WO2017178604A1 - Leichtes verpackungspapier für lebensmittel mit verbessertem widerstand gegen fette - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a paper for packaging food.
  • a paper which, despite its low basis weight, by combining special paper properties with a coating of nanoparticles of a biopolymer, has sufficient resistance to the penetration of fats and oils and yet is readily recyclable and toxicologically safe.
  • Food packaging paper has many different and sometimes contradictory requirements.
  • a first function of the packaging paper is that it protects the packaged food from environmental influences. This requires at least some mechanical strength and chemical resistance to typical environmental influences.
  • a second function is that the wrapping paper should also protect the environment from the effects of the packaged food with which it may come into contact. Above all, this requires sufficient resistance to the penetration of fats, oils and water through the wrapping paper.
  • the packaging paper for food should have a defined resistance to the penetration of water vapor, to prevent the food from drying out too quickly.
  • packaging paper for food is very often used only once, it makes sense for ecological reasons if the packaging paper can be recycled as easily as possible or, if it is not disposed of properly, at least biodegradable.
  • the packaging paper for food has the lowest possible basis weight, so that little raw materials must be used for production and the amount of waste resulting from the disposal of the packaging paper, is relatively low.
  • the requirements of a high or defined resistance to the penetration of fats and oils, as well as the good recyclability or biodegradability in combination with a low basis weight of the packaging paper contradict each other.
  • a known from the prior art method for the production of packaging papers, which achieve a very good resistance to the penetration of fats, oils and water or water vapor, is to coat a base paper on one side with polyethylene, for example in an extrusion process. Because of this coating, such a paper can not be recycled or only with great effort. Therefore, this method satisfies the requirement of reusability or biodegradability only insufficiently.
  • WO 2015/180699 describes a paper which contains nanoparticles of a biopolymer. These nanoparticles, in particular, increase the dry strength of the paper, so that a higher proportion of recycled fibers can be used, which brings ecological benefits. In addition, the nanoparticles increase the resistance to fats and oils.
  • the present invention has for its object to provide a packaging paper for food, which has a low basis weight, provides a sufficiently high resistance to the penetration of fats and oils and can be easily recycled or biodegraded.
  • the packaging paper according to the invention has a basis weight of 20 g / m 2 to 50 g / m 2 , comprises pulp fibers and one or more fillers, wherein the amount of fillers in total between 5 wt .-% and 20 wt .-% based on the weight ofmaschinespa - piers amounts.
  • the water absorption capacity of a packaging paper should be low in order to achieve a sufficient barrier effect.
  • the packaging paper should therefore be water repellent. This ensures on the one hand that water can not penetrate quickly through the packaging paper and on the other hand ensures that water-based coating solutions remain on the surface of the packaging paper.
  • the water absorption capacity should not be as small as possible, but that it is for the overall function of the paper in combination with said nanoparticles of considerable advantage, if it is within a certain narrow range of values. The inventors have found that in this narrow range of values, it is possible to optimally distribute a water-based coating material between the surface and the volume of the packaging paper and achieve high barrier effects despite the low basis weight, so that less coating material is required.
  • the inventors have found that this does not depend on the absolute water absorption capacity, as measured, for example, according to ISO 535: 2014 and expressed as Cobbo's value in g / m 2 , but that it is rather important that the water absorption capacity is suitably chosen in relation to the basis weight of the packaging paper.
  • the relative water absorption capacity is defined as the dimensionless ratio from the Cobböo value according to ISO 535: 2014 and the basis weight according to ISO 536: 2012. For example, if the Cobböo value is 15 g / m 2 and the basis weight is 35 g / m 2 , then the relative water absorption capacity is 15/35 0,4 0.428.
  • the invention relates to water-suspended nanoparticles of a starch as coating material and the experiments show that largely independent of the surface
  • a relative water absorption capacity between 0.4 and 0.7, preferably between 0.4 and 0.6
  • an optimum distribution of nanoparticles of a starch in the packaging paper can be achieved so that the finished packaging paper, if it is the nanoparticles of a starch contains in a quantity of only 1 g / m 2 to 6 g / m 2 , already reached Kit level after TAPPI T559 cm-12 of at least 6.
  • the relative water absorption capacity of both sides of the paper in the above-mentioned range is from 0.4 to 0.7, and preferably from 0.4 to 0.6. This is contrary to the expectations of the prior art because the absolute and relative water absorbency of the coated side of a paper is generally greater than that of the uncoated side, while it is important to the invention that water absorption be independent of any coating in the paper specified range lies.
  • the packaging paper according to the invention has a basis weight between 20 g / m 2 and 50 g / m 2 .
  • the basis weight will be as low as possible to save on raw materials, but then the barrier effect against fats and oils will be reduced, so that a preferred range for the weight per unit area is between 25 g / m 2 and 40 g / m 2 .
  • the basis weight of a paper can be measured according to ISO 536: 2012.
  • the packaging paper according to the invention comprises pulp fibers. In principle, all known from the prior art pulp fibers come into question, with which the usually required technical properties, such as sufficient tensile strength, can be achieved.
  • the pulp fibers are sulphate pulp fibers and comprise 25% by weight to 75% by weight of long fibers and 25% by weight to 75% by weight of short fibers, the percentages being based on Refer to mass of pulp fibers.
  • Long fiber sulphate pulp can be obtained, for example, from spruce or pine, while the short fiber pulp can be obtained, for example, from birch, beech or eucalyptus.
  • pulp fibers from other plants such as flax, hemp, sisal, abaca, ramie, jute, kenaf or esparto grass is also possible and can for achieving a particularly high tensile strength (flax, hemp, sisal, abaca) or a high paper volume (esparto grass ) make sense.
  • fibers of regenerated cellulose such as modal fibers or lyocell fibers, can be used, but worsen the biodegradability.
  • Fibers made of thermoplastics such as polyethylene or polypropylene can also be used, especially if a heat sealability is required. Of course, however, these fibers also deteriorate the biodegradability.
  • the pulp fibers will be bleached because the packaging paper is then white and often printed.
  • the pulp fibers, or at least a portion thereof, may be unbleached.
  • the packaging paper will then have a light brown to dark brown color.
  • the use of unbleached pulp fibers can be beneficial if environmental aspects of the packaging paper are of particular importance.
  • recycled fibers which are recovered primarily from waste paper because such fibers are often contaminated by substances that are undesirable in food packaging.
  • these include, for example, mineral oil-based saturated hydrocarbons. Substances (MOSH) and mineral oil-based aromatic hydrocarbons (MOAH).
  • MOSH mineral oil-based saturated hydrocarbons
  • MOAH mineral oil-based aromatic hydrocarbons
  • the packaging paper therefore, it contains no or almost no recycled fibers, in particular not those from waste paper.
  • the above-mentioned pulp fibers are not recycled, that is to say completely, or at least 95% by weight of fresh fibers ("virgin pulp").
  • the packaging paper according to the invention comprises fillers.
  • the proportion of fillers in the packaging paper is rather low and is between 5 wt .-% and 20 wt .-% based on the mass of the finished packaging paper.
  • the skilled person strives to select the filler content as high as possible, because it achieves a higher whiteness, higher opacity and lower costs for the packaging paper.
  • the trend in papermaking is towards increasingly higher filler contents, which may well be 40% by weight or higher.
  • the inventors have found that for the purposes of the invention, a comparatively low filler content is of crucial importance. The reason for this is that a high filler content gives the paper a porous structure, which degrades the barrier effect.
  • the filler content is in each case between 5 wt .-% and 20 wt .-, but preferably between 5 wt .-% and 15 wt .-%.
  • different fillers can be used. These include, for example, especially carbonates, such as precipitated or geologically degraded calcium carbonate or magnesium carbonate; Metal oxides, such as titanium dioxide or magnesium oxide; metal hydroxides, such as magnesium hydroxide or aluminum hydroxide; and silicates such as kaolin and talc. The use of mixtures of these fillers is compatible with the invention.
  • titanium dioxide can be used as the sole filler or in a blend to increase opacity and whiteness. Because titanium dioxide is particularly effective in this regard, with equal whiteness and opacity, the overall filler content, and thus the basis weight, can be reduced and a low porosity structure advantageous for the purposes of the invention can be provided. Due to the high price of titanium dioxide, it is also possible to replace part of the titanium dioxide with other fillers, so-called extenders, which, in combination with titanium dioxide, enhance its action. For a mass unit of titanium dioxide that is to be replaced by an extender, however, several mass units of the extender must be used. Examples of suitable extenders are calcined kaolin, aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ) or precipitated amorphous silicates.
  • kaolin or talc may also be used as the sole filler or in a mixture to increase the smoothness of the packaging paper and affect the porous structure. As a result, the printability can be improved and a limited barrier effect can be achieved.
  • nanoparticles of one starch are applied to the packaging paper such that the finished packaging paper contains between 1 g / m 2 and 6 g / m 2 of the nanoparticles.
  • This amount is sufficient to achieve a good resistance to fats and oils, a so-called kit level of 6 to 12, measured according to TAPPI T559 cm-12.
  • the amount of nanoparticles of a starch in the packaging paper is preferably between 1.5 g / m 2 and 5.5 g / m 2 and very particularly preferably between 1.5 g / m 2 and 5 g / m 2 .
  • nanoparticles of starch suitable for the invention is described by way of example in WO 2008/022127, WO 2010/065750 and WO 2011/084692. In the cited patents, however, the nanoparticles are mainly used to improve the printability.
  • the starches suitable for the preparation of the nanoparticles include, for example, potato starch, corn starch, wheat starch, rice starch or tapioca starch. In general, starches with a high content of amylopectin, in particular those with a content of at least 90, preferably at least 95%, of amylopectin are generally suitable.
  • the mean size of the nanoparticles is between 1 nm and 500 nm, preferably between 10 nm and 400 nm and particularly preferably between 40 nm and 200 nm.
  • the packaging paper may contain further components.
  • sizing agents such as, for example, alkyd dimers (AKD), alkenylsuccinic anhydride (ASA) or resin glues.
  • ASA alkenylsuccinic anhydride
  • resin glues resin glues.
  • sizing agents make the packaging paper hydrophobic and are necessary to adjust the relative water absorbency of the packaging paper to the value required by the invention.
  • the amount of sizing agent required for this purpose can be determined by the skilled person on the basis of his experience or determined by experiments.
  • the sizing agent may be added in bulk or applied to the surface during the manufacture of the packaging paper. When added in bulk, the sizing agent is already contained in the headbox in the suspension.
  • sizing is also referred to in the present disclosure as “bulk sized” and is preferred, but additionally or alternatively, the sizing agent may also be applied to the surface, for example in a size press of a paper machine It may also contain wet strength agent, which significantly increases the strength of the packaging paper when wet
  • a suitable wet strength agent is polyaminopolyamide-epichlorohydrin (PAE)
  • PAE can be used in an amount of 2 kg per ton of packaging paper.
  • Another optional component of the packaging paper may be starch, which explicitly does not mean the nanoparticles of a starch. Thickness can be added to the wrapping paper to increase its dry strength. Here, too, the skilled person will be able to choose the required amount based on experience and can take a quantity of 5 kg per ton of wrapping paper as a guide.
  • the packaging paper according to the invention may contain, in addition to the fillers, pigments or dyes.
  • pigments or dyes For example, yellow, red, brown or black iron oxides or carbon particles can be used to give the paper a color other than white.
  • Pigments may also be understood as meaning metal particles or plastic particles which give the paper a particular color or a particular luster.
  • gold leaf is conceivable for particularly high-quality packaging paper.
  • Dyes which may preferably be used are those which can be processed in an aqueous composition, but which do not dissolve appreciably from the packaging paper upon contact with food, so that the foodstuff is not contaminated. UV resistance can also play a role in the choice of dye.
  • the packaging paper according to the invention can also be printed.
  • food packaging papers are printed with trademarks, logos, company names, synopsis, or other information.
  • the packaging paper can be printed on one, one or both sides. When printing on only one side, preferably one side of the packaging paper is coated with the nanoparticles of one thickness and the other side is printed. The side coated with nanoparticles of a starch side is then preferably facing the food.
  • Other components of the packaging paper as they are necessary for example for the production of the paper, the skilled person can choose suitable. These include, for example, retention aids, crosslinking agents, dispersing agents, defoamers or biocides. In general, when using these components, as well as all the aforementioned components of the packaging paper, the statutory provisions must be taken into account.
  • Another property of the packaging paper essential to the invention is its water absorption capacity. Absolute water absorption capacity shall be determined in accordance with ISO 535: 2014 and expressed as Cobb 6 o value ("Cobböo") in g / m 2 After determining the basis weight of the packaging paper ("FLG") in g / m 2 in accordance with ISO 536: 2012, From this the relative water absorption capacity can be calculated by the ratio Cobböo / FLG. Since the value of Cobböo can be determined separately for both sides of the packaging paper, a relative water absorption capacity is also assigned to each side of the packaging paper. It has been found to be essential for the invention that the relative water absorption capacity of both sides is similar and lies between 0.4 and 0.7, preferably between 0.4 and 0.6.
  • the inventors assume that only in this range of values can an optimal distribution of the aqueous coating composition and thus of the nanoparticles in the packaging paper be achieved. This optimum distribution ensures high resistance to greases and oils with comparatively low application rates and low grammage of the packaging paper.
  • kits level Another essential characteristic of the packaging paper according to the invention is its resistance to the penetration of fats and oils. This property is quantified according to the method described in TAPPI T559 cm-12. 12 different test liquids are applied to the paper, sorted and numbered according to their tendency to penetrate paper from 1 to 12. The liquids are tested in ascending order, and the number of the last liquid that did not penetrate the paper defines the resistance to fats and oils, which is referred to as kit level. The kit level can therefore be from 0 to 12. In order to achieve a sufficient resistance to fats and oils in packaging papers for common foods, the kit level should be at least 6 and at most 12 A kit level of 6 to 10 is preferred, which is already sufficient for the vast majority of all applications, and very particularly preferred is a kit level of 6 to 8.
  • the side of the packaging paper coated with nanoparticles of one starch should face the test liquids. If both sides of the packaging paper are coated with nanoparticles of one thickness, the Kit Level must be in the range of 6 to 12 for each of the two sides of the packaging paper. However, kit levels on both sides may differ, and kit levels at the preferred tighter intervals may occur in only one side of the packaging paper in any combination, while the kit level for the other side may be outside the preferred interval in any case must be between 6 and 12.
  • the kit level can be influenced primarily by the amount of nanoparticles of one starch in the packaging paper, whereby a higher application quantity also leads to a higher kit level.
  • Further measures which the person skilled in the art can take to adjust the kit level for the purposes of this invention include the choice of the type and amount of sizing agent, the milling of the pulp fibers and paper-compacting measures such as calendering. For all these measures, however, the specifications regarding the relative water absorption capacity must be observed.
  • Another aspect of the invention which is optional but may provide further advantages in terms of raw material usage and barrier action against fats and oils, is the choice of a particular low air permeability.
  • the inclusion of the coating composition in the paper structure is also determined by the porous structure of the packaging paper.
  • One method of evaluating the porous structure of the packaging paper is Gurley's air permeability, which can be measured according to ISO 5636-5: 2013. In this case, a pressure difference between the two sides of the packaging paper is applied and measured how long it takes for a certain volume of air, typically 100 cm 3 , has flowed through a defined area of the paper. The air permeability according to Gurley is given in seconds.
  • a high Gurley value in seconds means low air permeability and vice versa
  • a low value in seconds means high air permeability.
  • the air permeability can be influenced in particular by the grinding of the pulp in papermaking and by the choice of the type, amount and average particle size of the filler or of the filler mixture and is therefore a parameter which the person skilled in the art can set in certain areas.
  • Gurley's air permeability may be used to denote the barrier effect provided by the nanoparticles of starch and the paper structure to adjust even better.
  • the air permeability according to Gurley will preferably be between 1000 s and 1000 s, more preferably between 2000 s and 8000 s. This is a significantly lower air permeability than known from the prior art packaging papers for food, which usually have a Lufbel artkeit according to Gurley from 50 s to 500 s.
  • Gurley's air permeability is not significantly dependent on the direction of gas flow through the paper, so the specified limits apply regardless of the direction of flow.
  • the thickness of the packaging paper is between 20 ⁇ and 60 ⁇ , preferably between 25 ⁇ ⁇ and 50 ⁇ .
  • the thickness can be measured according to ISO 534: 2011 on a single layer.
  • the tensile strength of the packaging paper is generally important for the manufacture and use as packaging paper.
  • the tensile strength is usually different in the machine direction and transverse direction of the paper. In the machine direction, the tensile strength should be between 1 kN / m and 5 kN / m, preferably between 2 kN / m and 4 kN / m. In the transverse direction, the tensile strength is generally lower, which is not a problem because the load is applied in many processing processes, especially in the machine direction.
  • the transverse tensile strength should be between 0.5 kN / m and 4 kN / m, preferably between 1 kN / m and 3 kN / m.
  • the elongation at break of the packaging paper is also important. A sufficient elongation at break is required in order to be able to partially compensate for differences in speed in the course of the packaging paper in processing machines.
  • the elongation at break is different in the machine direction and transverse direction of the packaging paper and should be between 1% and 3% in the machine direction and between 2% and 6% in the transverse direction.
  • Tensile strength and elongation at break can be determined according to ISO 1924-2: 2008.
  • the preparation of the packaging paper according to the invention can be carried out entirely by means of the devices known from the prior art, for example using a Fourdrinier paper machine.
  • the application of the coating composition can then be carried out using a coating device known from the prior art. This can be, for example, the film or size press in a paper machine, or else a separate application device for coating, such as a blade coater or rod coater.
  • the application of the coating composition can also be done by printing the packaging paper.
  • the application of the coating composition to the packaging paper takes place at least on one side, preferably on the top side of the packaging paper.
  • a particularly high resistance to greases and oils to coat both sides of the packaging paper.
  • the applied type and amount of nanoparticles of a starch may differ between the two sides, but in total the applied amount of nanoparticles of a starch for the packaging paper according to the invention as mentioned above must be between 1 g / m 2 and 6 g / m 2 amount.
  • the order of the coating composition on the packaging paper should preferably be made on the entire surface of one side of the packaging paper, because areas excluded from the application will not have sufficient resistance to greases and oils. However, it is possible to exclude areas from the order which ensure that they do not come into contact with the packaged food because, for example, they are lost to other components of the packaging.
  • the coating composition may be applied to the packaging paper on one side in a pattern and on the other side in an approximately complementary pattern such that each point of the packaging paper is coated with the nanoparticles of a starch on at least one side of the packaging paper.
  • the term "approximately" may mean that the two patterns overlap slightly, so that under no circumstances does a partial area of the packaging paper remain on both sides without a coating due to the production tolerances.
  • the coating composition can also be applied in such a way that the amount of nanoparticles of a starch changes over the surface of the packaging paper. For example, less or no coating composition could be applied in areas of the packaging paper that are known to have little contact with the food. These areas can have any shape, the compatible with the procurement procedure. As a result, for example, the need for nanoparticles of one thickness can be reduced.
  • the coating composition preferably comprises at least water and nanoparticles of a starch.
  • the level of nanoparticles of a starch in the coating composition may vary and will depend on the amount of nanoparticles to be applied to the paper as well as the rheological requirements of the application process. The available capacity in the subsequent drying of the packaging paper may also play a role in the choice of the coating composition.
  • the coating composition contains between 10% by weight and 40% by weight of nanoparticles of a starch, preferably between 20% by weight and 35% by weight .96 each based on the weight of the coating composition.
  • the coating composition may contain other components. These include, for example, the aforementioned components of the packaging paper, such as fillers, pigments, dyes and sizing agents, but also crosslinking agents.
  • the coating composition may contain talc or kaolin or a mixture thereof, wherein the amount of talc and kaolin in total may be between 30% and 65% by weight of the weight of the nanoparticles. Due to the shape of their particles, these fillers can increase the resistance to fats and oils.
  • the preparation of the coating composition is preferably carried out according to the instructions of the manufacturer of the nanoparticles of a starch.
  • the packaging paper is preferably dried.
  • the drying process known from the prior art can be used, for example by infrared radiation, hot air or contact with a heated drying cylinder, microwaves or combinations thereof.
  • Other processing such as printing, cutting, embossing or folding may be carried out according to the requirements of the end use of the packaging paper.
  • the following exemplary embodiments are intended to demonstrate the advantages of the packaging paper according to the invention.
  • Fig. L shows a Table l, in the properties of packaging Papie invention and not comparative examples according to the invention are summarized.
  • FIG. 2 shows a table 2 in which further properties of the packaging papers of FIG. 1 are summarized.
  • the percentages of long fiber pulp and short fiber pulp relate to the weight of the fiber composition, the percentages of the fillers are based on the basis weight of the packaging paper.
  • the basis weight of each packaging paper was determined according to ISO 536: 2012 and is given in the column “basis weight” in Table 1.
  • the basis weights are between 25.4 g / m 2 and 46.3 g / m 2 .
  • Gurley air permeability was determined according to ISO 5636-5: 2013, with the air always flowing from the top to the screen side. The measurement results are given in Table 2, column “Air permeability (Gurley)”.
  • the tensile strength and elongation at break were determined according to ISO 1924-2: 2008 in the machine direction and transverse direction, respectively. The results are not detailed, but were always between 1.3 kN / m and 4.6 kN / m for the machine direction tensile strength, while lying between 0.9 kN / m and 2.4 kN / m in the transverse direction , This tensile strength is sufficient for easy further processing in any case.
  • the machine direction elongation was between 1.3% and 2.6% and between 2.9% and 5.8% in the transverse direction. These values are sufficient for easy further processing.
  • uncoated paper A with a kit level on each side between o and 2
  • a coating of the paper with the nanoparticles of a starch is in any case required in order to obtain a significant resistance to fats and oils.
  • the papers according to the invention of the embodiments B to E show for different basis weights of 25.4 g / m 2 to 45.9 g / m 2 that with a relative water absorption capacity of 0.44 to 0.63 and a quantity of nanoparticles of the strength of 1.7 g / m 2 to 5.1 g / m 2, a sufficient resistance to oils and fats, expressed by the kit level, of 6-8 can be achieved.
  • the paper of embodiment F shows a very high-quality packaging paper with a basis weight of 46.3 g / m 2 and titanium dioxide in the filler mixture. This gives the paper a high opacity and whiteness.
  • the paper F is coated on both sides with nanoparticles of starch and therefore has a very high resistance to oils and fats, expressed by the kit level, from 9 to 11.
  • a comparison of the inventive papers D and G shows that the two papers with respect to their basis weight of 38.8 g / m 2 and 38.5 g / m 2 are very similar. Otherwise, they do not differ in any significant parameters apart from the air permeability which is for Gurley paper D 6685 s and Gurley paper G 8320 s.
  • paper D has the higher air permeability and resistance to oils and fats expressed by the kit level of 6-7 while the paper G attains a kit level of 7-8.
  • the inventive paper of embodiment H explores the limits of the invention and shows only a resistance to fats and oils with a high relative water absorption capacity of 0.62 (OS) and 0.67 (SS) and a high air permeability of 1224 s according to Gurley. expressed by the kit level, from 5-6.
  • this packaging paper is just fine for use as packaging paper for foodstuffs.
  • the paper of embodiment J of the invention demonstrates the invention for an alternative fiber mixture, consisting of 70 wt .-% long-fiber pulp and 30 wt .-% short fiber pulp, each based on the mass of the fiber mixture, and a low filler content of 5 wt .-% based on the mass of the packaging paper.
  • the coating is applied in contrast to all other embodiments on the screen side.
  • the wrapping paper achieves resistance to fats and oils expressed by the kit level of 6-7. This, in combination with the other embodiments, shows that the relative water absorption capacity and the air permeability are of particular importance separately as well as in combination in order to achieve a high resistance to oils and greases.
  • the non-inventive papers K and L is a very little sized paper (K) whose relative water absorption capacity of 0.82 to 0.90 is too high to realize the invention and a very strong sized paper (L ) whose relative water absorption capacity of 0.20 to 0.25 is too low to realize the invention. Both papers achieve a kit level of at most 5, despite the fact that at least 4 g / m 2 of the nanoparticles have been applied. These two non-inventive embodiments also show the particular importance of the relative water absorption capacity for the resistance to fats and oils.

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Abstract

Verpackungspapier für Lebensmittel, mit einem Flächengewicht von 20 g/m2 bis 50 g/m2, umfassend Zellstofffasern und einen oder mehrere Füllstoffe, wobei die Menge an Füllstoffen insgesamt zwischen 5 Gew.-% und 20 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Verpackungspapiers beträgt, wobei das Verpackungspapier • ein Leimungsmittel umfasst, das in einer solchen Menge enthalten ist, dass sich auf beiden Seiten ein relatives Wasseraufnahmevermögen von 0,4 bis 0,7 ergibt, wobei das relative Wasseraufnahmevermögen definiert ist als der Quotient aus dem nach ISO 535:2014 bestimmten Cobb60 Wert und dem Flächengewicht, auf zumindest einer Seite eine Beschichtung aufweist, die Nanopartikel einer Stärke umfasst, wobei das Verpackungspapier zwischen 1 g/m2 und 6 g/m2 der besagten Nanopartikel enthält, • keine Verbindungen der Struktur CF3(CF2)n(CH2)mX enthält, wobei n=5 oder n=7 beträgt und m=0,1 oder 2 ist und X eine Hydroxygruppe (X=OH) oder eine Carboxygruppe (X=COOH) ist, oder der Anteil derartiger Verbindungen an der Gesamtmasse des Verpackungspapiers 0,1 ‰ nicht übersteigt, und • einen Widerstand gegen Fette und Öle von 6 bis 12, beschrieben durch den Kit Level gemäß TAPPI T559 cm-12, aufweist, wobei in dem Test nach TAPPI T559 cm- 12 die zumindest eine mit den genannten Nanopartikeln beschichtete Seite Testflüssigkeiten ausgesetzt wird.

Description

LEICHTES VERPACKUNGSPAPIER FÜR LEBENSMITTEL
MIT VERBESSERTEM WIDERSTAND GEGEN FETTE
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Papier zur Verpackung von Lebensmitteln. Insbesondere betrifft sie ein Papier, das trotz geringen Flächengewichts durch Kombination spezieller Papiereigenschaften mit einer Beschichtung aus Nanopartikeln eines Biopolymers einen ausreichenden Widerstand gegen das Durchdringen von Fetten und Ölen aufweist und trotzdem gut recyclingfähig und toxikologisch unbedenldich ist.
HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK
An Verpackungspapier für Lebensmittel werden viele verschiedene und zum Teil einander widersprechende Anforderungen gestellt. Eine erste Funktion des Verpackungspapiers besteht darin, dass es das verpackte Lebensmittel vor Umwelteinflüssen schützt. Dies erfordert zumindest eine gewisse mechanische Festigkeit und eine chemische Beständigkeit gegenüber typischen Umwelteinflüssen. Eine zweite Funktion besteht darin, dass das Verpackungspapier auch die Umwelt vor Einflüssen durch das verpackte Lebensmittel schützen soll, mit denen es möglicherweise in Kontakt kommt. Dies erfordert bei Lebensmitteln vor allem einen ausreichenden Widerstand gegen das Durchdringen von Fetten, Ölen und Wasser durch das Verpackungspapier. Zusätzlich soll das Verpackungspapier für Lebensmittel einen definierten Widerstand gegen das Durchdringen von Wasserdampf besitzen, um zu verhindern, dass das Lebensmittel zu schnell austrocknet.
Da Verpackungspapier für Lebensmittel sehr oft nur einmal verwendet wird, ist es aus ökologischen Gründen sinnvoll, wenn das Verpackungspapier möglichst einfach wiederverwertet werden kann oder, falls es nicht ordnungsgemäß entsorgt wird, zumindest biologisch abgebaut werden kann.
Aus demselben Grund ist es auch wünschenswert, dass das Verpackungspapier für Lebensmittel ein möglichst geringes Flächengewicht aufweist, sodass wenig Rohstoffe zur Herstellung eingesetzt werden müssen und die Menge an Abfall, die durch die Entsorgung des Verpackungspapiers entsteht, vergleichsweise gering ist. Typischerweise widersprechen sich die Anforderungen eines hohen bzw. definierten Widerstands gegen das Durchdringen von Fetten und Ölen, sowie die gute Wiederverwertbarkeit oder biologische Abbaubarkeit in Kombination mit einem geringen Flächengewicht des Verpackungspapiers.
Ein aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren für die Herstellung von Verpackungspapieren, die einen sehr guten Widerstand gegen das Durchdringen von Fetten, Ölen und Wasser bzw. Wasserdampf erreichen, besteht darin, ein Basispapier einseitig mit Polyethylen, beispielsweise in einem Extrusionsverfahren, zu beschichten. Wegen dieser Beschichtung kann ein solches Papier aber nicht oder nur mit großem Aufwand wiederverwertet werden. Dieses Verfahren erfüllt daher die Anforderung einer Wiederverwertbarkeit oder biologischen Abbaubarkeit nur unzureichend.
Ein anderes aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren für die Herstellung von Verpa- ckungspapieren, die einen sehr guten Widerstand gegen das Durchdringen von Fetten, Ölen und Wasser erreichen, besteht darin, das Papier mit bestimmten fluorhaltigen Substanzen zu beschichten. Insbesondere polyfluorierte organische Verbindungen, und vor allem Fluortelomeralkohole, CF3(CF2)n(CH2)mOH mit n=i,2,..., insbesondere mit n=5 oder n=7, und m=o,i,2,...,lo, insbesondere mit m=o,i oder 2, haben sich für diese Anwendung bewährt. Beim Einsatz dieser Stoffe kann es aber zu einer Kontamination mit Perfluoroktansäure (PFOA, C8HF15O2) kommen, die sich im menschlichen Organismus ansammelt und die durch die in der EU geltende REACH-Verordnung (Registration, Evaluation, Authorisation of Chemicals) als fortpflanzungsgefährdend, krebserregend und toxisch eingestuft ist. Schon allein aus diesem Grund sind polyfluorierte organische Verbindungen als Bestandteil eines Verpackungspapiers nicht erwünscht und insbesondere nicht als Bestandteil eines Verpackungspapiers für Lebensmittel. Zusätzlich sind solche Papiere auch kaum wiederverwertbar.
Viele Versuche ein Verpackungspapier für Lebensmittel mit Substanzen überwiegend biologischen Ursprungs zu beschichten, so dass neben der guten Wiederverwertbarkeit oder bio- logischen Abbaubarkeit auch noch ein hoher Widerstand gegen das Durchdringen von Fetten, Ölen und Wasser erreicht wird, waren nicht erfolgreich, weil der hohe Widerstand gegen das Durchdringen von Fetten, Ölen und Wasser, den die Beschichtung mit Polyethylen oder der Einsatz von polyfluorierten organischen Verbindungen bietet, nicht annähernd erreicht werden konnte, insbesondere nicht für Verpackungspapiere mit einem geringen Flächenge- wicht.
In anderen Versuchen einer Beschichtung des Verpackungspapiers mit erdölbasierten Wachsen konnte zwar ein hoher Widerstand gegen das Durchdringen von Fetten, Ölen und Wasser erreicht werden, aber die Anforderung einer guten Wiederverwertbarkeit oder biologischen Abbaubarkeit ist wieder nur unzureichend erfüllt. Zudem sind diese auf Erdölprodukten basierenden Wachse ihrerseits ökologisch nachteilig. In WO 2015/180699 ist ein Papier beschrieben, das Nanopartikel eines Biopolymers enthält. Durch diese Nanopartikel wird vor allem die Trockenfestigkeit des Papiers erhöht, sodass ein höherer Anteil an wiederverwerteten Fasern eingesetzt werden kann, was ökologische Vorteile bringt. Außerdem erhöht sich durch die Nanopartikel der Widerstand gegen Fette und Öle. Allerdings sind die in dieser Patentanmeldung beschriebenen Papiere vergleichsweise schwer, über 60 g/m2, und erhebliche Mengen an Nanopartikeln sind erforderlich, üblicherweise mindestens 6 g/m2, um ausreichende Festigkeit zu erreichen. Außerdem ist der Einsatz von Perfluoroktansäure weiterhin als vorteilhaft beschrieben und trotz aller dieser Maßnahmen wird kein Widerstand gegen Fette und Öle erreicht, der einen Kit Level von 5 überschreitet.
Es besteht daher weiterhin ein großer Bedarf in der Industrie, ein Verpackungspapier zur Verfügung zu haben, dass bei guter Festigkeit einen geringen Rohstoffeinsatz erfordert, auf die Verwendung von organischen Fluorverbindungen vollkommen verzichtet und trotzdem einen hohen Widerstand gegen Fette und Öle besitzt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verpackungspapier für Lebensmittel anzugeben, das ein geringes Flächengewicht besitzt, einen ausreichend hohen Wider- stand gegen das Durchdringen von Fetten und Ölen bietet und gut wiederverwertet oder biologisch abgebaut werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verpackungspapier nach Anspruch 1 sowie durch ein Herstellungsverfahren nach Anspruch 22 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängi- gen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verpackungspapier hat ein Flächengewicht von 20 g/m2 bis 50 g/m2, umfasst Zellstofffasern und einen oder mehrere Füllstoffe, wobei die Menge an Füllstoffen insgesamt zwischen 5 Gew.- und 20 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Verpackungspa- piers beträgt. Ferner umfasst das Verpackungspapier ein Leimungsmittel, das in einer solchen Menge enthalten ist, dass sich auf beiden Seiten ein relatives Wasseraufnahmevermögen, ausgedrückt durch den Quotienten aus dem nach ISO 535:2014 bestimmten Cobböo Wert und dem Flächengewicht von 0,4 bis 0,7 ergibt. Des Weiteren weist das erfindungsgemäße Verpackungspapier auf zumindest einer Seite eine Beschichtung auf, die Nanopartikel einer Stärke umfasst, wobei das Verpackungspapier zwischen l g/m2 und 6 g/m2 der besagten Nanopartikel enthält, und das Verpackungspapier enthält keine Verbindungen der Struktur CF3(CF2)n(CH2)m , wobei n=5 oder n= beträgt und m=o,l oder 2 ist und X eine Hydroxygruppe (X=OH) oder eine Carboxygruppe (X=COOH) ist, oder allenfalls einen Anteil derartiger Verbindungen an der Gesamtmasse des Verpackungspapiers, der o,i %o nicht übersteigt, und es besitzt einen Widerstand gegen Fette und Öle von 6 bis 12, beschrieben durch den Kit Level gemäß TAPPI T559 cm-12, wenn in diesem Test die zumindest eine mit den genannten Nanopartikeln beschichtete Seite den Testflüssig- keiten ausgesetzt wird. In bevorzugten Ausführungsformen wird dieser Widerstand gegen Fette und Öle jedoch beidseitig erreicht.
Im Stand der Technik geht man davon aus, dass das Wasseraufnahmevermögen eines Verpa- ckungspapiers gering sein soll, um eine ausreichende Barrierewirkung zu erreichen. Das Verpackungspapier soll also wasserabweisend sein. Dies sorgt einerseits dafür, dass Wasser nicht rasch durch das Verpackungspapier dringen kann und andererseits dafür, dass wasserbasierte Beschichtungslösungen an der Oberfläche des Verpackungspapiers verbleiben. Die Erfinder haben jedoch überraschend gefunden, dass das Wasseraufnahmevermögen nicht möglichst klein sein soll, sondern dass es für die Gesamtfunktion des Papiers in Kombination mit den genannten Nanopartikeln von erheblichem Vorteil ist, wenn es in einem bestimmten, engen Wertebereich liegt. Die Erfinder haben festgestellt, dass man in diesem engen Wertebereich ein wasserbasiertes Beschichtungsmaterial optimal zwischen der Ober- fläche und dem Volumen des Verpackungspapiers verteilen und hohe Barrierewirkungen trotz des geringen Flächengewichts erreichen kann, sodass man weniger Beschichtungsmaterial benötigt.
Des Weiteren haben die Erfinder festgestellt, dass es hierbei nicht auf das absolute Was- Seraufnahmevermögen ankommt, wie es beispielsweise nach ISO 535:2014 gemessen und als Cobböo Wert in g/m2 ausgedrückt wird, sondern dass es vielmehr darauf ankommt, dass das Wasseraufnahmevermögen in Bezug auf das Flächengewicht des Verpackungspapiers geeignet gewählt ist. Zu diesem Zweck wird das relative Wasseraufnahmevermögen als dimensionslose Verhältniszahl aus dem Cobböo Wert nach ISO 535:2014 und dem Flächengewicht nach ISO 536:2012 definiert. Ist also beispielsweise der Cobböo Wert 15 g/m2 und das Flächengewicht beträgt 35 g/m2, dann beträgt das relative Wasseraufnahmevermögen 15/35 « 0,428. Die Erfindung bezieht sich auf in Wasser suspendierte Nanopartikel einer Stärke als Beschichtungsmaterial und die Experimente zeigen, dass weitgehend unabhängig vom Flä- chengewicht bei einem relativen Wasseraufnahmevermögen zwischen 0,4 und 0,7, bevorzugt zwischen 0,4 und 0,6, eine optimale Verteilung von Nanopartikeln einer Stärke im Verpackungspapier erreicht werden kann, sodass das fertige Verpackungspapier, wenn es die Na- nopartikel einer Stärke in einer Menge von nur 1 g/m2 bis 6 g/m2 enthält, bereits Kit Level nach TAPPI T559 cm-12 von mindestens 6 erreicht. Dies stellt einen ersten bedeutenden Vorteil der Erfindung dar. Zudem kann vollkommen auf den Einsatz der unerwünschten organischen Fluorverbindungen verzichtet werden, die üblicherweise als Barriere gegen Fette und Öle verwendet werden, was einen weiteren Vorteil der Erfindung vor allem in Bezug auf ökologische Aspekte darstellt.
Es ist außerdem ein wesentlicher Aspekt der Erfindung, dass das relative Wasseraufnahmevermögen beider Seiten des Papiers in dem oben erwähnten Bereich von 0,4 bis 0,7 und bevorzugt von 0,4 bis 0,6 liegt. Dies widerspricht den Erwartungen aus dem Stand der Technik, weil das absolute und relative Wasseraufnahmevermögen der beschichteten Seite eines Pa- piers generell Meiner ist als jenes der unbeschichteten Seite, während es für die Erfindung von Bedeutung ist, dass das Wasseraufnahmevermögen unabhängig von jeder Beschichtung in dem angegebenen Bereich liegt.
Das erfindungsgemäße Verpackungspapier hat ein Flächengewicht zwischen 20 g/m2 und 50 g/m2. Generell wird man zur Einsparung von Rohstoffen das Flächengewicht möglichst gering wählen, dann allerdings reduziert sich die Barrierewirkung gegen Fette und Öle, sodass ein bevorzugter Bereich für das Flächengewicht zwischen 25 g/m2 und 40 g/m2 liegt. Das Flächengewicht eines Papiers kann nach ISO 536:2012 gemessen werden. Das erfindungsgemäße Verpackungspapier umfasst Zellstofffasern. Grundsätzlich kommen dafür alle aus dem Stand der Technik bekannten Zellstofffasern in Frage, mit denen die üblicherweise vorausgesetzten technischen Eigenschaften, wie beispielsweise ausreichende Zugfestigkeit, erreicht werden können. Im Rahmen der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Zellstofffasern Sulfatzellstofffasern sind und 25 Gew.-% bis 75 Gew.-% Langfasern und 25 Gew.-% bis 75 Gew.-% Kurzfasern umfassen, wobei sich die Prozentsätze auf die Masse der Zellstofffasern beziehen. Langfasersulfatzellstoff kann dabei beispielsweise aus Fichte oder Kiefer gewonnen werden, während der Kurzfaserzellstoff beispielsweise aus Birke, Buche oder Eukalyptus gewonnen werden kann. Der Einsatz von Zellstofffasern aus anderen Pflanzen, wie Flachs, Hanf, Sisal, Abacä, Ramie, Jute, Kenaf oder Espartogras ist ebenfalls möglich und kann zur Erzielung einer besonders hohen Zugfestigkeit (Flachs, Hanf, Sisal, Abaca) oder eines hohen Papiervolumens (Espartogras) sinnvoll sein. Auch Fasern aus regenerierter Zellulose, wie Modalfasern oder Lyocellfasern, können eingesetzt werden, verschlechtern aber die biologische Abbaubarkeit. Fasern aus thermoplastischen Kunststoffen wie Polyethlyen oder Polypropylen können ebenfalls eingesetzt werden, insbesondere wenn eine Heißssiegelfähigkeit erforderlich ist. Selbstverständlich verschlech- tern aber auch diese Fasern die biologische Abbaubarkeit.
Generell werden die Zellstofffasern gebleicht sein, weil das Verpackungspapier dann weiß ist und häufig auch noch bedruckt wird. Alternativ können die Zellstofffasern oder zumindest ein Teil davon ungebleicht sein. Das Verpackungspapier wird dann eine hellbraune bis dun- kelbraune Farbe besitzen. Die Verwendung von ungebleichten Zellstofffasern kann von Vorteil sein, wenn ökologische Aspekte des Verpackungspapiers von besonderer Bedeutung sind.
Wenig bevorzugt sind recyclierte Fasern, die vor allem aus Altpapier gewonnen werden, weil solche Fasern oft durch Substanzen kontaminiert sind, die in Verpackungen für Lebensmittel unerwünscht sind. Dazu gehören beispielsweise mineralöl-basierte gesättigte Kohlenwasser- . Stoffe (MOSH) und mineralöl-basierte aromatische Kohlenwasserstoffe (MOAH). In einer bevorzugten Ausführung des Verpackungspapiers enthält es daher keine oder nahezu keine recyclierten Fasern, insbesondere nicht solche aus Altpapier. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform sind die oben genannten Zellstofffasern nicht recycliert, also voll- ständig, oder zumindest 95 Gew.-% Frischfasern („virginpulp").
Das erfindungsgemäße Verpackungspapier umfasst Füllstoffe. Der Anteil an Füllstoffen im Verpackungspapier ist aber eher niedrig und liegt zwischen 5 Gew.-% und 20 Gew.-% bezogen auf die Masse des fertigen Verpackungspapiers. Bei der Herstellung von Papier im All- gemeinen, speziell aber von Verpackungspapier, ist der Fachmann bestrebt, den Füllstoffge- halt möglichst hoch zu wählen, weil man damit eine höhere Weiße, höhere Opazität und geringere Kosten für das Verpackungspapier erreicht. Gegenwärtig geht der Trend in der Papierherstellung in Richtung auf zunehmend höhere Füllstoffgehalte, die durchaus bei 40 Gew.-% oder höher liegen können. Die Erfinder haben aber festgestellt, dass für die Zwecke der Erfindung ein vergleichsweise geringer Füllstoffgehalt von entscheidender Bedeutung ist. Grund hierfür ist, dass ein hoher Füllstoffgehalt dem Papier eine poröse Struktur verleiht, was die Barrierewirkung verschlechtert. Aus diesem Grund liegt der Füllstoffgehalt in jedem Fall zwischen 5 Gew.-% und 20 Gew.- , bevorzugt aber zwischen 5 Gew.-% und 15 Gew.-%. Als Füllstoffe können unterschiedliche Füllstoffe verwendet werden. Dazu gehören beispielsweise vor allem Carbonate, wie gefälltes oder geologisch abgebautes Calciumcarbonat oder Magnesiumcarbonat; Metalloxide, wie Titandioxid oder Magnesiumoxid; Metallhydroxide, wie Magnesiumhydroxid oder Aluminiumhydroxid; und Silikate wie Kaolin und Talkum. Der Einsatz von Mischungen dieser Füllstoffe ist mit der Erfindung vereinbar.
Beispielsweise kann Titandioxid als einziger Füllstoff oder in einer Mischung eingesetzt wer- den, um die Opazität und Weiße zu erhöhen. Weil Titandioxid in dieser Hinsicht besonders wirksam ist, kann bei gleicher Weiße und Opazität der gesamte Füllstoffgehalt und damit das Flächengewicht reduziert werden, und eine für die Zwecke der Erfindung vorteilhafte, wenig poröse Struktur geschaffen werden. Wegen des hohen Preises von Titandioxid ist es auch möglich, einen Teil des Titandioxids durch andere Füllstoffe, sogenannte Extender zu ersetzen, die in Kombination mit Titandioxid dessen Wirkung verstärken. Für eine Masseneinheit Titandioxid, die durch einen Extender ersetzt werden soll, müssen allerdings mehrere Masseneinheiten des Extenders verwendet werden. Als Extender kommen beispielsweise calciniertes Kaolin, Aluminiumhydroxid (Al(OH)3) oder gefällte amorphe Silikate in Frage.
Beispielsweise kann auch Kaolin oder Talkum als einziger Füllstoff oder in einer Mischung eingesetzt werden, um die Glätte des Verpackungspapiers zu erhöhen und die poröse Struktur zu beeinflussen. Dadurch kann die Bedruckbarkeit verbessert und eine begrenzte Barrier- ewirkung erzielt werden.
Für die Barrierewirkung des erfindungsgemäßen Verpackungspapiers ist es wesentlich, dass Nanopartikel einer Stärke so auf das Verpackungspapier aufgetragen werden, dass das fertige Verpackungspapier zwischen 1 g/m2 und 6 g/m2 der Nanopartikel enthält. Diese Menge ist ausreichend um einen guten Widerstand gegen Fette und Öle einen sogenannten Kit Level von 6 bis 12, gemessen nach TAPPI T559 cm-12, zu erzielen. Bevorzugt beträgt die Menge an Nanopartikeln einer Stärke im Verpackungspapier zwischen 1,5 g/m2 und 5,5 g/m2 und ganz besonders bevorzugt zwischen 1,5 g/m2 und 5 g/m2. Die Herstellung von für die Erfindung geeigneten Nanopartikeln einer Stärke ist beispielhaft in WO 2008/022127, WO 2010/065750 und WO 2011/084692 beschrieben. In den genannten Patentschriften werden die Nanopartikel aber vor allem zur Verbesserung der Bedruckbarkeit eingesetzt. Die für die Herstellung der Nanopartikel geeigneten Stärken umfassen beispielsweise Kartoffelstärke, Maisstärke, Weizenstärke, Reisstärke oder Tapiokastärke. Generell eignen sich bevorzugt Stärken mit hohem Gehalt an Amylopektin, insbesondere solche mit einem Gehalt von mindestens 90 , vorzugsweise mindestens 95 % an Amylopektin. Die mittlere Größe der Nanopartikel beträgt zwischen l nm und 500 nm, bevorzugt zwischen 10 nm und 400 nm und besonders bevorzugt zwischen 40 nm und 200 nm.
Neben den für das erfindungsgemäße Verpackungspapier wesentlichen Komponenten kann das Verpackungspapier weitere Komponenten enthalten.
Dazu gehören Leimungsmittel, wie beispielsweise All<ylketendimere (AKD), Alkenylbern- steinanhydrid (ASA) oder Harzleime. Diese Leimungsmittel machen das Verpackungspapier hydrophob und sind notwendig, um das relative Wasseraufnahmevermögen des Verpa- ckungspapiers auf den gemäß der Erfindung erforderlichen Wert einzustellen. Die dazu nötige Menge an Leimungsmittel wird der Fachmann anhand seiner Erfahrung festlegen können bzw. durch Experimente bestimmen können. Das Leimungsmittel kann bei der Herstellung des Verpackungspapiers in der Masse zugegeben oder auf die Oberfläche aufgetragen werden. Bei einer Zugabe in der Masse ist das Leimungsmittel bereits beim Stoffauflauf in der Suspension enthalten. Diese Art der Leimung wird in der vorliegenden Offenbarung auch als „in der Masse geleimt" bezeichnet und ist bevorzugt. Zusätzlich oder alternativ kann das Leimungsmittel aber auch auf die Oberfläche aufgetragen werden, beispielsweise in einer Leimpresse einer Papiermaschine. Wenn gewünscht ist, dass das Verpackungspapier besonders wasserbeständig ist, kann es auch Nassfestmittel enthalten, das die Festigkeit des Verpackungspapiers im nassen Zustand erheblich erhöht. Ein gut geeignetes Nassfestmittel ist Polyaminopolyamid-Epichlorhydrin (PAE). Als Anhaltspunkt kann PAE in einer Menge von 2 kg pro Tonne Verpackungspapier eingesetzt werden.
Eine weitere optionale Komponente des Verpackungspapiers kann Stärke sein, wobei hier explizit nicht die Nanopartikel einer Stärke gemeint sind. Stärke kann dem Verpackungspapier hinzugefügt werden um seine Trockenfestigkeit zu erhöhen. Auch hier wird der Fachmann die nötige Menge anhand der Erfahrung wählen können und kann eine Menge von 5 kg pro Tonne Verpackungspapier als Anhaltspunkt nehmen.
Im Fall, dass nur eine Seite des Verpackungspapiers mit den Nanopartikeln einer Stärke beschichtet ist, kann die andere Seite mit gewöhnlicher Stärke beschichtet sein, um zu verhindern, dass sich das Verpackungspapier bei Änderung der Feuchtigkeit wölbt, weil sich die beiden Seiten des Verpackungspapiers bei Befeuchtung unterschiedlich ausdehnen. Für die weitere Verarbeitung des Verpackungspapiers, insbesondere das Bedrucken, ist es wichtig, dass sich das Verpackungspapier nicht wölbt. Das erfindungsgemäße Verpackungspapier kann neben den Füllstoffen auch Pigmente oder Farbstoffe enthalten. Beispielsweise können gelbe, rote, braune oder schwarze Eisenoxide oder Kohlepartikel eingesetzt werden, um dem Papier eine andere Farbe als weiß zu verleihen. Unter Pigmenten können auch Metallpartikel oder Kunststoffpartikel verstanden wer- den, die dem Papier eine besondere Farbe oder einen besonderen Glanz verleihen. Insbesondere ist für besonders hochwertige Verpackungspapier auch der Einsatz von Blattgold denkbar.
Als Farbstoffe können bevorzugt solche verwendet werden, die in einer wässrigen Zusam- mensetzung verarbeitet werden können, sich aber bei Kontakt mit Lebensmitteln nicht nennenswert aus dem Verpackungspapier lösen, sodass das Lebensmittel nicht kontaminiert wird. Auch die UV-Beständigkeit kann bei der Auswahl des Farbstoffs eine Rolle spielen.
Das erfindungsgemäße Verpackungspapier kann auch bedruckt sein. In vielen Fällen sind Verpackungspapiere für Lebensmittel mit Marken, Logos, Firmenbezeichnungen, Inhaltsangaben oder anderen Informationen bedruckt. Dafür können alle aus dem Stand der Technik bekannten und für Verpackungspapiere für Lebensmittel üblichen Druckverfahren eingesetzt werden, insbesondere Tiefdruck, Flexodruck oder Digitaldruck. Das Verpackungspapier kann auf keiner, einer oder beiden Seiten bedruckt sein. Bei einem Druck auf nur eine Seite ist bevorzugt eine Seite des Verpackungspapiers mit den Nanoparti- keln einer Stärke beschichtet und die andere Seite bedruckt. Die mit Nanopartikel einer Stärke beschichtete Seite ist dann bevorzugt dem Lebensmittel zugewandt. Weitere Komponenten des Verpackungspapiers, wie sie beispielsweise zur Herstellung des Papiers notwendig sind, kann der Fachmann geeignet wählen. Dazu gehören beispielsweise Retentionshilfsmittel, Vernetzungsmittel, Dispergierhilfsmittel, Entschäumer oder Biozide. Generell müssen bei der Verwendung dieser Komponenten, wie auch aller zuvor genannten Komponenten des Verpackungspapiers die gesetzlichen Bestimmungen berücksichtigt wer- den.
In Verpackungspapieren für Lebensmittel, insbesondere solchen, die einen hohen Widerstand gegen Fette und Öle aufweisen, werden im Stand der Technik sehr häufig Fluorverbindungen eingesetzt. Dazu gehört eine Klasse von Verbindungen mit der allgemeinen Summen- formel CF3(CF2)ii(CH2)m , die sogenannten Fluortelomeralkohole, wenn X eine Hydroxyg- ruppe (X=OH) ist, oder fluorierte oder perfluorierte Carbonsäuren, wenn X eine Carboxyg- ruppe (X=COOH) ist. Dabei kann n die Werte n=l,2,... annehmen und m die Werte m=o,l,2,...,io. Von besonderer Bedeutung sind Fluortelomerallcohole mit n=5 oder n=7 und m= o, l oder 2 und X=OH, sowie die Perfluoroktansäure mit n=6, m=o und X=COOH.
Es ist ein wesentliches Ziel und ein bedeutender Vorteil des erfindungsgemäßen Verpa- ckungspapiers, dass solche Fluorverbindungen nicht im Verpackungspapier enthalten sind. Dabei bedeutet„nicht enthalten", dass sie nicht in einer Menge enthalten sind, die bedeutend zur Barrierewirkung gegen Fette oder Öle beiträgt. Es ist aber denkbar und noch mit der Erfindung vereinbar, dass Spuren von solchen Fluorverbindungen enthalten sind, die durch Kontamination, beispielsweisen durch den Kontakt mit anderen, nicht erfindungsgemäßen Verpackungspapieren, zustande gekommen sind. Jedenfalls soll der Anteil derartiger Fluorverbindungen an der Gesamtmasse des Verpackungspapiers o,i %o nicht übersteigen.
Eine weitere für die Erfindung wesentliche Eigenschaft des Verpackungspapiers ist sein Wasseraufnahmevermögen. Das absolute Wasseraufnahmevermögen wird nach ISO 535:2014 bestimmt und als Cobb6o Wert („Cobböo") in g/m2 angegeben. Nach Bestimmung des Flächengewichts des Verpackungspapiers („FLG") in g/m2 gemäß ISO 536:2012, kann daraus das relative Wasseraufnahmevermögen durch das Verhältnis Cobböo/FLG berechnet werden. Da der Cobböo Wert für beide Seiten des Verpackungspapiers separat bestimmt werden kann, ist auch jeder Seite des Verpackungspapiers ein relatives Wasseraufnahmevermögen zuge- ordnet. Es hat sich für die Erfindung als wesentlich herausgestellt, dass das relative Wasseraufnahmevermögen beider Seiten ähnlich ist und zwischen 0,4 und 0,7, bevorzugt zwischen 0,4 und 0,6, liegt. Die Erfinder gehen davon aus, dass nur in diesem Wertebereich eine optimale Verteilung der wässrigen Beschichtungszusammensetzung und damit der Nanopar- tikel im Verpackungspapier erreicht werden kann. Diese optimale Verteilung sorgt für den hohen Widerstand gegen Fette und Öle bei vergleichsweise geringen Auftragsmengen und geringem Flächengewicht des Verpackungspapiers.
Eine weitere wesentliche Eigenschaft des erfindungsgemäßen Verpackungspapiers ist sein Widerstand gegen das Durchdringen von Fetten und Ölen. Diese Eigenschaft wird nach der in TAPPI T559 cm-12 beschriebenen Methode quantifiziert. Dabei werden 12 unterschiedliche Testflüssigkeiten auf das Papier aufgebracht, die nach Ihrer Neigung Papier zu durchdringen aufsteigend von 1 bis 12 sortiert und nummeriert sind. Die Flüssigkeiten werden in aufsteigender Reihenfolge getestet, und die Nummer der letzten Flüssigkeit, bei der es zu keinem Durchdringen des Papiers gekommen ist, definiert den Widerstand gegen Fette und Öle, der dann als Kit Level bezeichnet wird. Der Kit Level kann daher Werte von o bis 12 annehmen. Um einen ausreichenden Widerstand gegen Fette und Öle bei Verpackungspapieren für übliche Lebensmittel zu erreichen, soll der Kit Level mindestens 6 und höchstens 12 be- tragen, bevorzugt ist ein Kit Level von 6 bis ιο, der für den überwiegenden Großteil aller Anwendungen bereits ausreicht und ganz besonders bevorzugt ist ein Kit Level von 6 bis 8.
Beim Test nach TAPPI T559 cm-12 soll die mit Nanopartikeln einer Stärke beschichtete Seite des Verpackungspapiers den Testflüssigkeiten zugewandt sein. Sind beide Seiten des Verpackungspapiers mit Nanopartikeln einer Stärke beschichtet, muss für jede der beiden Seiten des Verpackungspapiers der Kit Level im Bereich von 6 bis 12 liegen. Die Kit Level der beiden Seiten können sich aber unterscheiden und Kit Level in den bevorzugten engeren Intervallen können daher in jeder beliebigen Kombination auch nur auf einer Seite des Verpackungspa- piers auftreten, während der Kit Level für die andere Seite außerhalb des bevorzugten Intervalls liegen kann aber jedenfalls zwischen 6 und 12 liegen muss.
Der Kit Level kann primär durch die Menge der Nanopartikel einer Stärke im Verpackungspapier beeinflusst werden, wobei eine höhere Auftragsmenge auch zu einem höheren Kit Le- vel führt. Weitere Maßnahmen, die der Fachmann zur Einstellung des Kit Levels im Sinne dieser Erfindung ergreifen kann, sind die Wahl von Art und Menge eines Leimungsmittels, die Mahlung der Zellstofffasern und papierverdichtende Maßnahmen wie Kalandrieren. Bei allen diesen Maßnahmen sind aber die Vorgaben an das relative Wasseraufnahmevermögen zu beachten.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung, der optional ist, aber noch weitere Vorteile bezüglich des Rohstoffeinsatzes und der Barrierewirkung gegen Fette und Öle bewirken kann ist die Wahl einer bestimmten, niedrigen Luftdurchlässigkeit. Die Aufnahme der Beschichtungszusam- mensetzung in die Papierstruktur wird auch von der porösen Struktur des Verpackungspa- piers bestimmt. Eine Methode um die poröse Struktur des Verpackungspapiers zu beurteilen ist die Luftdurchlässigkeit nach Gurley, die gemäß ISO 5636-5:2013 gemessen werden kann. Dabei wird eine Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Verpackungspapiers aufgebracht und gemessen wie lange es dauert, bis ein bestimmtes Volumen Luft, typischerweise 100 cm3, durch eine definierte Fläche des Papiers geströmt ist. Die Luftdurchlässigkeit nach Gurley wird dabei in Sekunden angegeben. Ein hoher Wert nach Gurley in Sekunden bedeutet also eine geringe Luftdurchlässigkeit und umgekehrt bedeutet ein niedriger Wert in Sekunden eine hohe Luftdurchlässigkeit. Die Luftdurchlässigkeit kann insbesondere durch die Mahlung des Zellstoffs bei der Papierherstellung und durch die Wahl der Art, Menge und mittleren Partikelgröße des Füllstoffs oder der Füllstoffmischung beeinflusst werden und ist mithin ein Parameter, den der Fachmann in gewissen Bereichen einstellen kann.
Im Sinne der Erfindung kann die Luftdurchlässigkeit nach Gurley dazu verwendet werden, die durch die Nanopartikel einer Stärke und die Papierstruktur bewirkte Barrierewirkung noch besser einzustellen. Bevorzugt wird die Luftdurchlässigkeit nach Gurley zwischen 1000 s und loooo s liegen, besonders bevorzugt zwischen 2000 s und 8000 s. Dies ist eine deutlich niedrigere Luftdurchlässigkeit als aus dem Stand der Technik bekannte Verpackungspapiere für Lebensmittel besitzen, die üblicherweise eine Luftdurchlässigkeit nach Gurley von 50 s bis 500 s aufweisen. Generell ist die Luftdurchlässigkeit nach Gurley nicht nennenswert von der Richtung der Gasströmung durch das Papier abhängig, sodass die angegebenen Grenzen unabhängig von der Strömungsrichtung gelten. Tatsächlich haben Experimente der Erfinder ergeben, dass die Luftdurchlässigkeit nach Gurley für die Zwecke der Erhöhung des Widerstands gegen Öle und Fette eine eigenständige Bedeutung in dem Sinne hat, dass bei zwei in allen anderen hier betrachteten wesentlichen Parametern identischen Papieren dasjenige, welches eine geringere Luftdurchlässigkeit nach Gurley aufweist, einen besseren Widerstand gegen Fette und Öle bietet. Bei bevorzugten Verpackungspapieren wird daher darauf geachtet, dass die Luftdurchlässigkeit nach Gurley mindestens 1000 s, vorzugsweise mindestens 2000 s beträgt.
Die Dicke des Verpackungspapiers beträgt zwischen 20 μπι und 60 μηι, bevorzugt zwischen 25 μιη und 50 μπι. Die Dicke kann nach ISO 534:2011 an einer einzelnen Lage gemessen werden. Die Zugfestigkeit des Verpackungspapiers ist generell für die Herstellung und die Anwendung als Verpackungspapier von Bedeutung. Die Zugfestigkeit ist in Maschinenrichtung und Querrichtung des Papiers üblicherweise verschieden. In Maschinenrichtung soll die Zugfestigkeit zwischen 1 kN/m und 5 kN/m liegen, bevorzugt zwischen 2 kN/m und 4 kN/m. In Querrichtung ist die Zugfestigkeit im Allgemeinen geringer, was kein Problem darstellt, weil die Belastung bei vielen Verarbeitungsprozessen vor allem in Maschinenrichtung erfolgt. Die Zugfestigkeit in Querrichtung soll zwischen 0,5 kN/m und 4 kN/m, bevorzugt zwischen 1 kN/m und 3 kN/m liegen.
Auch die Bruchdehnung des Verpackungspapiers ist von Bedeutung. Eine ausreichende Bruchdehnung ist erforderlich, um Geschwindigkeitsunterschiede im Lauf des Verpackungspapiers in Verarbeitungsmaschinen teilweise ausgleichen zu können. Auch die Bruchdehnung ist in Maschinenrichtung und Querrichtung des Verpackungspapiers unterschiedlich und soll in Maschinenrichtung zwischen 1% und 3% und in Querrichtung zwischen 2% und 6% liegen.
Die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung können nach ISO 1924-2:2008 bestimmt werden. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Verpackungspapiers kann ganz mit Hilfe der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen erfolgen, beispielsweise unter Verwendung einer Fourdrinier Papiermaschine. Der Auftrag der Beschichtungszusammensetzung kann dann mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Auftragsvorrichtung erfolgen. Das kann beispielsweise die Film- oder Leimpresse in einer Papiermaschine sein, oder auch eine separate Auftragsvorrichtung zum Beschichten, wie ein Blade Coater oder Rod Coater. Der Auftrag der Beschichtungszusammensetzung kann auch durch Bedrucken des Verpackungspapiers erfolgen.
Der Auftrag der Beschichtungszusammensetzung auf das Verpackungspaper erfolgt zumindest auf eine Seite, bevorzugt auf die Oberseite des Verpackungspapiers. Es ist aber für einen besonders hohen Widerstand gegen Fette und Öle möglich, beide Seiten des Verpackungspapiers zu beschichten. Sind beide Seiten des Verpackungspapiers beschichtet kann sich die aufgetragene Art und Menge der Nanopartikel einer Stärke zwischen den beiden Seiten unterscheiden, in Summe muss aber die aufgetragene Menge an Nanopartikeln einer Stärke für das erfindungsgemäße Verpackungspapier wie oben erwähnt zwischen 1 g/m2 und 6 g/m2 betragen.
Der Auftrag der Beschichtungszusammensetzung auf das Verpackungspapier soll dabei vorzugsweise auf die gesamte Fläche einer Seite des Verpackungspapiers erfolgen, weil vom Auftrag ausgenommene Flächen keinen ausreichenden Widerstand gegen Fette und Öle aufweisen werden. Es können aber Flächen vom Auftrag ausgenommen werden, von denen sichergestellt ist, dass sie nicht mit dem verpackten Lebensmittel in Kontakt kommen, weil sie beispielsweise mit anderen Komponenten der Verpackung verldebt werden. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann die Beschichtungszusammensetzung auf das Verpackungspapier auf einer Seite in einem Muster aufgetragen werden und auf die andere Seite in einem näherungsweise komplementären Muster, sodass jeder Punkt des Verpackungspapiers zumindest auf einer Seite des Verpackungspapiers mit den Nanopartikeln einer Stärke beschichtet ist. Der Begriff„näherungsweise" kann dabei bedeuten, dass sich die beiden Muster geringfügig überlappen, sodass auf keinen Fall durch die Produktionstoleranzen ein Teilbereich des Verpackungspapiers beidseitig ohne Beschichtung verbleibt.
Der Auftrag der Beschichtungszusammensetzung kann dabei auch so erfolgen, dass die Men- ge an Nanopartikeln einer Stärke sich über die Fläche des Verpackungspapiers verändert. Beispielsweise könnte in Bereichen des Verpackungspapiers, von denen bekannt ist, dass sie nur wenig mit dem Lebensmittel in Kontakt kommen, weniger oder keine Beschichtungszusammensetzung aufgetragen sein. Diese Bereiche können jede beliebige Gestalt haben, die mit dem Auftragsverfahren vereinbar ist. Dadurch kann beispielsweise der Bedarf an Nano- partikeln einer Stärke reduziert werden.
Die Beschichtungszusammensetzung umfasst vorzugsweise mindestens Wasser und Nano- partikel einer Stärke. Der Anteil an Nanopartikeln einer Stärke in der Beschichtungszusammensetzung kann variieren und wird sich nach der Menge an Nanopartikeln richten, die auf das Papier aufgetragen werden soll sowie nach den rheologischen Anforderungen des Auftragsverfahrens. Auch die verfügbare Kapazität bei der nachfolgenden Trocknung des Verpackungspapiers kann bei der Wahl der Beschichtungszusammensetzung eine Rolle spielen, Die Beschichtungszusammensetzung enthält zwischen lo Gew.-% und 40 Gew.- Nanopar- tikel einer Stärke, bevorzugt zwischen 20 Gew.-% und 35 Gew. -96 jeweils bezogen auf das Gewicht der Beschichtungszusammensetzung.
Für die Anforderungen an die Nanopartikel einer Stärke, deren Größe und deren Herstel- lungsverfahren gelten die zuvor gemachten Angaben.
Die Beschichtungszusammensetzung kann weitere Komponenten enthalten. Dazu gehören beispielsweise die zuvor erwähnten Komponenten des Verpackungspapiers, wie Füllstoffe, Pigmente, Farbstoffe und Leimungsmittel aber auch Vernetzungsmittel.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann die Beschichtungszusammensetzung Talkum oder Kaolin oder eine Mischung daraus enthalten, wobei die Menge an Talkum und Kaolin in Summe zwischen 30 Gew.-% und 65 Gew.- bezogen auf das Gewicht der Nanopartikel betragen kann. Diese Füllstoffe können wegen der Form ihrer Partikel den Wider- stand gegen Fette und Öle erhöhen.
Die Herstellung der Beschichtungszusammensetzung erfolgt vorzugsweise nach den Vorgaben des Herstellers der Nanopartikel einer Stärke. Nach dem Auftrag der Beschichtungszusammensetzung wird das Verpackungspapier vorzugsweise getrocknet. Auch für das Trocknen können aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren eingesetzt werden, beispielsweise durch Infrarotstrahlung, Heißluft oder Kontakt mit einem beheizten Trockenzylinder, Mikrowellen oder Kombinationen daraus. Weitere Verarbeitungsschritte, wie Bedrucken, Schneiden, Prägen oder Falten können je nach den Erfordernissen der Endanwendung des Verpackungspapiers durchgeführt werden. Die folgenden Ausführungsbeispiele sollen die Vorteile des erfindungsgemäßen Verpa ckungspapiers demonstrieren.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Fig. l zeigt eine Tabelle l, in der Eigenschaften von erfindungsgemäßen Verpackungspapie ren und nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispielen zusammengefasst sind.
Fig. 2 zeigt eine Tabelle 2, in der weitere Eigenschaften der Verpackungspapiere von Fig. zusammengefasst sind.
BESCHREIBUNG VON EINIGEN ERFIND UNGSGEMÄSSEN UND NICHT ERFINDUNGSGEMÄSSEN AUSFÜHRUNGSFORMEN Aus Mischungen von Langfaser- und Kurzfaserzellstoff (Tabelle 1, Spalten„Langfaser" und „Kurzfaser") und verschiedenen Füllstoffen (Tabelle 1, Spalte„Füllstoffe") wurden mehrere Papiere, in Tabellen 1 und 2 von Fig. 1 bzw. 2 mit A-L bezeichnet, hergestellt, wobei in Tabellen 1 und 2 gleiche Buchstaben in der Spalte„Papier" dasselbe Papier bezeichnen. Bei den Papieren A, K und L handelt es sich um nicht erfindungsgemäße Papiere, die als Vergleichs- beispiele dienen, während die Papiere B-J erfindungsgemäße Verpackungspapiere sind.
Die Prozentangaben zu Langfaserzellstoff und Kurzfaserzellstoff beziehen sich auf das Gewicht der Faserzusammensetzung, die Prozentangaben zu den Füllstoffen beziehen sich auf das Flächengewicht des Verpackungspapiers.
Die Papiere wurden je nach Anforderungen an den Cobböo Wert mit Alkyl Keten Dimer (AKD) in der Masse geleimt. Auf die Papiere B-E, G, H, K und L wurde eine wässrige Zusammensetzung mit 33 Gew.-% Nanopartikel einer Maisstärke auf die Oberseite in der Filmpresse der Papiermaschine aufgetragen. Bei Papier A wurde keine Beschichtung aufgetragen, bei Papier F wurde sie auf beide Seiten aufgetragen und bei Papier J auf die Siebseite. Die Menge an Nanopartikeln der Stärke ist in Tabelle 1 Spalte„Nanopartikel" angegeben. In Tabelle 1, Spalte„Beschichtung", ist angegeben, welche Seite oder welche Seiten des Papiers beschichtet sind, dabei bezeichnet„OS" die Oberseite und„SS" die Siebseite des Papiers. Bei allen einseitig beschichteten Papieren, also B-E und G-L, wurde zusätzlich normale Stärke in geringer Menge von 0,1 g/m2 bis 0,5 g/m2 auf die unbeschichtete Seite aufgetragen, um einer Wölbung des Verpackungspapiers vorzubeugen. Nach dem Auftrag der Beschichtungs- Zusammensetzung wurden die Papiere getrocknet, gemäß ISO 187 bei 23 °C und 50% relativer Luftfeuchtigkeit konditioniert und danach Messungen durchgeführt.
Das Flächengewicht jedes Verpackungspapiers wurde gemäß ISO 536:2012 bestimmt und ist in Tabelle 1 in der Spalte„Flächengewicht" angegeben. Die Flächengewicht liegen zwischen 25,4 g/m2 und 46,3 g/m2.
Der Cobbeo Wert, Tabelle 2, Spalte„Cobbeo", der Siebseite („SS") und der Oberseite („OS") wurde gemäß ISO 535:2014 für die Papiere B-L gemessen und mit dem Flächengewicht von Tabelle 1 der Quotient aus Cobböo Wert und Flächengewicht für jede Seite des Papiers berechnet. Er ist in Tabelle 2, Spalte„Relatives Wasseraufnahmevermögen", angegeben.
Die Luftdurchlässigkeit nach Gurley wurde gemäß ISO 5636-5:2013 bestimmt, wobei die Luft immer von der Oberseite zur Siebseite strömte. Die Messergebnisse sind in Tabelle 2, Spalte „Luftdurchlässigkeit (Gurley)" angegeben.
Der Widerstand gegen Fette und Öle wurde gemäß TAPPI T559 cm-12 jeweils für die beschichtete Seite oder die beschichteten Seiten für die Papiere B-L mehrfach bestimmt. Das Ergebnis ist in Tabelle 2, Spalte„Kit Level" angegeben. Als Vergleich wurde auch eine Mes- sung auf den beiden Seiten des unbeschichteten Papiers A durchgeführt.
Des Weiteren wurden die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung nach ISO 1924-2:2008 jeweils in Maschinenrichtung und Querrichtung bestimmt. Die Ergebnisse sind nicht im Einzelnen angegeben, lagen für die Zugfestigkeit in Maschinenrichtung aber immer zwischen 1,3 kN/m und 4,6 kN/m, während sie in Querrichtung zwischen 0,9 kN/m und 2,4 kN/m lagen. Diese Zugfestigkeit ist für eine problemlose Weiterverarbeitung in jedem Fall ausreichend.
Die Bruchdehnung in Maschinenrichtung lag zwischen 1,3% und 2,6% und in Querrichtung zwischen 2,9% und 5,8%. Auch diese Werte sind für eine problemlose Weiterverarbeitung ausreichend.
Anhand des nicht erfindungsgemäßen, unbeschichteten Papiers A mit einem Kit Level auf jeder Seite zwischen o und 2 erkennt man, dass eine Beschichtung des Papiers mit den Nanopartikem einer Stärke jedenfalls erforderlich ist, um einen nennenswerten Widerstand gegen Fette und Öle zu erhalten.
Die erfindungsgemäßen Papiere der Ausführungsbeispiele B bis E zeigen für unterschiedliche Flächengewichte von 25,4 g/m2 bis 45,9 g/m2, dass mit einem relativen Wasseraufnahmevermögen von 0,44 bis 0,63 und einer Menge an Nanopartikeln der Stärke von 1,7 g/m2 bis 5,1 g/m2 eine ausreichender Widerstand gegen Öle und Fette, ausgedrückt durch den Kit Level, von 6-8 erreicht werden kann.
Das erfindungsgemäße Papier aus Ausführungsbeispiel F zeigt ein sehr hochwertiges Verpa- ckungspapier mit einem Flächengewicht von 46,3 g/m2 und Titandioxid in der Füllstoffmischung. Dadurch erhält das Papier eine hohe Opazität und Weiße. Das Papier F ist auf beiden Seiten mit Nanopartikeln der Stärke beschichtet und besitzt daher einen sehr hohen Widerstand gegen Öle und Fette, ausgedrückt durch den Kit Level, von 9 bis 11. Ein Vergleich der erfmdungsgemäßen Papiere D und G zeigt, dass sich die beiden Papiere bezüglich Ihres Flächengewichts mit 38,8 g/m2 und 38,5 g/m2 sehr ähnlich sind. Sie unterscheiden sich auch sonst in keinen wesentlichen Parametern abgesehen von der Luftdurchlässigkeit, die für Papier D 6685 s nach Gurley beträgt und für Papier G 8320 s nach Gurley. Papier D besitzt also die höhere Luftdurchlässigkeit und einen Widerstand gegen Öle und Fette, ausgedrückt durch den Kit Level, von 6-7, während das Papier G einen Kit Level von 7- 8 erreicht. Damit zeigt sich, dass eine niedrige Luftdurchlässigkeit und damit ein hoher Wert in Sekunden nach Gurley für den Widerstand gegen Öle und Fette unabhängig von anderen Eigenschaften von Vorteil sein kann. Das erfindungsgemäße Papier aus Ausführungsbeispiel H lotet die Grenzen der Erfindung aus und zeigt bei einem hohen relativen Wasseraufnahmevermögen von 0,62 (OS) und 0,67 (SS) sowie einer hohen Luftdurchlässigkeit von 1224 s nach Gurley nur einen Widerstand gegen Fette und Öle, ausgedrückt durch den Kit Level, von 5-6. Damit ist dieses Verpackungspapier für die Anwendung als Verpackungspapier für Lebensmittel gerade noch gut brauchbar.
Das erfindungsgemäße Papier aus Ausführungsbeispiel J demonstriert die Erfindung für eine alternative Fasermischung, bestehend aus 70 Gew.-% Langfaserzellstoff und 30 Gew.-% Kurzfaserzellstoff, jeweils bezogen auf die Masse der Fasermischung, sowie einem geringen Füllstoffgehalt von 5 Gew.-% bezogen auf die Masse des Verpackungspapiers. Zudem ist die Beschichtung im Unterschied zu allen anderen Ausführungsbeispielen auf der Siebseite aufgebracht. Trotz aller dieser Modifikationen erreicht das Verpackungspapier einen Widerstand gegen Fette und Öle, ausgedrückt durch den Kit Level, von 6-7. Dies zeigt im Verbund mit den anderen Ausführungsbeispielen, dass dem relativen Wasseraufnahmevermögen und der Luftdurchlässigkeit separat aber auch in Kombination besondere Bedeutung zukommt, um einen hohen Widerstand gegen Öle und Fette zu erreichen. Bei den nicht erfindungsgemäßen Papieren K und L handelt es sich um ein sehr wenig geleimtes Papier (K), dessen relatives Wasseraufnahmevermögen mit 0,82 bis 0,90 zu hoch ist, um die Erfindung zu verwirklichen und um ein sehr stark geleimtes Papier (L), dessen relatives Wasseraufnahmevermögen mit 0,20 bis 0,25 zu niedrig ist, um die Erfindung zu verwirk- liehen. Beide Papiere erreichen einen Kit Level von höchstens 5, und dies trotz eines Auftrags von immerhin über 4 g/m2 der Nanopartikel. Auch diese beiden nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele zeigen die besondere Bedeutung des relativen Wasseraufnahmevermögens für den Widerstand gegen Fette und Öle.

Claims

Ansprüche
Verpackungspapier für Lebensmittel, mit einem Flächengewicht von 20 g/m2 bis 50 g/m2, umfassend Zellstofffasern und einen oder mehrere Füllstoffe, wobei die Menge an Füllstoffen insgesamt zwischen 5 Gew.-% und 20 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Verpackungspapiers beträgt, wobei das Verpackungspapier
• ein Leimungsmittel umfasst, das in einer solchen Menge enthalten ist, dass sich auf beiden Seiten ein relatives Wasseraufnahmevermögen von 0,4 bis 0,7 ergibt, wobei das relative Wasseraufnahmevermögen definiert ist als der Quotient aus dem nach ISO 535:2014 bestimmten Cobb6o Wert und dem Flächengewicht,
• auf zumindest einer Seite eine Beschichtung aufweist, die Nanopartikel einer Stärke umfasst, wobei die Beschichtung zwischen 1 g/m2 und 6 g/m2 der besagten Nanopartikel enthält,
• keine Verbindungen der Struktur CF3(CF2)n(CH2)mX enthält, wobei n=5 oder n=7 beträgt und m=o,i oder 2 ist und X eine Hydroxygruppe (X=OH) oder eine Carboxygruppe (X=COOH) ist, oder der Anteil derartiger Verbindungen an der Gesamtmasse des Verpackungspapiers 0,1 %o nicht übersteigt, und
• einen Widerstand gegen Fette und Öle von 6 bis 12, beschrieben durch den Kit Level gemäß TAPPI T559 cm-12, aufweist, wobei in dem Test nach TAPPI T559 cm-12 die zumindest eine mit den genannten Nanopartikeln beschichtete Seite Testflüssigkeiten ausgesetzt wird.
Verpackungspapier nach Anspruch 1, dessen Flächengewicht zwischen 25 g/m2 und 40 g/m2 beträgt.
Verpackungspapier nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Zellstofffasern Sulfatzell- stofffasern sind und, bezogen auf die Masse der Zellstofffasern, 25 Gew.-% bis 75 Gew.- Langfasern und 25 Gew.-% bis 75 Gew.-% Kurzfasern umfassen. Verpackungspapier nach Anspruch 3, bei dem der Langfaserzellstoff aus einer oder mehreren der Pflanzen Fichte, Kiefer, Flachs, Hanf, Sisal, Abacä, Ramie, Jute und Kenaf gewonnen ist und/oder der Kurzfaserzellstoff aus einer oder mehreren der Baumarten Birke, Buche und/oder Eukalyptus gewonnen ist.
Verpackungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Zellstoff gebleicht ist, oder bei dem der Zellstoff ungebleicht ist.
Verpackungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die genannten Zellstofffasern vollständig, zumindest aber zu 95 Gew.- bezogen auf die Zellstoffmasse durch Frischfasern gebildet sind.
Verpackungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Menge an Füllstoffen insgesamt zwischen 5 Gew.- und 15 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Verpackungspapiers beträgt.
Verpackungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der eine oder die mehreren Füllstoffe ausgewählt sind aus einer Gruppe bestehend aus Carbonaten, insbesondere gefälltem oder geologisch abgebautem Calciumcarbonat oder Magnesiumcarbonat; Metalloxiden, insbesondere Titandioxid oder Magnesiumoxid; Metallhydroxiden, insbesondere Magnesiumhydroxid oder Aluminiumhydroxid; und Silikaten, insbesondere Kaolin und Talkum.
Verpackungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Füllstoffe eine Kombination aus Titandioxid und einem Extender umfassen, welcher in Kombination mit Titandioxid dessen Wirkung verstärkt, wobei der Extender vorzugsweise durch calciniertes Kaolin, Aluminiumhydroxid (Al(OH)3), ein gefälltes amorphes Silikat oder einer Kombination derselben gebildet wird.
Verpackungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Menge an Nanopartikeln einer Stärke im Verpackungspapier zwischen 1,5 g/m2 und 5,5 g/m2, vorzugsweise zwischen 1,5 g/m2 und 5 g/m2 beträgt. Verpackungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Na- nopartikel aus einer oder mehreren der folgenden Stärken gewonnen sind: Kartoffelstärke, Maisstärke, Weizenstärke, Reisstärke oder Tapiokastärke.
Verpackungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mittlere Größe der Nanopartikelzwischen l nm und 500 nm, vorzugsweise zwischen 10 nm und 400 nm und besonders vorzugsweise 40 nm und 200 nm beträgt .
Verpackungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Leimungsmittel vorzugweise durch ein Alkylketendimer (AKD), ein Alkenylbern- steinanhydrid (ASA) oder einen Harzleim gebildet ist. 14. Verpackungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner eine oder mehrere der folgenden Komponenten enthält:
• ein Nassfestmittel, welches geeignet ist, die Festigkeit des Verpackungspapiers im nassen Zustand zu erhöhen, insbesondere Polyaminopolyamid- Epichlorhydrin,
· Stärke, welche nicht in Form von Nanopartikeln vorliegt, wobei die Stärke für den Fall, dass nur eine Seite des Verpackungspapiers mit den Nanopartikeln einer Stärke beschichtet ist, auf der anderen Seite des Verpackungspapiers aufgetragen ist,
• Pigmente oder Farbstoffe, insbesondere gelbe, rote, braune oder schwarze Ei- senoxide oder Kohlepartikel, oder
• Blattgold.
15. Verpackungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches nur auf einer Seite mit den Nanopartikeln einer Stärke beschichtet ist, und welches auf der anderen Seite bedruckt ist, wobei im Gebrauch vorzugsweise die mit Nanopartikeln einer Stärke beschichtete Seite dem Lebensmittel zugewandt ist.
16. Verpackungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das relative Wasseraufnahmevermögen beider Seiten zwischen 0,4 und 0,6 liegt.
17. Verpackungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches einen Widerstand gegen Fette und Öle von 6 bis 10, vorzugweise von 6 bis 8, beschrieben durch den Kit Level gemäß TAPPI T559 cm-12 aufweist, wobei in dem Test nach TAPPI T559 cm-12 die zumindest eine mit den genannten Nanopartikeln beschichtete Seite Testflüssigkeiten ausgesetzt wird.
18. Verpackungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Luftdurchlässigkeit nach Gurley zwischen 1000 s und 10000 s, vorzugsweise zwischen 2000 s und 8000 s beträgt.
19. Verpackungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Dicke zwischen 20 μιη und 60 μπι, vorzugsweise zwischen 25 μπι und 50 μηι beträgt.
20. Verpackungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Zugfestigkeit in Maschinenrichtung zwischen 1 kN/m und 5 kN/m, vorzugsweise zwischen 2 kN/m und 4 kN/m beträgt, und/oder dessen Zugfestigkeit in Querrichtung zwischen 0,5 kN/m und 4 kN/m, vorzugsweise zwischen 1 kN/m und 3 kN/m beträgt.
21. Verpackungspapier nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Bruchdehnung in Maschinenrichtung zwischen 1% und 3% und in Querrichtung zwischen 2% und 6% beträgt.
22. Verfahren zum Herstellen eines Verpackungspapiers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Nanopartikel einer Stärke als Bestandteil einer Beschichtungszusammensetzung
• während der Herstellung des Verpackungspapiers in einer Papiermaschine, insbesondere in einer Film- oder Leimpresse aufgetragen werden, oder • in einer von der Papiermaschine getrennten Auftragsvorrichtung auf ein Vorläuferpapier aufgetragen werden,
wobei die Beschichtungszusammensetzung zumindest Wasser und die genannten Nanopartikel enthält, und wobei die Beschichtungszusammensetzung zwischen 10 Gew.-% und 40 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 20 Gew.-% und 35 Gew.-% an den genannten Nanopartikeln enthält, jeweils bezogen auf das Gewicht der Beschichtungszusammensetzung.
23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die Beschichtungszusammensetzung ferner Talkum und/oder Kaolin enthält, deren Gesamtmasse 30-65 Gew.-% der Masse der genannten Nanopartikel entspricht.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, bei dem die Beschichtungszusammensetzung auf das Verpackungspapier auf einer Seite in einem Muster aufgetragen wird, und bei dem vorzugsweise auf der anderen Seite die Beschichtungszusammensetzung in einem zumindest näherungsweise komplementären Muster aufgetragen wird, sodass jeder Abschnitt des Verpackungspapiers zumindest auf einer Seite des Verpackungspapiers mit den Nanopartikeln einer Stärke beschichtet ist.
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