polymers have a high flowability.
  • polylactic acid has a melt volume rate (MVR) according to EN ISO 1133 (190 ° C, 2.16 kg weight) from 5 to 70 cm 3/10 min, more preferably 9-50 cm 3/10 min and particularly preferably 5 to 25 cm 3/10 min research partner proved to be micro in such polymer blends.
  • MVR melt volume rate
  • mixtures of flowable polyesters with the aforementioned flowable polymer blends are suitable for paper coating.
  • biodegradable, aliphatic-aromatic polyester and polymer blends are known from WO 2010034712. This document and the literature cited therein are expressly incorporated by reference for both the composition of these polyesters and the processes for their preparation.
  • biodegradable in the context of the present invention is then fulfilled for a substance or a mixture of substances if this substance or the substance mixture according to DIN EN 13432 has a percentage degree of biodegradation of at least 90%.
  • biodegradability results in polymers and polymer blends (hereinafter also abbreviated to polymer (blends)) decomposing in a reasonable and detectable time.
  • the degradation can be enzy- matic, hydrolytic, oxidative and / or by the action of electromagnetic radiation, for example UV radiation, carried out and are usually effected for the most part by the action of microorganisms such as bacteria, yeasts, fungi and algae.
  • the biodegradability can be quantified, for example, by mixing polymer (mixtures) with compost and storing them for a specific time. For example, according to DIN EN 13432, CO 2 -free air is allowed to flow through ripened compost during composting and this treated compost is subjected to a defined temperature program.
  • biodegradability is calculated as the ratio of the net CO 2 release of the sample (after subtraction of CO 2 release by the compost without sample) to the maximum CO 2 release of the sample (calculated from the carbon content of the sample) as a percentage defined as biodegradation.
  • Biodegradable polymers mixtures usually show signs of decomposition after just a few days of composting, such as fungal growth, cracking and hole formation.
  • Corrugated board consists of one or two cover layers, the corrugations and, in the case of multi-ply corrugated board, one or more intermediate layers.
  • one speaks of one-sided glued corrugated cardboard which consists of a layer of corrugated paper, which is glued to paper or cardboard.
  • Single-wall, double-faced corrugated board consists of a layer of corrugated paper glued between two layers of paper and cardboard.
  • Double-walled corrugated board consists of two layers of corrugated paper, which are glued together by a layer of paper or cardboard and whose free outer surface is also covered with one layer of paper or cardboard.
  • higher-wavy corrugated board is constructed.
  • the strengths are divided into varieties and can be found in DIN 55468. Corrugated boards with a wet-strength bond and wet-strength papers are used in particular for sea shipping. Wet strength papers are either waxed or soaked with sizing agents or wet strength resins and / or added in bulk. This wet-strength papers can not be recycled. The waxes or sizing agents hinder recycling. The recycled content, in particular of the kraftliner used for the cover and intermediate layer, is low. On the other hand, for the production of Kraftliner high and mint paper fibers are used and it would be economically very interesting if one could recover these paper fibers.
  • the corrugated cardboard according to the invention preferably has kraftliners as shaft and intermediate layer or also as cover layer, which have the structure paper material / plastic Layer of biodegradable polymers or preferably paper material / plastic layer of biodegradable polymers / paper material have.
  • the kraft liners used are preferably constructed as follows: i) paper material of grammage 30 to 600 g / m 2 , preferably 40 to 400 and particularly preferably 50 to 150 g / m 2 ,
  • kraftliner which are constructed as follows: i) a paper material of the grammage 30 to 600 g / m 2, preferably 40 to 400 and particularly preferably 50 to 150 g / m 2 as an outer layer, ii) 1 to 100 ⁇ , preferably 5 to 80 ⁇ and particularly preferably 10 to 60 ⁇ thick biodegradable plastic layer as an intermediate layer and
  • the two- or multi-layer paper composite (Kraftliner) is preferably produced by lamination and extrusion processes.
  • WO 2010/034712 and the methods described therein, in particular to methods for coextrusion.
  • melt adhesive is pumped from a pre-heated to about 150 to 200 ° C reservoir into the nozzle, through which the surface is applied.
  • the paper web is passed at high speed directly to the die lip. The gap, the web guide, the web speed and the uniformity of the
  • Dispersion coatings do not require heating before application.
  • the application technology is comparable to that of melt adhesives when it comes to laminar coatings.
  • the web speeds are up to 3000 m / min. at the highest.
  • dispersion coatings are also possible online on paper machines.
  • the plastic coating with polymers such as polypropylene carbonate can also be done with solutions of plastics, for example in alcohols.
  • Single and multilayer composites of paper and plastic layers in each layer (wave or cover layer) are possible and useful in order to minimize the swelling of the cardboard layers.
  • the thickness of the plastic layer of the wave path is not subject to any particular limitation.
  • the basis weight of the plastic layer is z. B. 1 to 100 g / m 2 .
  • the layer thicknesses of these paper layers can vary widely and z. B. to 300 g / m 2 and above.
  • the paper film composite has a total thickness of 31 to 1000 g / m 2 .
  • a Textilfolienverbund of 80 to 500 .mu.m and more preferably by extrusion coating a Textilfolienverbund be prepared from 50 to 300 pm.
  • corrugated web thus obtained is then adhesively bonded in the usual way with one or two cover sheets to single-sided or double-sided corrugated cardboard, whereby a double or triple corrugated cardboard with two or three corrugated sheets and one or two intermediate ceiling sheets is also possible.
  • the corrugated cardboard has exceptionally high stacking crush pressure, tear resistance and puncture resistance, especially after exposure to damp air, are very much increased
  • the production of the shaft can be done in two stages.
  • a paper web is coated, as described above, with a biodegradable and recyclable plastic by extrusion coating, hot melt application or dispersion coating.
  • one or more coated paper layers in a machine between 2 wide gears (corrugating rolls) with wave-shaped teeth at about 100 to 200 ° C Favor at 160-180 ° C at high speed in the typical Wellenfbrm brought (grooved). Shaping and demand of the shaft material takes place in one step by the intermeshing gears.
  • Three-layer corrugations can be produced from the already extruded or laminated kraft liners on conventional installations by means of corrugating rolls, as described, for example, in DE OS 2124092. It is advantageous to produce the multi-layered wave web by heat sealing in one operation with the corrugation on the corrugator machine (see DE 2842869). If a plastic layer lies on the surface, it may come to sticking of the plastic to the Riffel leopardung. In this case, the plastic layer is protected by Teflon coating of the gears or by a revolving, easily separable from the plastic layer film from direct temperature influence, to prevent any sticking.
  • the film can be made for example in about 10-50 microns PP or PE-HD, since the homopolymers of these two polyolefins only a very low adhesion to biodegradable plastics (eg polylactic acid, PLA, PBAT, PBSeT, PBSSe, PHA, PCL. PPC).
  • biodegradable plastics eg polylactic acid, PLA, PBAT, PBSeT, PBSSe, PHA, PCL. PPC.
  • blends of starch and / or a biodegradable, biodegradable dispersion such as a polyester-polyurethane dispersion (e.g., Luphen® D DS 3585) may also be used.
  • a hotmelt instead of the starch system as an adhesive. With such corrugated cardboard, the moisture resistance of the shaft connection can be improved.
  • connection between the wave path and the cover layer can be produced by a shaft whose outer layers are coated with plastic. Then, only the thermally induced bonding or welding of the plastic surface of the wave path with the paper or plastic surface of the cover layer is possible.
  • Example 1 two-layered wave
  • the pilot scale coater (ER-WE-PA) consisted of a main extruder A (Reifen Harbor, 80 mm diameter - 30 D) and 3 extruders (B, C, D) with 60 mm diameter / 25 D length.
  • Ecoflex F BX 701 1 a polybutylene rephthalatadipat Fa. BASF SE with a MVR of about 2.5 cm 3/10 min, all MVR values used in the following are 1133 (according to EN ISO 190 ° C , 2.16 kg weight)), a throughput of about 90 kg / h at 81 1 / min could be achieved.
  • the throughput of the main extruder (Reifen Reifen, 80 mm diameter - 30 D) was 190 kg / h at a speed of 77 1 / min.
  • the throughput of the extruder was varied in order to achieve the thinnest possible layer thicknesses.
  • the coextrusion line had a die coextrusion tool which allowed coextrusion of up to 7 layers with a die width of 1000 mm and a control gap width of 0.5 mm. Through inserts in the melt channel different layers could be used together.
  • the plant was equipped with a two-layer adapter insert (Cloeren, with edge encapsulation) of the form AAABBBB with the main extruder extruder A and a 60 er extruder B.
  • the outer layer A was driven at 40% of the total thickness, the inner layer B on the board at 60% of the total thickness.
  • the paper used was a waved paper based on 100% recovered paper.
  • the paper was activated with a flame ionization unit (gas burner) or a corona discharge unit before the plastic melt hit. All coatings were extruded onto the board at a melt temperature of 250 ° C and a normal contact pressure on the 4 bar chill roll. The web speed was varied between 30 m / min and 200 m / min. Higher speeds led to a melting resonance on the pilot plant depending on the product.
  • a flame ionization unit gas burner
  • corona discharge unit corona discharge unit
  • Polyester used polyester 1
  • Ecoflex® F BX 701 1 (a polybutylene adipate-co-terephthalate the Fa. BASF SE) with egg nem MVR of 2.5 cm 3/10 min.
  • Polyester 2
  • NatureWorks® 3251 D from NatureWorks with an MVR (190 ° C, 2.16 kg according to IS01 133) of 30 ml / 10 min.
  • a compound of 24% polyester 2 16% polyester 1 and 60% polylactic acid was used in main and secondary extruders A and B.
  • the melt temperature was 258 ° C.
  • an average layer thickness of 16.5 ⁇ m (-48% of the reference layer thickness) was achieved.
  • the coating could only be removed with fiber tear in the cardboard matrix.
  • Flow instabilities such as a rise and fall of the throughput or a dynamic variation of the melt web width (melting resonance) occurred only from 240 m / min on. A particularly low neck-in was observed.
  • the paper film composite described under A) was corrugated on a PTI Austria Huweli 2 shaft system with intermeshing Type A shaft gears.
  • the plastic layer was protected from direct influence of temperature by Teflon coating, in order to avoid any possible sticking of the film composite to the gearwheel.
  • the corrugation took place at 17CTC. application properties
  • the moisture resistance of the wave was determined by means of the flat immersion resistance (CMC) according to DIN EN ISO 7263 under a normal climate according to DIN EN 20187.
  • the samples had the dimensions 160 x 12.7 mm and were not air-conditioned and air-conditioned, ie stored for 48 hours at 30 ° C and 90% humidity, measured.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einseitig oder zweiseitig beklebte, ein- oder mehrwellige Wellpappe, wobei mindestens eine der Decklagen oder Wellen ein Papierfolienverbund ist enthaltend: i) einen Papierwerkstoff der Grammatur 30 bis 600 g/m2 und ii) eine 1 bis 100 μm dicke, biologisch abbaubare Kunststoffbeschichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einseitig oder zweiseitig beklebte, ein-oder mehrwellige Wellpappe, wobei mindestens eine der Decklagen oder Wellen ein Papierfolienverbund ist enthaltend: i) einen Papierwerkstoff der Grammatur 30 bis 600 g/m2 als äußere Schicht, ii) eine 1 bis 100 μm dicke, biologisch abbaubare Kunststoffbeschichtung als Zwischenschicht und iii) einen Papierwerkstoff der Grammatur 30 bis 600 g/m2 als innere Schicht. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung dieser Wellpappe.

Description

Nassfeste Wellpappe
Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft einseitig oder zweiseitig beklebte, ein- oder mehrwellige Wellpappe, wobei mindestens eine der Decklagen oder Wellen ein Papierfolienverbund ist enthaltend: i) einen Papierwerkstoff der Grammatur 30 bis 600 g/m2 und
ii) eine 1 bis 100 μιη dicke, biologisch abbaubare Kunststoffbeschichtung.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einseitig oder zweiseitig beklebte, ein- oder mehrwellige Wellpappe, wobei mindestens eine der Decklagen oder Wellen ein Papierfolienverbund ist enthaltend: i) einen Papierwerkstoff der Grammatur 30 bis 600 g/m2 als äußere Schicht, ii) eine 1 bis 100 μιη dicke, biologisch abbaubare Kunststoffbeschichtung als Zwischenschicht und
iii) einen Papierwerkstoff der Grammatur 30 bis 600 g/m2 als innere Schicht.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung dieser Wellpappe.
Mit Polymeren beschichtete Papierprodukte finden zahlreiche Anwendungen, insbe- sondere bei Papiersorten, deren Ink-Jet-Bedruckbarkeit durch die Polymerbeschich- tung verbessert werden kann, also alle graphischen Papiere, Naturpapier, Pappe und Karton. Bei all diesen Anwendungen wird die Oberfläche des Papierwerkstoffs verändert, was für die obengenannten Anwendungen wie Bedruckbarkeit oder Barriereeigenschaften auch erwünscht ist. Papierprodukte, die mit biologisch abbaubaren Poly- mer(mischungen) beschichtet sind, sind aus der WO2010/034712 bekannt.
Es gibt jedoch zahlreiche Anwendungen, wo die Oberflächeneigenschaften des Papiers gerade erwünscht sind. Bei der Wellpappenherstellung bietet die unbehandelte Papieroberfläche deutliche Vorteile. Bei der Herstellung der Wellen auf den sogenann- ten Riffelwalzen verkleben die unbehandelten Papieroberflächen nicht. Auf der anderen Seite sind unbehandelte Papierwerkstoffe für zahlreiche Anwendungen nicht genügend nass- oder ölfest. Ein nachträgliches Tränken oder Wachsen der Papiere führt zu Problemen beim Recyceln der Papierwerkstoffe. Aus DE OS 2124092 sind nassfeste Wellpappen mit einer Welle beschrieben, die den Aufbau Papier/Polyethylen/Papier hat. Nachteil dieser Ausgestaltung ist, dass sich der Papier/Polyethylenverbund nicht einfach mit den üblichen Methoden (z.B. Deinking bei Zeitungspapier nach dem in EO 09174077.9 beschriebenen Verfahren) recyclen lässt..
Ziel der vorliegenden Erfindung war es somit Wellpappe bereit zu stellen, die zu Papier vergleichbare Oberflächeneigenschaften aufweisen, gleichzeitig aber nass - und ölfest sind, eine höhere Feuchteresistenz aufweisen und zudem sich einfach recyceln lassen.
Die erfindungsgemäße Wellpappe löst diese Aufgabe. Die innere und äußere Oberfläche sind aus einem unbehandelten Papierwerkstoff. Die Strukturverstärkung sitzt im Inneren des Verbunds und verbessert die Barriereeigenschaften wie die Feuchteresistenz, Nassfestigkeit, die Wasserdampffestigkeit, Ölfestigkeit des gesamten Verbunds.
Auch hat die erfindungsgemäße Wellpappe deutliche Vorteile beim Recycling und lässt sich nach dem in EP 09174077.9 beschriebenen Verfahren recyceln. Die Wellpappe wird in einer wässrigen Altpapiersuspension vorgelegt, die a) in Gegenwart mindestens einer Hydrolase aufgeschlagen wird, b) im alkalischen Medium aufgeschlagen wird, und /oder c) im alkalischen Medium in einem Deinking-Prozess behandelt wird, und die Kunststofffolie anschließend von der Altpapiersuspension abgetrennt wird. Das Verfahren wird bevorzugt in nur einer der beschriebenen Ausführungsformen a), b) oder c) ausgeführt. Allerdings ist es auch möglich, beliebige Kombinationen von mindestens zwei Ausführungsformen durchzuführen. In der Regel reicht jedoch eine der genannten Ausführungsformen aus, um eine vollständige Abtrennung der biologisch abbaubaren Polymere von der Papierfaser zu erreichen.
Altpapier und die Wiedergewinnung von Altpapier aus Papierprodukten sind von besonderer wirtschaftlicher Bedeutung in der Papierindustrie, da auf diesem Wege Ressourcen (Zellstoff) geschont werden können. Der Begriff„Altpapier" richtet sich nach der DIN 6730 und ist demnach definiert als Papier oder Pappe, die gebraucht oder ungebraucht aus der Erzeugung oder Verarbeitung zurückgeführt und als Halbstoffe erneut einem Fabrikationsprozess zugeleitet werden sollen. Allein in Deutschland lag im Jahr 2003 die Altpapiereinsatzquote, d.h. der Altpapieranteil an der gesamten inländischen Papierproduktion, bei 65 %. Üblicherweise wird Altpapier als Sekundärrohstoff in der Papier- und Pappeherstellung eingesetzt. Allerdings lässt sich Altpapier nicht beliebig oft recyceln. Mit jedem Verwertungszyklus werden die Fasern infolge mechanischer Belastung verkürzt und verlieren nach ca. 4 bis 6 Zyklen die Fähigkeit, sich zu einem Blattgefüge erneut zu verbinden, was wiederum negative Auswirkungen auf die Papierfestigkeit hat. Bei der Wellpappeherstellung werden Papiere mit neu- und hochwertigen Papierfasern verwendet. Aus diesem Grund ist der Altpapieranteil bei der Wellpappe sehr gering. Wir haben nun gefunden, dass sich der Anteil von Altpapier in der erfindungsgemäßen Wellpappe deutlich erhöhen lässt und gleichzeitig die Eigen- Schäften des Verbunds wie die Festigkeit des Papiers auf hohem Niveau gehalten werden können. Im Papierverbund übernimmt die innere Kunststoffbeschichtung oder besser Kunststofffolie einen wichtigen Strukturbeitrag.
Unter dem Begriff„Papierprodukte" fallen im Sinne der vorliegenden Erfindung alle Arten von Papier und insbesondere Pappe und Karton.
Als Faserstoffe zur Herstellung dieser Papierprodukte kommen sämtliche dafür gebräuchlichen Qualitäten in Betracht, z.B. Holzstoff, gebleichter und ungebleichter Zellstoff, Papierstoffe aus allen Einjahrespflanzen sowie Altpapier (auch als Ausschuss, sowohl gestrichen als auch ungestrichen). Diese Faserstoffe können entweder allein oder in beliebiger Mischung miteinander zu Herstellung der Pulpen, aus denen die Papierprodukte hergestellt werden, eingesetzt werden. Zu Holzstoff gehören beispielsweise Holzschliff, thermomechanischer Stoff (TM P), chemo-thermomechanischer Stoff (CTMP), Druckschliff, Halbzellstoff, Hochausbeute-Zellstoff und Refiner Mechanical Pulp (RMP). Als Zellstoff kommen beispielsweise Sulfat-, Sulfit- und Natronzellstoffe in Betracht. Geeignete Einjahrespflanzen zur Herstellung von Papierstoffen sind beispielsweise Reis, Weizen, Zuckerrohr und Kenaf.
Üblicherweise werden den Zellstoffen Leimungsmittel in einer Menge von 0,01 bis 3 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 1 Gew.-%, jeweils fest, bezogen auf trockenen Papierstoff, zugesetzt und richten sich nach dem gewünschten Leimungsgrad der auszurüstenden Papiere. Des Weiteren kann der Papierwerkstoff weitere Stoffe enthalten, wie z. B. Stärke, Pigmente, Farbstoffe, optische Aufheller, Biozide, Verfestiger für Papier, Fixiermittel, Entschäumer, Retentionsmittel, und/oder Entwässerungsmittel.
Die zentrale Kunststoffschicht kann jedes für die Papierbeschichtung übliche biologisch abbaubare Polymer enthalten.
Biologisch abbaubare Polymere sind dem Fachmann bereits bekannt und u. a. in Ull- mann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (online-Version 2009), Polymers, Bio- degradable, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KG, Weinheim, 2009, Seiten 131 offenbart. Insbesondere fallen unter den Begriff der biologisch abbaubaren Polymere im Sinne der vorliegenden Erfindung: Polymilchsäure (PLA), Polycaprolacton (PCL), Poly- hydroxyalkanoat (PHA), Polyalkylencarbonat wie Polypropylencarbonat (PPC) oder Polyethylencarbonat (PEC), Chitosan und Gluten und eines oder mehrerer Polyester auf Basis von aliphatischen Diolen und aliphatisch/aromatischen Dicarbonsäuren wie zum Beispiel Polybutylensuccinat (PBS), Polybutylensuccinat-adipat (PBSA), Polybuty- lensuccinat-sebacat (PBSSe), Polybutylenadipat-co-terephthalt (PBAT), Polybutylen- sebacat-co-terephthalt (PBSeT), Polybutylensuccinat-co-terephthalt (PBST). Außerdem sind Compounds aus einem oder mehreren der genannten biologisch abbaubaren Polymere mit natürlichen Polymeren wie Stärke, Glucose, oligomeres Glucosen, Cellu- lose, Cellulosederivate, Ligninen, Citosan, Gluten, Collagen, Zein und deren Copoly- ester geeignet.
Als biologisch abbaubare Polymere eignen sich für die zentrale Kunststoffschicht insbesondere teilaromatische Polyester. Unter teilaromatischen Polyestern auf Basis von aliphatischen Diolen und aliphatisch/aromatischen Dicarbonsäuren werden auch Polyesterderivate verstanden wie Polyetherester, Polyesteramide oder Polyetheresterami- de. Zu den teilaromatischen Polyestern gehören lineare nicht kettenverlängerte Polyester (WO 92/09654 A1 ). Insbesondere sind aliphatisch/aromatische Polyester aus Bu- tandiol, Terephthalsäure und aliphatischen C6-C18-Dicarbonsäuren wie Adipinsäure, Korksäure, Azelainsäure, Sebazinsäure und Brassylsäure (beispielsweise wie in
WO 2006/097353 bis 56 beschrieben) geeignete Mischungspartner. Bevorzugt werden kettenverlängerte und/oder verzweigte teilaromatische Polyester. Letztere sind aus Schriften WO 96/15173 bis 15176, 21689 bis 21692, 25446, 25448 oder der WO 98/12242, bekannt, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Mischungen un- terschiedlicher teilaromatischer Polyester kommen ebenso in Betracht.
Für die zentrale Kunststofffolie sind insbesondere teilaromatische Polyester geeignet, die wie folgt aufgebaut sind: i) 40 bis 70 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines oder mehrerer Di- carbonsäurederivate oder Dicarbonsäuren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bernsteinsäure, Adipinsäure, Sebazinsäure, Azelainsäure und Brassylsäure, ii) 60 bis 30 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines Terephthalsäure- derivats, iii) 98 bis 102 mol %, bezogen auf die Komponenten i bis ii, eines C2-C8- Alkylendiols oder C2-C6-Oxyalkylendiols, iv) 0,00 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iii, eines Kettenverlängerers und/oder Vernetzers ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem di- oder polyfunktionellen Isocyanat, Isocyanurat, Oxazolin, Epoxid, Carbonsäureanhydrid und/oder einem Verzweiger, der zumindest drei Ester und/oder Amidbindungen eingehen kann, v) 0,00 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, eines organischen Füllstoffs ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus nativer oder plastifizierter Stärke, Naturfasern, Holzmehl und/oder eines anorganischen Füllstoffs ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kreide, gefälltes Calcium- carbonat, Graphit, Gips, Leitruß, Eisenoxid, Calciumchlorid, Dolomit, Kaolin, Siliziumdioxid (Quarz), Natriumcarbonat, Titandioxid, Silikat, Wollastonit, Glimmer, Montmorillonite, Talkum, Glasfasern und Mineralfasern und vi) 0,00 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Komponenten i bis iv, mindestens eines Stabilisators, Nukleierungsmittels, Gleit- und Trennmittels, Tensids, Wachses, Antistatikums, Antifog-Mittels, Farbstoffs, Pigments, UV- Absorbers, UV-Stabilisators oder sonstigen Kunststoffadditivs.
Teilaromatische Polyester der obengenannten Zusammensetzung lassen sich gegebe- nenfalls in Mischungen mit Polymilchsäure hervorragend nach dem in EP 09174077.9 beschriebenen Verfahren recyceln.
Besonderes geeignet sind teilaromatische Polyester mit einer Schmelzevolumenrate (MVR) nach EN ISO 1 133 (190 °C, 2,16 kg Gewicht) von 5 bis 50 cm3/10 min, insbe- sondere von 5 bis 25 cm3/10 min und besonders bevorzugt von 5 bis 12 cm3/10 min.
Für die zentrale Kunststoffschicht eignen sich weiterhin insbesondere die folgenden Copolymermischungen der Zusammensetzung: (a) 5 bis 95 Gew.- % vorzugsweise 30 bis 90 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 40 bis 70 Gew.-% eines biologisch abbaubaren, aliphatisch-aromatischen Polyesters und
(b) 95 bis 5 Gew.-% vorzugsweise 70 bis 10 Gew.-%, insbesondere bevorzugt 60 bis 30 Gew.-% eines oder mehrerer Polymere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polymilchsäure, Polycaprolacton, Polyhydroxyalkanoat, Chitosan und Gluten und eines oder mehrerer Polyester auf Basis von aliphatischen Diolen und aliphatisch/aromatischen Dicarbonsäuren wie zum Beispiel Polybutylensuc- cinat (PBS), Polybutylensuccinat-adipat (PBSA), Polybutylensuccinat-sebacat (PBSSe), Polybutylenterephthalt-co-adipat (PBTA) und
(c) 0 bis 2 Gew.-% eines Verträglichkeitsvermittlers enthalten.
Verträglichkeitsvermittler der Gruppe (c) sind Carbonsäureanhydride wie Maleinsäureanhydrid und insbesondere epoxidgruppen-haltige Copolymere auf Basis Styrol, Ac- rylsäureester und/oder Methacrylsäureester. Die Epoxidgruppen tragenden Einheiten sind vorzugsweise Glycidyl(meth)acrylate. Epoxidgruppen-haltige Copolymere des obengenannten Typs werden beispielsweise von der BASF Resins B.V. unter der Marke Joncryl® ADR vertrieben. Als Verträglichkeitsvermittler besonders geeignet ist bei- spielsweise Joncryl® ADR 4368.
Besonders bevorzugte Copolymermischungen enthalten daher
(a) 20 bis 90 Gew.- % bevorzugt 30 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 35 bis 45 Gew.-% eines biologisch abbaubaren, aliphatisch-aromatischen Polyesters, (b) 80 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 70 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt 65 bis 55 Gew.-% eines oder mehrerer Polymere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polymilchsäure und Polyhydroxyalkanoat und
(c) 0 bis 2 Gew.-% eines epoxidhaltigen Poly(meth)acrylats. Als Polymilchsäure der Gruppe (b) wird bevorzugt eine eingesetzt, die folgendes Eigenschaftsprofil aufweist:
einer Schmelzvolumenrate MVR bei 190 °C und 2,16 kg nach EN ISO 1 133 von
0,5 bis 100 ml/10 min, bevorzugt 5 bis 70 ml/10 min, besonders bevorzugt 9 bis
50 ml/10 min,
- einem Schmelzpunkt unter 240 °C,
einem Glaspunkt (Tg) größer 55 °C,
einem Wassergehalt von kleiner 1000 ppm,
einem Monomeren-Restgehalt (Lactid) von kleiner 0,3 Gew.% und
einem Molekulargewicht von größer 10 000 Dalton.
Bevorzugte Polymilchsäuren sind beispielsweise NatureWorks® 6201 D, 6202 D, 6251 D, 3051 D und insbesondere 3251 D (Polymilchsäure der Fa. NatureWorks). Die Polymilchsäuren können auch den alleinigen polymeren Bestandteil der Kunststoffschicht ausmachen.
Unter Polyhydroxyalkanoaten der Gruppe (b) werden in erster Linie Poly-4- hydroxybutyrate und Poly-3-hydroxybutyrate verstanden, weiterhin sind Copolyester der vorgenannten Hydroxybutyrate mit 3-Hydroxyvaleraten oder 3-Hydroxyhexanoat umfasst. Poly-3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate sind insbesondere von der Fa. Metabolix bekannt. Sie werden unter dem Handelsnamen Mirel® vertrieben. Poly-3- hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate sind von der Fa. P&G oder Fa. Kaneka bekannt. Poly-3-hydroxybutyrate werden beispielsweise von der Fa. PH B Industrial unter dem Markennamen Biocycle® und von der Fa. Tianan unter dem Namen Enmat® vertrieben.
Die Polyhydroxyalkanoate weisen in der Regel ein Molekulargewicht Mw von 100 000 bis 1 000 000 Dalton und vorzugsweise von 300 000 bis 600 000 Dalton auf. Die Poly- hydroxyalkanoate können auch den alleinigen polymeren Bestandteil der Kunststofffolie ausmachen.
Polycaprolacton wird beispielsweise von der Fa. Daicel unter dem Produktnamen Plac- cel® vermarktet. Es kann allein oder vorzugsweise in Polymermischungen in der Kunststoffschicht eingesetzt werden. Das Polycaprolacton kann als Komponente b) eingesetzt werden oder den alleinigen polymeren Bestandteil der Kunststoffschicht ausmachen. Unter Polyalkylencarbonat wird insbesondere Polyethylencarbonat und Polypropylen- carbonat verstanden. Polyethylencarbonat ist ein Polymer hergestellt aus Ethylenoxid und Kohlendioxid. Polypropylencarbonat ist ein Polymer hergestellt aus Propylenoxid und Kohlendioxid. Polypropylencarbonat ist besonders bevorzugt und kann allein oder in Kombination mit anderen biologisch abbaubaren Polymeren in der Kunststoffschicht eingesetzt werden.
Selbstverständlich können auch andere biologisch abbaubare Polymere - allein oder in Mischung mit anderen Polymeren - für die Kunststoffschicht verwendet werden. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass auch diese Polymere eine hohe Fließfähigkeit aufweisen.
Beispielsweise hat sich Polymilchsäure mit einer Schmelzevolumenrate (MVR) nach EN ISO 1 133 (190 °C, 2,16 kg Gewicht) von 5 bis 70 cm3/10 min, besonders bevorzugt von 9 bis 50 cm3/10 min und insbesondere bevorzugt von 5 bis 25 cm3/10 min als Mi- schungspartner in solchen Polymermischungen bewährt. Weiterhin sind Mischungen von fließfähigen Polyestern mit den zuvor genannten fließfähigen Polymermischungen für die Papierbeschichtung geeignet.
Wie zuvor beschrieben sind die biologisch abbaubaren, aliphatisch-aromatischen Poly- ester und Polymermischungen aus der WO 2010034712 bekannt. Auf diese Schrift sowie die darin zitierte Literatur wird sowohl für die Zusammensetzung dieser Polyester als auch für die Verfahren zu deren Herstellung an dieser Stelle ausdrücklich Bezug genommen. Das Merkmal "biologisch abbaubar" ist im Sinne der vorliegenden Erfindung dann für einen Stoff oder ein Stoffgemisch erfüllt, wenn dieser Stoff oder das Stoffgemisch entsprechend DIN EN 13432 einen prozentualen Grad des biologischen Abbaus von mindestens 90 % aufweist.
Im Allgemeinen führt die biologische Abbaubarkeit dazu, dass die Polymere und Polymermischungen (im Folgenden auch abgekürzt Polymer(mischungen) genannt) in einer angemessenen und nachweisbaren Zeitspanne zerfallen. Der Abbau kann enzy- matisch, hydrolytisch, oxidativ und/oder durch Einwirkung elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, erfolgen und meist zum überwiegenden Teil durch die Einwirkung von Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen, Pilzen und Algen bewirkt werden. Die biologische Abbaubarkeit lässt sich beispielsweise dadurch quantifizieren, dass Polymer(mischungen) mit Kompost gemischt und für eine bestimmte Zeit gelagert werden. Beispielsweise wird gemäß DIN EN 13432 CO2-freie Luft durch gereiften Kompost während des Kompostierens strömen gelassen und dieser behandelte Kompost einem definierten Temperaturprogramm unterworfen. Hierbei wird die biologische Abbaubarkeit über das Verhältnis der Netto- CO2-Freisetzung der Probe (nach Abzug der CO2-Freisetzung durch den Kompost ohne Probe) zur maximalen CO2-Freisetzung der Probe (berechnet aus dem Kohlenstoffgehalt der Probe) als prozentualer Grad des biologischen Abbaus definiert. Biologisch abbaubare Polymer(mischungen) zeigen in der Regel schon nach wenigen Tagen der Kompostierung deutliche Abbauerscheinungen wie Pilzbewuchs, Riss- und Lochbildung.
Andere Methoden zur Bestimmung der Bioabbaubarkeit werden beispielsweise in ASTM D 5338 und ASTM D 6400-4 beschrieben.
Wellpappe besteht aus ein oder zwei Decklagen, den Wellen und bei mehrlagigen Wellpapparten aus einer oder mehreren Zwischenlagen. Je nach Anzahl der vorhandenen Decklagen/Zwischenlagen und Wellen spricht man von einseitig beklebter Wellpappe, die aus einer Lage gewellten Papiers, das auf Papier oder Karton geklebt ist, besteht. Einwellige, zweiseitig beklebte Wellpappe besteht aus einer Lage gewellten Papiers, das zwischen zwei Lagen Papier und Karton geklebt ist. Zweiwellige Wellpap- pe besteht aus zwei Lagen gewellten Papiers, die durch eine Lage Papier oder Karton miteinander verklebt sind und deren freie Außenfläche ebenfalls mit je einer Lage Papier oder Karton beklebt sind. Ähnlich ist höherwellige Wellpappe aufgebaut. Die Festigkeiten werden in Sorten unterteilt und sind in der DIN 55468 nachzulesen. Insbesondere für den Seeversand werden Wellpappen mit einer nassfesten Verklebung und nassfesten Papieren verwendet. Nassfeste Papiere sind entweder gewachst oder mit Leimungsmitteln oder Nassfestharzen getränkt und/oder in der Masse zugegeben. Auf diese Weise nassfest gestaltete Papiere lassen sich nicht recyceln. Die Wachse bzw. Leimungsmittel behindern das Recycling. Der Recyclinganteil insbeson- dere der für die Deck- und Zwischenlage verwendeten Kraftliner ist gering. Andererseits werden gerade für die Herstellung der Kraftliner hoch- und neuwertige Papierfasern eingesetzt und es wäre wirtschaftlich sehr interessant, wenn man diese Papierfasern rückgewinnen könnte. Die erfindungsgemäße Wellpappe weist vorzugsweise als Welle und Zwischenlage oder auch als Decklage Kraftliner auf, die den Aufbau Papierwerkstoff/ Kunststoff- Schicht aus biologisch abbaubaren Polymeren oder vorzugsweise Papierwerkstoff/ Kunststoffschicht aus biologisch abbaubaren Polymeren/ Papierwerkstoff aufweisen.
Die verwendeten Kraftliner sind vorzugsweise wie folgt aufgebaut: i) Papierwerkstoff der Grammatur 30 bis 600 g/m2 , vorzugsweise 40 bis 400 und insbesondere bevorzugt 50 bis 150 g/m2,
ii) eine 1 bis 100 μιη , vorzugsweise 5 bis 80 μιη und insbesondere bevorzugt 10 bis 60 μιη dicke biologisch abbaubare Kunststoffschicht.
Insbesondere bevorzugt sind Kraftliner, die wie folgt aufgebaut sind: i) einen Papierwerkstoff der Grammatur 30 bis 600 g/m2 , vorzugsweise 40 bis 400 und insbesondere bevorzugt 50 bis 150 g/m2 als äußere Schicht, ii) eine 1 bis 100 μιη , vorzugsweise 5 bis 80 μιη und insbesondere bevorzugt 10 bis 60 μιη dicke biologisch abbaubare Kunststoffschicht als Zwischenschicht und
iii) einen Papierwerkstoff der Grammatur 30 bis 600 g/m2, vorzugsweise 40 bis 400 und insbesondere bevorzugt 50 bis 150 g/m2 als innere Schicht. Der zwei- oder mehrschichtige Papierverbund (Kraftliner) wird vorzugsweise durch Laminier- und Extrusionsverfahren hergestellt. In diesem Zusammenhang soll explizit auf die WO 2010/034712 und die darin beschriebenen Verfahren wie insbesondere auch Verfahren zur Coextrusion verwiesen werden.
Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Polymere oder Compounds als Folie zu extru- dieren. Dabei kommen die Verfahren der Schlauchfolienextrusion und der Chill-Roll- Extrusion zur Folienherstellung in Betracht..
Bei dünnen Schichten kommt auch der Auftrag eines Hotmelts, gewissermaßen als Spezialfall der Extrusionsbeschichtung oder der Dispersionsauftrag in Betracht. Dieses Verfahren ist beschrieben in Ullmann, TSE Troller Coating. Der Schmelzkleber (Hot- melt) wird aus einem auf ca. 150 bis 200°C vorgewärmten Vorratsbehälter in die Düse gepumpt, über die der Oberflächenauftrag erfolgt. Im Falle einer Breitschlitzdüse wird die Papierbahn mit hoher Geschwindigkeit direkt an der Düsenlippe vorbeigeführt. Der Spalt, die Bahnführung, die Bahngeschwindigkeit und die Gleichmäßigkeit des
Schmelzestroms bestimmen die Qualität der Kunststoffschicht. Beschichtungen von 1 bis 5 g/m2 sind üblich - je nach Glätte des Substrates. Auf diese Weise lassen sich sehr dünne Extrusionsbeschichtungen auftragen.
Dispersionsbeschichtungen erfordern keine Aufheizung vor der Applikation. Die Auf- tragstechnologie ist vergleichbar mit der der Schmelzekleber, wenn es um flächige Beschichtungen geht. Die Bahngeschwindigkeiten sind mit bis zu 3000 m/min. am höchsten. Damit sind Dispersionsbeschichtungen auch online auf Papiermaschinen möglich.
Die Kunststoffbeschichtung mit Polymeren wie Polypropylencarbonat kann auch mit Lösungen der Kunststoffe beispielsweise in Alkoholen erfolgen. Es sind ein- und mehrschichtige Verbünde aus Papier- und Kunststoffschichten in jeder Schicht (Welle oder Deckschicht) möglich und sinnvoll, um das Aufquellen der Kartonschichten zu minimieren.
Die Dicke der Kunststoffechicht der Wellenbahn unterliegt an sich keiner besonderen Beschränkung. Das Flächengewicht der Kunststoffschicht beträgt z. B. 1 bis 100 g/m2. Für die Papierschichten der Wellenbahn kommen die unterschiedlichsten Materialien in Frage, z. B. weißer oder brauner Kraftliner, Halbsloff, Altpapier, Wellenstoff oder Schrenz. Die Schichtdicken dieser Papierschichten können in weitem Rahmen variieren und z. B. bis 300 g/ m2 und darüber betragen.
In der Regel weist der Papierfolienverbund eine Gesamtdicke von 31 bis 1000 g/m2 auf. Vorzugsweise kann durch Laminierung ein Papierfolienverbund von 80 bis 500 μm und besonders bevorzugt durch Extrusionsbeschichtung ein Papierfolienverbund von 50 bis 300 pm hergestellt werden.
Die so erhaltene Wellenbahn wird dann in üblicher Weise mit einer oder zwei Deckenbahnen zu einseitig oder doppelseitig gedeckler Wellpappe verklebt wobei selbslver- ständlich auch eine doppelte oder dreifache Wellpappe mit zwei oder drei Wellenbahnen und einer bzw. zwei Zwischendeckenbahnen möglich ist.
Die erfindungsgemäß hergestellte, kunststofrverstärkte Wellpappe besitzt gegenüber üblicher Wellpappe zahlreiche Vorteile:
• Die Wellpappe besitzt außerordentlich hohe Stapelstauchdruckwerte, Reißfes- tigkeit und Durchstoßfestigkeit insbesondere nach Feuchtklimaeinwirkung, sind sehr stark erhöht
• Die Berstfestigkeit insbesondere nach Feuchtklimaeinwirkung, ist sehr stark erhöht.
Die Herstellung der Welle kann zweistufig erfolgen. Hierbei wird in einem ersten Schritt eine Papierbahn wie zuvor beschrieben mit einem biologisch abbaubaren und recycle- baren Kunststoff durch Extrusionsbeschichtung, Schmelzkleberauftrag oder Dispersi- onsbeschichtung beschichtet.
Im zweiten Schritt werden eine oder mehrere beschichtete Papierlagen in einer Maschine zwischen 2 breiten Zahnrädern (Riffelwalzen) mit wellenförmiger Verzahnung bei ca. 100 bis 200 °C bevorzug bei 160-180 °C mit hoher Geschwindigkeit in die typische Wellenfbrm gebracht (geriffelt). Formgebung und Forderung des Wellenmaterials erfolgt in einem Schritt durch die ineinandergreifenden Zahnräder.
Dreischichtige Wellen (Papier/Kunststoff/Papier) lassen sich aus den bereits extrudier- ten oder laminierten Kraftlinem auf herkömmlichen Anlagen mittels Riffelwalzen - wie sie beispielsweise in der DE OS 2124092 beschrieben sind - herstellen. Vorteilhaft ist es die mehrschichtige Wellenbahn durch Heißsiegelung in einem Arbeitsgang mit der Riffelung auf der Wellpappenmaschine herzustellen (siehe DE 2842869). Wenn eine Kunststoffschicht an der Oberfläche liegt, kann es zum Ankleben des Kunststoffs an der Riffelzahnung kommen. In diesem Fall wird die Kunststoffschicht durch Teflonbeschichtung der Zahnräder oder durch eine mitlaufende, von der Kunststoffschicht leicht trennbare Folie vor direktem Temperatureinfluß geschützt, um eventuelles kleben zu verhindern. Die Folie kann beispielsweise in ca. 10-50 μm PP oder PE-HD ausgeführt werden, da die Homopolymere dieser beiden Polyolefine nur eine sehr geringe Haftung auf biologisch abbaubaren Kunststoffen (z.B. Polymilchsäure, PLA, PBAT, PBSeT, PBSSe, PHA, PCL. PPC) aufweisen.
Nach der Riffelung wird auf die Wellenspitzen über ein Leimwerk ca. 80 °C heiße Stärkelösung aufgetragen, mit der die Wellenoberfläche anschließend mit dem der oberen Deckschicht verbunden wird. Der gleiche Vorgang wird anschließend für die untere Deckschicht ausgeführt.
Weitere Verklebungen mit weiteren Kombinationen aus Deckschicht und Welle können folgen, um hochfeste Kartons mit mehreren Wellenlagen herzustellen.
Anstelle der Verklebung mit Stärke können auch Mischungen aus Stärke und/oder einer verfilmungsfähigen, biologisch abbaubaren Dispersion wie einer Polyester- Polyurethandispersion (z.B. Luphen® D DS 3585) erfolgen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Hotmelt anstelle des Stärkesystems als Kleber einzusetzen. Mit derartigen Wellpappen lässt sich die Feuchtigkeitsresistenz der Wellenverbindung verbessern.
Außerdem kann die Verbindung zwischen Wellenbahn und Deckschicht durch eine Welle hergestellt werden, deren Außenschichten mit Kunststoff beschichtet sind. Dann ist lediglich die thermisch induzierte Verklebung oder Verschweißung der Kunststoffoberfläche der Wellenbahn mit der Papier- oder Kunststoffbberfläche der Deckschicht möglich.
Die fertige Kartonbahn wird anschließend durch automatisierte Schneidevonrichlungen in produktionsgerechte Abmessungen geschnitten, gefalzt, gestanzt und zu Kartonverpackungen verarbeitet. Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung erläutern aber nicht einschränken. Beispiel 1 (zweilagige Welle)
A) Herstellung des beschichteten Papiers:
Die Technikumsbeschichtungsanlage (ER-WE-PA) bestand aus einem Hauptextruder A (Reifenhäuser, 80 mm Durchmesser - 30 D) und 3 Extrudern (B, C, D) mit 60 mm Durchmesser/ 25 D Länge. Bei Einsatz von Ecoflex F BX 701 1 (ein Polybutylente- rephthalatadipat der Fa. BASF SE mit einem MVR von ca. 2,5 cm3/10 min, alle im Folgenden verwendeten MVR-Werte sind nach EN ISO 1 133 (190 °C, 2,16 kg Gewicht) bestimmt) ließ sich ein Durchsatz von ca. 90 kg/h bei 81 1/min erzielen. Der Durchsatz des Hauptextruders (Reifenhäuser, 80 mm Durchmesser - 30 D) betrug 190 kg/h bei einer Drehzahl von 77 1/min. Der Durchsatz der Extruder wurde variiert, um möglichst dünne Schichtdicken zu erreichen.
Die Koextrusions-Anlage verfügte über ein Werkzeug zur Düsenkoextrusion, die eine Koextrusion von bis zu 7 Schichten mit einer Düsenbreite von 1000 mm und einer Regelspaltweite von 0,5 mm zuließ. Durch Einsätze in den Schmelzekanal konnten verschiedene Schichten gemeinsam verwendet werden. Die Anlage war mit einem Zwei- schicht-Adapter Einsatz (Fa. Cloeren, mit Randeinkapselung) der Form AAABBBB mit dem Hauptextruder als Extruder A und einem 60 er als Extruder B ausgerüstet. Die äußere Schicht A wurde mit 40 % der Gesamtdicke, die innere Schicht B auf dem Karton mit 60 % der Gesamtdicke gefahren. Als Papier wurde ein Wellenrohpapier auf Basis 100% Altpapier verwendet.
Das Papier wurde vor dem Auftreffen der Kunststoffschmelze mit einer Flammionisie- rungsanlage (Gasbrenner) oder einer Coronaentladungsanlage aktiviert. Alle Beschichtungen wurden mit einer Massetemperatur von 250 °C und einem normalen Anpressdruck auf die Chill-Roll von 4 bar auf den Karton extrudiert. Dabei wurde die Bahngeschwindigkeit zwischen 30 m/min und 200 m/min variiert. Höhere Geschwindigkeiten führten auf der Technikumsanlage in Abhängigkeit vom Produkt zu einer Schmelzeresonanz.
Eingesetzte Polyester: Polyester 1
Ecoflex® F BX 701 1 (ein Polybutylenadipat-coterephthalat der Fa. BASF SE) mit ei- nem MVR von 2,5 cm3/10 min. Polyester 2
Ein Polybutylenterephthalatsebacat mit einem MVR von 6,4 cm3/10 min. Polymilchsäure
NatureWorks® 3251 D der Fa. NatureWorks mit einer MVR (190°C, 2.16 kg nach IS01 133) von 30 ml/10 min.
Extrusionsbeschichtung
Ein Compound aus 24 % Polyester 2 16 % Polyester 1 und 60 % Polymilchsäure wurde in Haupt und Nebenextruder A und B eingesetzt. Die Massetemperatur betrug 258 °C. Bei einer maximalen Bahngeschwindigkeit von 170 m/min wurde eine mittlere Schichtdicke von 16,5 μιη (- 48 % der Referenzschichtdicke) erreicht. Die Beschichtung ließ- sich nur mit Faserriss in der Kartonmatrix ablösen. Fließinstabilitäten wie ein An und Abschwellen des Durchsatzes oder eine dynamische Variation der Schmelzebahnbreite (Schmelzeresonanz) traten erst ab 240 m/min auf. Es wurde ein besonders niedriger Neck-in beobachtet.
B) Herstellung der Welle
Der unter A) beschriebene Papierfolienverbund wurde auf einer Wellenanlage PTI Austria Huweli 2 mit ineinandergreifenden Zahnrädern der Typ A-Welle geriffelt. Zur Riffelung wurde die Kunststoffschicht durch Teflonbescbichtung vor direktem Tempera- tureinfluss geschützt, um eventuelles Kleben des Folienverbunds an dem Zahnrad zu vermeiden. Die Riffelung erfolgte bei 17CTC. Anwendungseigenschaften
Die Feuchteresistenz der Welle wurde mittels des Flachtauchwiderstands (CMC) nach DIN EN ISO 7263 unter einem Normalklima nach DIN EN 20187 bestimmt. Die Proben hatten die Maße 160 x 12,7 mm und wurden nicht klimatisiert und klimatisiert, d.h. 48 Stunden bei 30°C und 90% Luftfeuchtigkeit gelagert, vermessen. Tabellel : Flachtauchwiderstand
Figure imgf000015_0001
Die in der Tabelle aufgeführten Ergebnisse zeigen, dass bereits die einseitig mit biologisch abbaubarem Polymer beschichtete Welle deutlich nassfester ist als die unbeschichtete Welle. Außerdem startet man von einem deutlich höheren Niveau, sodass insgesamt eine deutlich festere Welle erhalten wird.

Claims

Patentansprüche
1 . Einseitig oder zweiseitig beklebte, ein- oder mehrwellige Wellpappe, wobei mindestens eine der Decklagen oder Wellen ein Papierfolienverbund ist ent- haltend: i) einen Papierwerkstoff der Grammatur 30 bis 600 g/m2, ii) eine 1 bis 100 μιη dicke, biologisch abbaubare Kunststoffbeschichtung.
2. Einseitig oder zweiseitig beklebte, ein- oder mehrwellige Wellpappe, wobei mindestens eine der Decklagen oder Wellen ein Papierfolienverbund ist enthaltend: einen Papierwerkstoff der Grammatur 30 bis 600 g/m2als äußere Schicht,
eine 1 bis 100 μιη dicke, biologisch abbaubare Kunststoffbeschich tung als Zwischenschicht und
einen Papierwerkstoff der Grammatur 30 bis 600 g/m2 als innere Schicht.
3. Wellpappe nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei die Kunststoffbeschichtung aus einem oder mehreren Polymeren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: aliphatisch-aromatischen Polyester, aliphatischen Polyester, Polymilch- säure, Polyalkylencarbonat, Polycaprolacton und Polyhydroxyalkanoat und deren Compounds mit natürlichen Polymeren ausgewählt ist.
4. Wellpappe nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei die Schichten i) und gegebenenfalls iii) zu 10 bis 100 % aus Altpapier bestehen.
5. Wellpappe nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Schichten i) und gegebenenfalls iii) aus Papier der Grammatur 50 bis 150 g/m2 bestehen.
6. Verfahren zur Herstellung des Papierfolienverbunds der Ansprüche 1 bis 5 durch Laminierung von zuvor erwärmten Papierbahnen mit einer Kunststofffolie unter gegebenenfalls Zuhilfenahme eines Kaschierklebers.
7. Verfahren zur Herstellung des Papierfolienverbunds der Ansprüche 1 bis 5 durch Extrusionsbeschichtung, wobei der biologisch abbaubare Kunststoff als Hotmelt aufgebracht wird.
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