WO2022207756A1 - Verpackungspapier - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to packaging paper for sharp-edged objects and/or objects having irregularly arranged, protruding, substantially non-deformable projections on at least one surface thereof, which paper consists of kraft and ifat cellulose as a main component and fillers, starch, Sizing agents and other process auxiliaries and, if appropriate, bleaching agents and/or coating agents.
- Packaging materials made of paper and/or cardboard are used extensively worldwide for a wide variety of objects or materials, on the one hand to provide reusable packaging materials and on the other hand to reduce or avoid as far as possible the amount of waste that does not rot. For this reason, in recent years, more and more paper has been used in areas where only plastics and plastic composite materials were used as packaging material just a few years ago Items, possible fat and/or moisture content, the external shape of the packaged items and the stability of the packaged items to pressure, temperature stress and the like must be taken more into account, so that it becomes necessary to provide specially manufactured or treated paper. So it is known to use paper for packaging building materials such as sand, cement or stones, as well as for packaging consumer goods, in particular for foods such as flour, rice, pasta, nuts and the like. More. Another area of use for paper is the packaging of consumer goods such as toys, clothing, electronic components, household goods, screws or nails and much more, as well as open packaging such as sacks or carrier bags.
- Packaging papers must meet the respective requirements of the goods to be packaged in them; in particular, they must have sufficient tear strength, elasticity, air permeability, and the like. On the other hand, it is, for example, for a packaging paper which is used for packaging moisture-sensitive materials materials is used, provided that it has sufficient moisture resistance and, in particular, has a barrier property to moisture or has only very limited moisture permeability.
- a person skilled in the art can estimate and determine which specific properties a packaging paper must have for the intended use , all paper that meets these requirements, take into account a large number of factors, which often also interact with one another, so that a final composition of the packaging paper and its production usually require many attempts and failed attempts.
- Paper can only be used here to a limited extent, since on the one hand it can be rubbed off on uneven areas and can lose a large part of its original positive properties, such as strength and the like, by destroying or tearing the structure of the paper.
- Another possible risk is that the packaging paper tears through contact with the sharp edges or points of the items packaged in it and as a result the items packaged in it can either be lost, damaged or degraded in quality, since an intact packaging is not more available.
- packaging paper In order to avoid such a tearing of packaging paper, it has often been the case in the past that it was coated on at least one side with plastic films, polymers or other tear-resistant and at the same time elastic materials, or an insert made of such materials was inserted into multi-layer papers to paper to be able to use as packaging material for sharp-edged objects or objects with an uneven surface.
- packaging materials made of paper which on the one hand are sufficiently elastic, stretchable and flexible not to tear under corresponding stresses and on the other hand when in them sharp-edged objects are packed, destroying or damaging damage to the packaging, such as piercing, rubbing off or tearing through objects packed in it.
- the present invention thus aims to provide such a packaging paper be ready, with which it is possible to pack a wide variety of sharp-edged or an irregular surface having objects or materials without the packaged object penetrating through the packaging paper or a tearing of it comes.
- a packaging paper according to the invention is essentially characterized in that it contains at least 95% primary pulp, at least 80%, preferably at least 90%, in particular at least 95% pulp with an average length-weighted fiber length of at least 2.0 mm and less than 4 5%, preferably less than 4.0%, in particular less than 3.7% fillers and cationic starch and other processing aids, that it has an elongation at break in the machine direction (MD) according to ISO 1924-3:2005 of at least 6.0%, preferably at least 6.5% that it has a puncture energy index according to DIN EN 14477:2004 at a test speed of 10.0 mm/min measured on any side of the packaging paper in the range from 30 to 75 mJ.m 2 /kg, preferably 35 to 70 mJ.m 2 /kg and that it has a kappa number ISO 302:2015 between 35 and 58, preferably 39 and 48.
- MD machine direction
- the packaging paper contains at least 95% primary cellulose ensures that the packaging paper is of the highest quality and has the best properties, since it is known to a person skilled in the art that the possible admixture of recycled cellulose can adversely affect the paper quality and in particular the strength properties and the elasticity properties of the paper can be deteriorated. Surprisingly, it has been shown that a possible admixture of secondary pulp in the order of up to a maximum of 5% does not adversely affect the strength and elasticity of the paper.
- the proportion of primary cellulose may need to be adjusted and, for example, increased.
- corresponding analyzes can also be carried out on the packaging material to achieve and subsequently to ensure that the food safety requirements are met, but this involves a considerable additional expenditure of resources such as chemical detection reagents and the necessary analysis devices.
- the fact that the packaging paper has a kappa number according to ISO 302:2015 between 35 and 58, preferably 39 and 48 ensures that the use of bleaching chemicals can be dispensed with and the packaging paper can therefore be used advantageously in the food sector .
- a cellulose having a kappa number according to ISO 302:2015 between 35 and 58, ie unbleached cellulose can bind more starch than a bleached cellulose fiber.
- cationic starch also increases the dry strength of the paper mixed with it, which is why, particularly when using unbleached pulp for the production of packaging paper, the aim is to use starch contents of more than 12 kg/tonne of paper atro (atro means absolutely dry).
- atro means absolutely dry.
- the bleaching of paper removes accompanying substances and is used in particular when the surface of the paper has to be printed, for example, since bleached papers are usually easier to print on, since better printing color brilliance is possible.
- the packaging paper is used as unbleached packaging paper, for the production of which pulps with kappa numbers according to ISO 302:2015 in the range of 35 or higher have been used.
- the packaging paper is designed in such a way that it contains 100% primary cellulose. Even if an admixture of secondary pulp in the order of up to a maximum of 5% does not adversely affect the strength and elasticity of the paper, the use of 100% primary pulp can ensure that the packaging paper for the packaging of has a non-uniform, uneven Surface having foods such as pasta, muesli bars, nuts or the like. Is suitable. With such packaging papers, it is possible, depending on the grammage of the respective paper, to provide single- or multi-layer packaging papers, which, for example, can serve as a replacement for plastic packaging or packaging boxes.
- fillers when the term “fillers” is used, this term is also considered to include the ash content that is in the paper itself. This is because the amounts of ash present in the paper do not normally exceed 0.5%.
- the paper auxiliaries such as the filler content, the cationic starch or the sizing agent, in particular to sizing agents processed at a neutral pH in the paper to values of less than 4.5 % essentially succeeds in providing packaging paper made exclusively from primary pulp, which not only has excellent mechanical properties, but is also suitable for special purposes, such as food packaging and the like, in particular due to the small amounts of additional additives or fillers used may be used as such.
- Such a packaging paper which consists essentially exclusively of primary pulp, which consists mainly of softwood fibers, which may contain or have mixed in small amounts of hardwood fibers, and contains small amounts of fillers and starch, achieved by a special treatment, in particular, for example, beating of the cellulose fibers and optionally further process steps, such as treatment of the paper web on a Clupak system, a calender and the like.
- a special treatment in particular, for example, beating of the cellulose fibers and optionally further process steps, such as treatment of the paper web on a Clupak system, a calender and the like.
- suitable primary pulps include long-fiber pulp comprising one or more types of coniferous wood, short-fiber pulp comprising one or more types of hardwood, and mixtures comprising the pulps mentioned.
- the pulps are preferably produced according to the kraft sulphate process.
- Such packaging paper also has a puncture energy index according to DIN EN 14477:2004 measured at a test speed of 10.0 mm/min on any side of the packaging paper in the range of 30 to 75 mJ.m 2 /kg, which means that, when such paper is used for packaging sharp-edged objects and/or objects having irregularly arranged, protruding and substantially non-deformable protuberances on at least one of their surfaces, penetration or piercing of the sharp-edged objects by the paper can be prevented.
- packaging paper with an elongation at break of more than 6.0% also has the highest values for the puncture energy index and can therefore have disadvantageous effects, which e.g.
- a packaging paper according to the invention can now be used safely and without the risk of loss of objects packed therein due to abrasion by protruding areas of the objects packed therein, for the packaging of such sharp-edged objects such as gravel, pellets, metal parts such as screws, Clothing with buttons, shoes with sharp heels, children's toys, but also foods such as muesli bars, chocolate-nut bars, nuts, pasta and the like.
- Puncture energy which is defined in DIN EN 14477:2004, is the force, taking into account an elongation, that has to be applied in order to penetrate paper or cardboard with a defined test specimen.
- Puncture energy index which is the puncture energy of a paper divided by its grammage, was measured in connection with the present invention using the standard DIN EN 14477:2004, which standard is usually used to determine the puncture energy of flexible packaging materials such as plastic films .
- the elongation on puncture in mm is also decisive for ensuring that the packaging is not damaged.
- the integral under a force-strain curve reflects the energy that a material, and according to the present invention a packaging paper, can absorb without damaging the same.
- the puncture energy index in mJ.m z /kg is divided by the grammage according to ISO 536:2019 of the respective paper, converted into kg/m 2 .
- the puncture energy index is calculated in analogy to the calculation of the tensile work index according to ISO 1924-3:2005.
- an average length-weighted fiber length according to ISO 16065-2:2014 of the cellulose fiber is understood to mean a length-weighted average of the fiber lengths.
- a cationic starch is a starch which has been subjected to a cationization treatment with bases such as NaOH, KOH, calcium carbonate and a cationizing agent such as 2,3-epoxy-propyl-trimethyl-ammonium chloride and the like and having a degree of cationization, ie, a fraction of cationic charge, in the range of from 0.02 to about 0.06.
- Softwood pulp is understood to mean pulp which has been produced from softwood, ie wood with a Darr density of less than 0.55 g/cm 3 .
- softwoods are essentially almost all softwoods, such as spruce, larch, fir, pine and Douglas fir, but also hardwoods such as willow, poplar or lime.
- Hardwood pulp is understood to mean pulp which has been produced from hardwood, ie wood which has a Darr density of more than 0.55 g/m 3 .
- Representatives of hardwoods are, for example, beech, oak, ash, as well as birch, poplar, aspen, maple and acacia.
- Another distinguishing feature between hardwood and softwood is the fiber length of the fibers it contains, whereby this fiber length is influenced not only by the type of wood but also by the age of the tree and the position of the fiber in the cross-section of the log.
- essentially softwoods with a length-weighted average fiber length of at least 2.1 mm and optionally hardwoods with a length-weighted average fiber length of at least 1.0 mm are used.
- This length-weighted fiber length of a pulp fiber is defined in ISO 16065-2:2014 and is determined according to this standard.
- the packaging paper according to the invention is further developed in such a way that it is 100 % contains primary pulp. If it is ensured that, apart from primary cellulose, in particular no recycled cellulose is contained in the paper, a packaging paper with exactly reproducible properties can be obtained. Furthermore, packaging papers which consist exclusively of primary cellulose can be used as packaging paper for food.
- the packaging paper is essentially characterized in that the primary pulp consists of a mixture consisting of at least 80% softwood pulp, more preferably at least 90% softwood pulp, in particular at least 95% softwood pulp with an average length-weighted fiber length according to ISO 16065-2:2014 of at least 2.1 mm and remainder hardwood pulp with a mean length-weighted fiber length according to ISO 16065-2:2014 of at least 1.0 mm.
- the appropriate primary pulp or With a suitable mixture of primary pulps it is possible not only to influence the properties of the packaging paper, such as its elongation at break and its puncture energy index, but also to influence other properties that are essential for packaging paper, such as the strength of the paper, tensile strength of the same, air permeability, and the like.
- the packaging paper is designed in such a way that the primary pulp consists of 100% softwood pulp with an average length-weighted fiber length according to ISO 16065-2:2014 of at least 2.1 mm .
- the packaging paper which is made 100% from softwood pulp with an average length-weighted fiber length of at least 2.1 mm according to ISO 16065-2:2014, compared to paper that has hardwood components or is made exclusively from hardwood pulp are thinner, have good strength and are also printable, but on the other hand, for example, higher hardwood components make the paper even more uniform in the sheet structure and the achievable print quality can also be improved.
- the packaging paper according to the present invention advantageously has a basis weight according to ISO 536:2019 of 45 g/m 2 to 165 g/m 2 , preferably 50 g/m 2 to 160 g/m 2 . It has been shown in the course of tests that this wide range of basis weights can be ensured in particular by adjusting the fillers that are added to the cellulose pulp and the refining energy used. It has been shown, for example, that the content of cationic starch must be kept low when paper with basis weights in the range from 50 g/m 2 to 70 g/m 2 and a puncture energy index according to DIN EN 14477:2004 in the range of 30 mJ .m 2 /kg to 75 mJ.m 2 /kg are to be produced.
- the packaging paper is designed in such a way that it has a tensile strength index in the machine direction according to ISO 1924-3:2005 of between 60 Nm/g and 140 Nm/g.
- tensile strength indices can be achieved with the packaging papers according to the invention due to the low filler content in the paper, with particular attention being paid when using fillers to ensure that these are used when the paper is used in the food sector intended, are also approved for this purpose.
- the choice of filler is less critical, but in order to achieve the desired tensile strength indices in the machine direction between 60 Nm/g and 140 Nm/g, the filler content should in principle be kept low.
- Derivatized starch preferably cationic starch, for example, can be mentioned as a further auxiliary substance for adjusting strength properties.
- attention must be paid to their suitability as input materials for the manufacture of food packaging paper.
- the packaging paper is designed in such a way that the primary cellulose is contained as ground, in particular high-consistency ground cellulose with a Schopper-Riegler freeness according to ISO 5267-1:1999 between 13°SR and 20°SR. Beating of pulp influences the fiber strength or firmness and thus raises the quality of the product made with it from several points of view. Especially when using non-bleached, i.e. unbleached (i.e.
- the paper quality can be influenced in such a way that the remaining wood splinters contained in the pulp and fiber agglomerates that have not been broken down by the pulp cooking are finely ground during high-consistency grinding and the texture of the paper is thus better evened out and in particular is smoothed.
- a ground, in particular high-consistency ground pulp with a Schopper-Riegler freeness according to ISO 5267-1:1999 after high-consistency grinding between 13°SR and 20°SR as the primary pulp it is possible to increase the puncture energy even further.
- the cellulose can of course also be ground to a low consistency. Low-consistency grinding is carried out at a pulp suspension consistency of between 2% and 6%, with this step being able to achieve a further increase in strength and thus also an increase in the puncture energy.
- packaging paper With regard to the objects packed in it, packaging paper must on the one hand be dense enough to avoid loss of powdery materials or to reduce the water absorption of hygroscopic objects packaged in it according to the application and, on the other hand, to have sufficient air permeability so that, for example, air introduced during filling can also escape through the packaging paper itself.
- the packaging paper has a Gurley value according to ISO 5636-5:2013 between 5 s and 45 s, in particular 10 s and 40 s.
- the packaging paper can be designed according to a development in such a way that at least one side of the packaging paper is surface-coated, in particular smoothed or calendered and/or coated.
- the moisture barrier property can be influenced, for example, but the puncture energy in particular can also be further improved, so that the paper can withstand even greater stresses, especially when faced with uneven or pointed objects packed in the paper.
- Surface finishing is understood as meaning the treatment of at least one side of the packaging paper with at least one of the following methods: applying a coating material and smoothing or calendering the paper surface.
- the packaging paper is designed in such a way that the puncture energy index according to DIN EN 14477:2004 differs by a factor greater than 1.0 to 1.7 between a surface-coated side of the packaging paper and an untreated side of the packaging paper.
- the puncture energy index is usually influenced by the implementation of surface treatment steps such as the introduction of functional barrier coatings.
- the puncture energy index is preferably to be seen as an inherent paper property and is not or only to a small extent dependent on the surface finish.
- a corresponding surface treatment is particularly advantageous and useful when one side of the paper comes into contact with the sharp-edged objects and the other is to be printed or written on, for example, in which case the two surfaces of the packaging paper must be subjected to different tempering treatments.
- Example 1 Production of packaging paper with a grammage of 50 g/m 2 Process description:
- An unbleached pulp consisting of 95% primary softwood pulp with a kappa number of 42 and 5% primary hardwood pulp with a kappa number of 40, which is first subjected to high-consistency beating with a beating capacity of 190 to 210 kWh/to, where a freeness of the pulp after high-consistency refining was 17°SR and this pulp was then subjected to low-consistency refining with a refining capacity of 75 kWh/ton until a freeness of at least 18°SR was achieved.
- the additives are added in the approach flow of the paper machine.
- the pH was adjusted to a pH of 6.5 to 7.5 with aluminum sulfate, and cationic starch, with a degree of cationization DS of 0.05, was metered in in an amount of 2.5 kg/tonne of dry paper and the sizing agent used was alkenylsuccinic anhydride in an amount of 0.5 kg/ton of dry paper.
- the pulp contained no fillers.
- the consistency of the pulp at the headbox was 0.2%. Dewatering took place on a Fourdrinier wire section and with a press section with three nips, the line pressure at the three nips being 55 kN/m, 80 kN/m and 80 kN/m.
- the paper Before the still damp paper was fed to the Clupak system, it was pre-dried in a sialom dryer section and treated in a Clupak system with a differential speed of -4.8% and finally finally dried.
- the paper can be used as such and the paper properties described in the table below were measured with this paper.
- the paper can also be calendered, for example in a soft nip or long nip calender, or subjected to a coating treatment, such as a dispersion coating treatment, whereby the properties can be changed even further.
- the packaging paper is calendered when it has a dry content of at least 88%, preferably at least 90%, particularly preferably at least 91%, ie the residual moisture content is less than 12%.
- such packaging paper can be used, for example, as a replacement for thin plastic packaging, for example for food such as muesli bars.
- the paper thus produced had the following properties:
- Example 2 Production of a packaging paper with a grammage of 100 g/m 2 Process description:
- An unbleached pulp consisting of 100% primary pulp from softwood with a kappa number of 42 was first subjected to high-consistency beating with a beating capacity of 220 to 240 kWh/ton, with a freeness of the pulp after high-consistency beating being 17°SR and then this was Pulp subjected to low-consistency beating with a beating capacity of 80 to 90 kWh/ton until a beating degree of at least 18°SR was reached.
- the auxiliary materials were added in the approach flow of the paper machine.
- the pH was adjusted to a value of 6.8 to 7.3 with aluminum sulphate, cationic starch, with a degree of cationization DS of 0.03, was added in an amount of 14 kg/ton paper atro and alkenylsuccinic anhydrides were used as sizing agents in an amount of 0.8 kg/ton paper atro.
- fillers were added in an amount of 0.3 kg/ton paper dry. The consistency of the pulp at the headbox was 0.25%.
- Dewatering was carried out on a Foudrinier wire section and with a press section with three nips, one of which may be a shoe press, the line pressure on the three nips being 60 kN/m, 90 kN/m and 500 kN/m respectively (in the shoe press ) fraud.
- the still damp paper was fed into the Clupak system, it was subjected to contact drying, conventional drying and the use of hot air at 169 °C, then pre-dried in a slalom dryer section and treated in a Clupak system with a differential speed of -7.9% and finally finally dried.
- the paper can be used as such and the paper properties described in the table below were measured with this paper. It is not necessary It should be noted that the paper can also be calendered, for example in a soft nip or long nip calender, or subjected to a coating treatment, such as a dispersion coating treatment, which can further change the property.
- a coating treatment such as a dispersion coating treatment
- Such packaging paper can be used, for example, with or without an additional coating, for the production of paper sacks, for example for packaging gravel or toys.
- the paper thus produced had the following properties:
- Example 3 Production of a packaging paper with a grammage of 130 g/m 2
- An unbleached pulp consisting of 100% primary pulp from softwood with a kappa number of 41 was first subjected to high-consistency grinding with a grinding capacity of 220 to 240 kWh/ton , wherein a freeness of the pulp after high-consistency refining was 18°SR and then this pulp was subjected to low-consistency refining with a refining capacity of 80 to 90 kWh/ton until a freeness of at least 19°SR was achieved.
- the auxiliary materials were added in the approach flow of the paper machine.
- the pH was adjusted to a value of 6.7 to 7.3 with aluminum sulphate, cationic starch, with a degree of cationization DS of 0.03, was added in an amount of 14 kg/ton paper atro and alkenylsuccinic anhydrides were used as sizing agents in an amount of 0.8 kg/ton paper atro. Furthermore, no fillers were added. The consistency of the pulp at the headbox was 0.25%. Dewatering was carried out on a Foudrinier wire section and with a press section with three nips, one of which can be a shoe press, the line pressure on the three nips being 60 kN/m, 90 kN/m and 500 kN/m (in the shoe press) fraud.
- the paper Before the still damp paper was fed into the Clupak system, it was subjected to contact drying, conventional drying and the use of hot air at 172 °C, then pre-dried in a slalom dryer section and in a Clupak system with a differential speed of -8.6% treated and finally dried.
- the paper can be used as such and the paper properties described in the table below were measured with this paper.
- the paper can also be calendered, for example in a soft nip or long nip calender, or subjected to a coating treatment, such as a dispersion coating treatment, whereby the properties can be changed even further.
- Such packaging paper can be in the form of multi-layer packaging paper, with or without an additional coating, and can be used as a replacement for cardboard packaging, for example for foodstuffs such as rice.
- the paper thus produced had the following properties:
- Example 4 Production of a packaging paper with a grammage of 160 g/m 2
- An unbleached pulp consisting of 100% primary pulp from softwood with a kappa number of 41 was first subjected to high-consistency grinding with a grinding capacity of 240 to 250 kWh/ton is, wherein a degree of freeness of the pulp after high-consistency beating was 17°SR and then this pulp was subjected to low-consistency beating with a beating capacity of 45 to 55 kWh/ton until a degree of freeness of at least 18°SR was reached.
- the auxiliary materials were metered into the approach flow of the paper machine.
- the pH was adjusted to a pH of 6.6 to 7.2 with aluminum sulfate, and cationic starch, with a degree of cationization DS of 0.05, was added in an amount of 7.3 kg/ton of dry paper metered in and the sizing agent used was alkenylsuccinic anhydride in an amount of 0.3 kg/ton of dry paper.
- fillers were added in an amount of 0.5 kg/ton paper dry.
- the consistency of the pulp at the headbox was 0.20%.
- Dewatering was carried out on a Fourdrinier wire section, such as a three-nip press section, the line pressure at the three nips being 60 kN/m, 90 kN/m and 80 kN/m.
- the paper Before the still damp paper was fed to the Clupak system, it was subjected to contact drying, convection drying and hot air at 165 °C and treated in a Clupak system with a differential speed of -10.9% and finally dried.
- the paper can be used as such and the paper properties described in the table below were measured with this paper.
- the paper can also be calendered, for example in a soft nip or long nip calender, or subjected to a coating treatment, such as a dispersion coating treatment, whereby the properties can be changed even further.
- the paper can also be used, for example, as multi-ply packaging paper, for example as a replacement for cardboard packaging.
- the paper thus produced had the following properties:
Landscapes
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Abstract
Ein Verpackungspapier für scharfkantige Gegenstände und/oder Gegenstände, die ungleichmäßig angeordnete, vorragende, im Wesentlichen nicht verformbare Erhebungen an wenigstens einer seiner Oberflächen aufweisen, welches aus Kraft-Zellstoff als Hauptbestandteil sowie Füllstoffen, Stärke, Leimungsmittel und weiteren Prozesshilfsstoffen sowie gegebenenfalls Bleichmittel und/oder Beschichtungsmittel besteht, enthält wenigstens 95 % Primärzellstoff enthaltend wenigstens 80 %, vorzugsweise wenigstens 90 %, insbesondere wenigstens 95 % Zellstoff mit einer mittleren längengewichteten Faserlänge von wenigstens 2,0 mm sowie weniger als 4,5 %, vorzugsweise weniger als 4,0 %, insbesondere weniger als 3,7 % Füllstoffe sowie kationische Stärke und andere Prozesshilfsstoffe, welches Verpackungspapier eine Bruchdehnung in Maschinenrichtung (MD) nach ISO 1924-3:2005 von wenigstens 6,0 %, vorzugsweise wenigstens 6,5 % aufweist und welches einen Durchstoßenergieindex gemäß DIN EN 14477:2004 mit einer Prüfungsgeschwindigkeit von 10,0 mm/min gemessen an einer beliebigen Seite des Verpackungspapiers im Bereich von 30 bis 75 mJ.m2/kg, vorzugsweise 35 bis 70 mJ.m2/kg sowie eine Kappa-Zahl ISO 302:2015 zwischen 35 und 58, vorzugsweise 39 und 48 aufweist.
Description
VERPACKUNGSPAPIER
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verpackungspapier für scharfkantige Gegen stände und/oder Gegenstände, die ungleichmäßig angeordnete, vorragende, im We sentlichen nicht verformbare Erhebungen an wenigstens einer seiner Oberflächen aufweisen, welches aus Krafts u Ifat-Zel Istoff als Hauptbestandteil sowie Füllstoffen, Stärke, Leimungsmittel und weiteren Prozesshilfsstoffen sowie gegebenenfalls Bleichmittel und/oder Beschichtungsmittel besteht.
Verpackungsmaterialien aus Papier und/oder Karton werden für die unterschiedlichsten Gegenstände oder Materialien weltweit umfangreich verwendet, um einerseits wieder verwertbare Verpackungsmaterialien bereitzustellen und andererseits die Menge an Ab fallstoffen, die nicht verrotten, möglichst zu verringern oder zu vermeiden. Aus diesem Grund wird in den letzten Jahren immer mehr Papier auch in Bereichen, in denen vor wenigen Jahren ausschließlich Kunststoffe und Kunststoffverbundmaterialien als Ver packungsmaterial verwendet wurden, eingesetzt, wobei in diesen Einsatzbereichen häufig speziell hergestellte und auf die jeweiligen Anforderungen, wie Gewicht der ver packten Gegenstände, mögliche Fett- und/oder Feuchtigkeitsgehalte, äußere Form der verpackten Gegenstände sowie die Stabilität der verpackten Gegenstände gegenüber Druck, Temperaturbelastung und dgl. mehr Rücksicht genommen werden muss, so dass es erforderlich wird, speziell hergestellte oder behandelte Papiere bereitzustellen. So ist es bekannt, Papier zur Verpackung von Baumaterialien wie Sand, Zement oder auch Steinen einzusetzen, ebenso wie zur Verpackung von Konsumgütern, insbeson dere auch für Lebensmittel wie Mehl, Reis, Nudeln, Nüsse und dgl. mehr. Ein weiterer Einsatzbereich von Papier ist die Verpackung von Konsumgütern, wie Spielzeug, Bekleidungsstücken, elektronischen Bauteilen, Haushaltswaren, Schrauben oder Nägeln und vieles andere mehr sowie beispielsweise auch als offene Verpackungen, wie Säcke oder Tragetaschen.
Verpackungspapiere müssen hierbei den jeweiligen Anforderungen des darin zu verpackenden Gutes genügen, insbesondere müssen sie eine ausreichende Reißfestigkeit, Elastizität, Luftdurchlässigkeit und dgl. aufweisen. Andererseits ist es beispielsweise für ein Verpackungspapier, welches für das Verpacken von feuchtigkeitsempfindlichen Ma-
terialien verwendet wird, Voraussetzung, dass es eine ausreichende Feuchtigkeitsbeständigkeit besitzt und insbesondere eine Barriereeigenschaft gegenüber Feuchtigkeit aufweist bzw. nur eine sehr eingeschränkte Feuchtigkeitsdurchlässigkeit aufweist. Welche spezifischen Eigenschaften ein Verpackungspapier für den jeweiligen geplanten Einsatz aufweisen muss, kann von einem Fachmann abgeschätzt und bestimmt werden, wobei die Zusammensetzung, das Fierstellungsverfahren, mögliche bzw. erforderliche Vergütungsschritte und Materialien von einem Fachmann zumindest grob abgeschätzt werden können, jedoch muss die Herstellung eines, alle diese Voraussetzungen erfüllenden Papiers, eine Vielzahl von Faktoren berücksichtigen, welche häufig auch miteinander wechselwirken, so dass eine endgültige Zusammensetzung des Verpackungspapiers sowie seine Herstellung üblicherweise viele Versuche und Fehlversuche erfordert. Probleme beim Einsatz von Papier als Verpackungsmaterial gibt es häufig dann, wenn scharfkantige Gegenstände verpackt werden müssen bzw. Gegenstände verpackt werden müssen, die Oberflächenbereiche mit mehr oder weniger großen Vorsprüngen, Zacken, Kanten, Ecken und dgl. aufweisen. Hier ist Papier nur begrenzt einsetzbar, da es einerseits an den unebenen Stellen abgerieben werden kann und durch Zerstörung bzw. Aufreißen der Struktur des Papiers einen Gutteil seiner ursprünglichen positiven Eigenschaften, wie Festigkeit und dgl. verlieren kann. Ein weiteres mögliches Risiko ist, dass das Verpackungspapier durch den Kontakt mit den scharfen Kanten oder Spitzen der darin verpackten Gegenstände reißt und in der Folge die darin verpackten Gegenstände entweder verloren gehen, beschädigt oder in ihrer Qua lität vermindert werden können, da eine unversehrte Verpackung nicht mehr vorliegt. Um ein derartiges Reißen von Verpackungspapier zu vermeiden, ist es in der Vergangenheit häufig der Fall gewesen, dass dieses zumindest einseitig mit Kunststofffolien, Polymeren oder anderen reißfesten und gleichzeitig elastischen Materialien beschichtet wurde oder eine Einlage aus derartigen Materialien in mehrschichtige Papiere eingebracht wurde, um Papier als Verpackungsmaterial für scharfkantige Gegenstände bzw. Gegenstände mit unebenen Oberfläche heranziehen zu können.
Aufgrund der Tatsache, dass nicht verrottbare Polymere bzw. Kunststoffmaterialien so weit wie möglich vermieden werden sollen, besteht ein Erfordernis für Verpackungsma terialien aus Papier, welche einerseits ausreichend elastisch, dehnbar und flexibel sind, um bei entsprechenden Beanspruchungen nicht zu zerreißen und andererseits, wenn darin scharfkantige Gegenstände verpackt werden, ein Zerstören oder eine Beschädi-
gung der Verpackung, wie ein Durchbohren, Abreiben oder Reißen durch darin ver packte Gegenstände jedenfalls verhindern zu können.
Die vorliegende Erfindung zielt somit darauf ab, ein derartiges Verpackungspapier be reitzustellen, mit welchem es möglich ist, die unterschiedlichsten scharfkantigen bzw. eine unregelmäßige Oberfläche aufweisenden Gegenstände bzw. Materialien zu verpacken, ohne dass es zu einem Penetrieren des verpackten Gegenstands durch das Verpackungspapier oder einem Zerreißen desselben kommt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein erfindungsgemäßes Verpackungspapier im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens 95 % Primärzellstoff enthaltend wenigstens 80 %, vorzugsweise wenigstens 90 %, insbesondere wenigstens 95 % Zellstoff mit einer mittleren längengewichteten Faserlänge von wenigstens 2,0 mm sowie weniger als 4,5 %, vorzugsweise weniger als 4,0 %, insbesondere weniger als 3,7 % Füllstoffe sowie kationische Stärke und andere Prozesshilfsstoffe enthält, dass es eine Bruchdehnung in Maschinenrichtung (MD) nach ISO 1924-3:2005 von wenigstens 6,0 %, vorzugsweise wenigstens 6,5 % aufweist, dass es einen Durchstoßenergieindex gemäß DIN EN 14477:2004 mit einer Prüfungsgeschwindigkeit von 10,0 mm/min gemes sen an einer beliebigen Seite des Verpackungspapiers im Bereich von 30 bis 75 mJ.m2/kg, vorzugsweise 35 bis 70 mJ.m2/kg aufweist und dass es eine Kappa-Zahl ISO 302:2015 zwischen 35 und 58, vorzugsweise 39 und 48 aufweist. Dadurch, dass das Verpackungspapier wenigstens 95 % Primärzellstoff enthält, wird sichergestellt, dass es sich bei dem Verpackungspapier um ein Papier mit höchster Qualität und besten Eigen schaften handelt, da es einem Fachmann bekannt ist, dass die mögliche Beimischung von Recyclingzellstoff die Papierqualität nachteilig beeinflussen kann und insbesondere die Festigkeitseigenschaften und die Elastizitätseigenschaften des Papiers verschlech tert werden können. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine mögliche Beimischung von Sekundärzellstoff in der Größenordnung von bis zu maximal 5 % die Festigkeit und Elastizität des Papiers nicht nachteilig beeinflusst. Je nach Lebensmittel unbedenklichkeitsanforderungen an das Verpackungsmaterial in der Verpackungsaufgabe und je nach Beschaffenheit des beispielsweise zu verpackenden Lebensmittels, wie beispielsweise trocken, feucht und/oder fettig, ist der Anteil an Primärzellstoff gegebenenfalls anzupassen und beispielsweise zu erhöhen. Alternativ können auch beglei tend entsprechende Analysen am Verpackungsmaterial zum Erreichen und zur nach-
haltigen Sicherstellung der Lebensmittelunbedenklichkeitsanforderungen durchgeführt werden, wobei dies aber mit erheblichem Ressourcenmehraufwand wie beispielsweise chemischen Nachweisreagenzien und notwendigen Analysegeräten in Verbindung steht. Dadurch dass, das Verpacku ngspapier eine Kappa-Zahl nach ISO 302:2015 zwischen 35 und 58, vorzugsweise 39 und 48 aufweist wird sichergestellt, dass auf den Einsatz von bleichenden Chemikalien verzichtet werden kann und somit in vorteilhafter Weise das Verpackungspapier im Lebensmittelbereich eingesetzt werden kann. Weiter hin kann ein, eine Kappa-Zahl nach ISO 302:2015 zwischen 35 und 58 aufweisender Zellstoff, d.h. ungebleichter Zellstoff mehr Stärke binden als eine gebleichte Zellstofffaser. Durch Einsatz von kationischer Stärke wird überdies die T rockenfestigkeit des damit versetzten Papiers erhöht, weshalb insbesondere bei Verwendung eines ungebleichten Zellstoffs für die Herstellung von als Verpackungspapier darauf abgezielt wird Stärkegehalte von über 12 kg/to Papier atro (atro bedeutet absolut trocken) einzu setzen. Mit einem derartigen Verpackungspapier gelingt es somit in überraschender Weise ein sowohl den Anforderungen für den Einsatz im Lebensmittelbereich geeignetes Verpackungspapier bereitzustellen, als auch insbesondere ein Verpackungs papier zu erhalten, welches überdies exzellente Festigkeits- und Elastizitätseigen schaften aufweist.
Bekanntermaßen entfernt das Bleichen von Papier Begleitstoffe und wird insbesondere dann eingesetzt, wenn die Oberfläche des Papiers beispielsweise bedruckt werden muss, da gebleichte Papiere üblicherweise besser bedruckbar sind, da eine bessere Druckfarbenbrillanz möglich ist. Jedoch ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung festzuhalten, dass das Verpackungspapier als ungebleichtes Verpackungs papier eingesetzt wird, für dessen Herstellung Zellstoffe mit Kappa-Zahlen nach ISO 302:2015 im Bereich von 35 oder höher eingesetzt worden sind.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Verpackungspapier so ausgebildet, dass es 100 % Primärzellstoff enthält. Wenn auch eine Beimischung von Sekundärzellstoff in der Größenordnung von bis zu maximal 5 % die Festigkeit und Elastizität des Papiers nicht nachteilig beeinflusst, so kann bei Einsatz von 100 % Primärzellstoff sichergestellt werden, dass das Verpackungspapier, für die Verpackung von, eine nicht gleichmäßige, unebene Oberfläche aufweisenden Lebensmitteln, wie Nudeln, Müsli riegeln, Nüsse oder dgl. geeignet ist.
Mit derartigen Verpackungspapieren gelingt es, je nach Flächengewicht des jeweiligen Papiers, ein- oder mehrlagige Verpackungspapiere bereitzustellen, welche beispielswei se als Ersatz von Kunststoffverpackungen oder Verpackungskartons dienen können.
Im vorliegenden Fall wird, wenn der Begriff „Füllstoffe“ verwendet wird, von diesem Begriff auch der Aschegehalt, der sich im Papier selbst befindet als mitumfasst betrachtet. Dies deshalb, da die im Papier vorhandenen Aschemengen normalerweise 0,5 % nicht übersteigen.
Wenn im Rahmen der vorliegenden Erfindung %-Angaben angeführt sind, sind Gewichtsprozent in Bezug auf die Trockenmasse gemeint, außer es ist etwas Anderes vermerkt.
Indem weiterhin von dem eingesetzten Primärzellstoff wenigstens 80 % Weichholzzell stoff, bevorzugter wenigstens 90 % Weichholzzellstoff, insbesondere wenigstens 95 % mit einer mittleren längengewichteten Faserlänge gemäß ISO 16065-2:2014 von wenigstens 2,1 mm sowie Rest Hartholzzellstoff mit einer mittleren längengewichteten Faserlänge gemäß ISO 16065-2:2014 von wenigstens 1,0 mm bestehen, gelingt es insbeson dere die Festigkeits- und Elastizitätseigenschaften des damit hergestellten Ver packungspapiers in Richtung einer höheren Elastizität Verpackungspapiers zu beeinflussen und dadurch ein vorzeitiges Reißen des gemäß der Erfindung hergestellten Ver packungspapiers, wenn es mit scharfkantigen Gegenständen in Kontakt kommt, hintanzuhalten.
Durch die Begrenzung der Menge, Art der Aufbringung, Verarbeitung und dgl. der Pa- pierhilfsstoffe wie beispielsweise des Füllstoffgehalts, der kationischen Stärke oder der Leimungsmittel, insbesondere auf bei einen neutralen pH-Wert verarbeitete Leimungsmittel im Papier auf Werte von weniger als 4,5 % gelingt es im Wesentlichen, ausschließlich aus Primärzellstoff hergestelltes Verpackungspapier bereitzustellen, welches nicht nur exzellente mechanische Eigenschaften aufweist, sondern insbesondere aufgrund der geringen Mengen an zusätzlich eingesetzten Zuschlagstoffen bzw. Füll stoffen, für spezielle Einsatzzwecke, wie beispielsweise Lebensmitteiverpackungen und dgl. geeignet ist und auch als solches verwendet werden darf. Ein derartiges Ver-
packungspapier, welches im Wesentlichen ausschließlich aus Primärzellstoff, der hauptsächlich aus Nadelholzfasern, die gegebenenfalls geringe Mengen an Laubholzfasern enthalten bzw. beigemischt aufweisen, gewählt sind, besteht, sowie geringen Mengen an Füllstoffen und Stärke enthält, erreicht durch eine spezielle Behandlung, insbesondere beispielsweise eine Mahlung der Zellulosefasern sowie gegebenenfalls weiteren Verfahrensschritten, wie eine Behandlung der Papierbahn auf einer Clupak-Anlage, einem Kalandern und dgl. eine Bruchdehnung in Maschinenrichtung nach ISO 1924- 3:2005 von wenigstens 6,0 %. Als Beispiel für geeignete Primärzellstoffe seien unter anderem Langfaser-Zellstoff umfassend eine Nadelholzsorte oder mehrere, Kurzfaser- Zellstoff umfassend eine Hartholzsorte oder mehrere sowie Mischungen, umfassend die genannten Zellstoffe genannt. Vorzugsweise sind die Zellstoffe gemäß dem Kraftsulfat- Verfahren hergestellt. Ein derartiges Verpackungspapier weist weiterhin einen Durch stoßenergieindex gemäß DIN EN 14477:2004 mit einer Prüfungsgeschwindigkeit von 10,0 mm/min gemessen an einer beliebigen Seite des Verpackungspapiers im Bereich von 30 bis 75 mJ.m2/kg auf, was bedeutet, dass, wenn ein derartiges Papier zum Verpacken von scharfkantigen Gegenständen und/oder Gegenständen, die ungleichmäßig angeordnete, vorragende und im Wesentlichen nicht verformbare Erhebungen an wenigstens einer ihrer Oberflächen aufweisen, verwendet wird, ein Durchdringen bzw. Durchstechen der scharfkantigen Gegenstände durch das Papier hintangehalten werden kann. Überraschend ist hierbei, dass bereits ein, eine Bruchdehnung von über 6,0 % aufweisendes Verpackungspapier gleichzeitig auch die höchsten Werte für den Durchstoßenergieindex aufweist und somit können nachteilige Effekte, welche z.B. sehr hohe Dehnungswerte mit sich bringen, wie beispielsweise eine sehr starke Aufrauhung der Papieroberfläche reduziert werden. Mit einem derartigen Verpackungspapier gelingt es somit Einschränkungen in der Bedruckbarkeit hintanzuhalten. Da weiterhin eine zu hohe Dehnung zu Lasten der Zugfestigkeit geht wird mit dem Verpackungspapier ein optimal balanciertes Papier und zwar sowohl in Bezug auf die Dehnung als auch auf die Festigkeit bereitgestellt. Somit kann ein Verpackungspapier gemäß der Er findung nunmehr sicher und ohne die Gefahr von Verlusten von darin verpackten Gegenständen aufgrund von Abrieb durch vorragende Bereiche der darin verpackten Ge genstände, für die Verpackung von derartigen scharfkantigen Gegenständen wie bei spielsweise Kies, Pellets, Metallteilen wie Schrauben, Bekleidungsstücke mit Knöpfen, Schuhen mit scharfen Absätzen, Kinderspielsteinen, aber auch Lebensmitteln wie Müsliriegel, Schoko-Nuss-Riegel, Nüssen, Nudeln und dgl. verwendet werden.
Unter Durchstoßenergie, welche in DIN EN 14477:2004 definiert ist, wird die Kraft unter Berücksichtigung einer Dehnung verstanden, die aufgewandt werden muss, um ein Papier oder einen Karton mit einem definierten Prüfkörper zu durchdringen. Für ein Verpackungspapier, welches zur Verpackung von scharfkantigen Gegenständen eingesetzt werden soll, ist es somit wesentlich, dass seine Durchstoßenergie groß ist, dass es nicht durch darin verpackte Gegenstände bzw. Teile der Gegenstände durchdrungen werden kann. Weiterhin ist es wichtig, dass eine Verpackung, insbesondere während eines Transports nicht durch ein Penetrieren von im Inneren verpackten Gegenständen beschädigt wird ebenso wie bei der Handhabung derselben. Der Durchstoßenergie index, das ist die Durchstoßenergie eines Papiers dividiert durch dessen Grammatur wurde im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung mit der Norm DIN EN 14477:2004 gemessen, welche Norm üblicherweise verwendet wird, um die Durchstoßenergie von flexiblen Verpackungsmaterialien, wie z.B. Kunststofffolien zu bestim men. Entscheidend für eine Nicht-Schädigung der Verpackung ist aber eben neben der Durchstoßfestigkeit in Newton auch die Dehnung beim Durchstoß in mm. Das Integral unter einer Kraft-Dehnungs-Kurve gibt die Energie wieder, die ein Material, und gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verpackungspapier aufnehmen kann, ohne dass es zur Schädigung desselben kommt. Zur Ermittlung des Durchstoßenergieindex in mJ.mz/kg wird die bestimmte Durchstoßenergie in mJ durch die Grammatur nach ISO 536:2019 des jeweiligen Papiers umgerechnet in kg/m2 geteilt. Die Berechnung des Durchstoßenergieindex erfolgt in Analogie zur Berechnung des Zugbrucharbeitsindex gemäß ISO 1924-3:2005.
Unter einer mittleren längengewichteten Faserlänge nach ISO 16065-2:2014 der Zell stofffaser wird im vorliegenden Zusammenhang ein längengewichteter Mittelwert der Faserlängen verstanden.
Als kationische Stärke wird, wie dies einem Fachmann bekannt ist, eine Stärke bezeich net, welche einer Kationisierungsbehandlung mit Basen, wie NaOH, KOH, Calziumkarbonat und einem Kationisierungsmittel wie beispielsweise 2,3-Epoxy-propyl-trimethyl- ammoniumchlorid und dgl. unterworfen wurde und die einen Grad an Kationisierung, d.h. ein Anteil an kationischen Ladungen im Bereich von 0,02 bis etwa 0,06 aufweist.
Unter Weichholzzellstoff wird ein Zellstoff verstanden, welche aus einem Weichholz, d.h. einem Holz mit einer Darr-Dichte unter 0,55 g/cm3, hergestellt wurde. Beispiele von derartigen Weichhölzern sind im Wesentlichen nahezu alle Nadelhölzer, wie Fichte, Lärche, Tanne, Kiefer und Douglasie aber auch Laubhölzer wie Weide, Pappel oder Linde. Unter Hartholzzellstoff wird ein Zellstoff verstanden, welcher aus einem Hartholz hergestellt wurde, das sind Hölzer, welche eine Darr-Dichte von über 0,55 g/m3 aufweisen. Vertreter von Harthölzern sind beispielsweise Buche, Eiche, Esche sowie Birke, Pappel, Aspe, Ahorn und Akazie. Als ein weiteres Unterscheidungsmerkmal zwischen Hart- und Weichholz kann die Faserlänge der darin enthaltenen Fasern herangezogen werden, wobei diese Faserlänge nicht nur von der Holzart sondern auch vom Alter des Baums sowie der Position der Faser im Querschnitt des Holzstamms beeinflusst ist. Gemäß der Erfindung werden im Wesentlichen Weichhölzer mit einer längengewichteten mittleren Faserlänge von wenigstens 2,1 mm sowie gegebenenfalls Harthölzer mit einer längengewichteten mittleren Faserlänge von wenigstens 1,0 mm herangezogen. Diese längengewichtete Faserlänge einer Zellstofffaser ist in ISO 16065-2:2014 definiert und wird gemäß dieser Norm ermittelt.
Um ein Verpackungspapier mit besonders guten Eigenschaften zu erhalten und insbe sondere um auszuschließen, dass Bestandteile, die nicht näher definierbar sind, wie z.B. Reste von Druckerschwärze, Oberflächenbehandlungsmittel oder dgl. in das Papier eingetragen werden, ist das erfindungsgemäße Verpackungspapier dahingehend weitergebildet, dass es 100 % Primärzellstoff enthält. Wenn sichergestellt ist, dass neben Primärzellstoff insbesondere kein Recyclingzellstoff in dem Papier enthalten ist, kann ein Verpackungspapier mit exakt reproduzierbaren Eigenschaften erhalten werden. Weiterhin können Verpackungspapiere, welche ausschließlich aus Primärzellstoff bestehen, als Verpackungspapier für Lebensmittel Verwendung finden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Verpackungspapier im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass der Primärzellstoff aus einer Mischung bestehend aus wenigstens 80 % Weichholzzellstoff, bevorzugter wenigstens 90 % Weich holzzellstoff, insbesondere wenigstens 95 % Weichholzzellstoff mit einer mittleren längengewichteten Faserlänge gemäß ISO 16065-2:2014 von wenigstens 2,1 mm sowie Rest Hartholzzellstoff mit einer mittleren längengewichteten Faserlänge gemäß ISO 16065-2:2014 von wenigstens 1,0 mm gebildet ist. Durch Wahl des entsprechenden Primärzellstoffs bzw.
einer entsprechenden Mischung an Primärzellstoffen gelingt es, nicht nur die Eigenschaften des Verpackungspapiers, wie beispielsweise seine Bruchdehnung und seinen Durchstoßenergieindex zu beeinflussen, sondern auch weitere für Verpackungspapiere wesentliche Eigenschaften, wie Festigkeit des Papiers, Zugfestigkeit desselben, Luftdurchlässigkeit, und dgl. zu beeinflussen.
Günstige Werte wurden hierbei erreicht, wenn, wie dies einer Weiterbildung der Erfin dung entspricht, das Verpackungspapier so ausgebildet ist, dass der Primärzellstoff zu 100 % aus Weichholzzellstoff mit einer mittleren längengewichteten Faserlänge gemäß ISO 16065-2:2014 von wenigstens 2,1 mm besteht. Es ist in diesem Zusammenhang festzuhalten, dass das Verpackungspapier, welches zu 100 % aus Weichholzzellstoff mit einer mittleren längengewichteten Faserlänge gemäß ISO 16065-2:2014 von wenigstens 2,1 mm gefertigt ist, gegenüber Papieren, die Hartholzbestandteile aufweisen bzw. ausschließlich aus Hartholzzellstoff gefertigt sind, dünner sind, eine gute Festigkeit aufweisen, sowie auch bedruckbar sind, demgegenüber machen jedoch beispielsweise höhere Hartholzbestandteile das Papier noch gleichmäßiger in der Blattstruktur und die erzielbare Druckqualität kann auch verbessert sein.
Das Verpackungspapier gemäß der vorliegenden Erfindung weist hierbei günstiger Weise ein Flächengewicht gemäß ISO 536:2019 von 45 g/m2 bis 165 g/m2, vorzugs weise 50 g/m2 bis 160 g/m2 auf. Es hat sich im Zuge von Versuchen gezeigt, dass die ser weite Bereich an Flächengewichten insbesondere durch Einstellung der Füllstoffe, die zur Zellstoffpulpe zugesetzt werden, sowie der eingesetzten Mahlungsenergie gewährleistet werden kann. Hierbei hat es sich beispielsweise gezeigt, dass der Gehalt an kationische Stärke niedrig gehalten werden muss, wenn Papiere mit Flächengewichten im Bereich von 50 g/m2 bis 70 g/m2 und einem Durchstoßenergieindex gemäß DIN EN 14477:2004 im Bereich von 30 mJ.m2/kg bis 75 mJ.m2/kg hergestellt werden sollen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Verpackungspapier so ausgebildet, dass es einen Zugfestigkeitsindex in Maschinenrichtung gemäß ISO 1924-3:2005 zwischen 60 Nm/g und 140 Nm/g aufweist. Derartige Zugfestigkeitsindizes können bei den Verpackungspapieren gemäß der Erfindung aufgrund des niedrigen Füllstoffgehalts im Papier erreicht werden, wobei insbesondere beim Einsatz von Füllstoffen darauf geach tet werden muss, dass diese, wenn das Papier für den Einsatz im Lebensmittelbereich
gedacht ist, auch hierfür zugelassen sind. Hierbei ist in diesem Zusammenhang speziell auf Korngrößen im Mikro- und Nanometerbereich hinzuweisen.
Bei Verwendung des Verpackungspapiers in allen nicht die Lebensmittelverpackungen betreffenden Bereiche ist die Wahl des Füllstoffs weniger kritisch, jedoch sollte, um die gewünschten Zugfestigkeitsindexes in Maschinenrichtung zwischen 60 Nm/g und 140 Nm/g zu erreichen, der Füllstoffgehalt prinzipiell niedrig gehalten werden. Als weiterer Hilfsstoff zur Einstellung von Festigkeitseigenschaften kann beispielsweise derivatisierte Stärke, bevorzugt kationische Stärke, genannt werden. Generell muss bei sämtlichen verwendeten Additiven im Papierherstellungsprozess auf die Eignung als Einsatzstoff für die Herstellung von Lebensmittelverpackungspapieren geachtet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Verpackungspapier so ausgebildet, dass der Primärzellstoff als gemahlener, insbesondere hochkonsistenz gemahlener Zellstoff mit einem Mahlgrad nach Schopper-Riegler nach ISO 5267-1:1999 zwischen 13°SR bis 20°SR enthalten ist. Mahlen von Zellstoff beeinflusst die Faserstärke bzw. - festigkeit und hebt somit die Qualität des damit hergestellten Produkts aus mehrerlei Gesichtspunkten an. Insbesondere bei Einsatz von nicht gebleichtem, d.h. ungebleichtem (d.h. naturbraunem) Zellstoff kann die Papierqualität dahingehend beeinflusst wer den, dass in der Pulpe enthaltene restliche Holzsplitter und nicht durch die Zellstoffkochung aufgeschlossene Faseragglomerate während der Hochkonsistenzmahlung fein gemahlen werden und somit die Textur des Papiers besser vergleichmäßigt und insbe sondere geglättet wird. Indem gemäß der Erfindung als Primärzellstoff ein gemahlener, insbesondere hochkonsistenzgemahlener Zellstoff mit einem Mahlgrad Schopper- Riegler nach ISO 5267-1:1999 nach der Hochkonsistenzmahlung zwischen 13°SR bis 20°SR bereitgestellt wird, gelingt es, die die Durchstoßenergie noch weiter zu erhöhen. Es erübrigt sich in diesem Zusammenhang festzuhalten, dass selbstverständlich der Zellstoff auch zusätzlich niederkonsistenzgemahlen sein kann. Eine Niederkonsistenz mahlung wird bei einer Konsistenz der Zellstoffsuspension zwischen 2 % bis 6 % durchgeführt, wobei durch diesen Schritt eine weitere Festigkeitssteigerung und somit auch Steigerung der Durchstoßenergieerzielt werden kann.
Verpackungspapiere müssen in Bezug auf die darin verpackten Gegenstände einerseits dicht genug sein, um bei pulverförmigen Materialien einen Verlust zu vermeiden oder
eine Wasseraufnahme von hygroskopischen darin verpackten Gegenständen entspre chend der Anwendung zu reduzieren und andererseits eine ausreichende Luftdurchläs sigkeit aufweisen, damit beispielsweise beim Befüllen miteingebrachte Luft auch durch das Verpackungspapier selbst entweichen kann. Um diesen Anforderungen zu genügen, weist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das Verpackungspapier einen Gurley-Wert nach ISO 5636-5:2013 zwischen 5 s und 45 s, insbesondere 10 s und 40 s auf.
Je nach geplantem Einsatzzweck des Verpackungspapiers kann dieses gemäß einer Weiterbildung so ausgebildet sein, dass wenigstens eine Seite des Verpackungspapiers oberflächenvergütet, insbesondere geglättet bzw. kalandriert und/oder beschichtet ist. Mit einer derartigen Oberflächenvergütung kann beispielsweise die Feuchtigkeitsbarriereeigenschaft beeinflusst werden, jedoch auch insbesondere die Durchstoß energie weiter verbessert werden, so dass das Papier auch noch stärkeren Beanspruchungen, insbesondere gegenüber unebenen bzw. spitzen in dem Papier verpackten Gegenständen widerstehen kann.
Unter Oberflächenvergütung wird die Behandlung von wenigstens einer Seite des Verpackungspapiers mit wenigstens einer der folgenden Verfahren verstanden: Aufbringen eines Beschichtungsmaterialsund Glätten bzw. Kalandrieren der Papieroberfläche.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Verpackungspapier so ausgebildet, dass der Durchstoßenergieindex nach DIN EN 14477:2004 zwischen einer oberflächenvergüteten Seite des Verpackungspapiers und einer unbehandelten Seite des Verpackungspapiers um einen Faktor größer 1,0 bis 1,7 differiert. Durch die Ausführung von Schritten zur Oberflächenvergütung wie beispielsweise die Einführung von funktionellen Barrierebeschichtungen wird der Durchstoßenergieindex im Regelfall beeinflusst. Damit nun sichergestellt werden kann, dass ein derartiges Verpackungspapier sämtliche für das Verpacken von scharfkantigen bzw. unregelmäßige Ober flächen aufweisenden Gütern erforderlichen Eigenschaften aufweist, ist es wichtig einerseits Eigenschaften wie eine Bedruckbarkeit von einer Oberfläche zu gewähr leisten und andererseits sicherzustellen, dass die zweite, beispielsweise mit Nahrungsmitteln mit unregelmäßiger Oberfläche in Kontakt kommende Oberfläche
weiterhin einen ausreichenden Durchstoßenergieindex aufweist, weshalb ein entsprechender Faktor welcher nur wenig von 1,0 differiert bei der Papierherstellung und insbesondere bei der Oberflächenvergütung ausgebildet werden soll. Der Durchstoßenergieindex ist jedoch vorzugsweise als inhärente Papiereigenschaft zu sehen und nicht oder nur zu einem geringen Ausmaß von der Oberflächenvergütung abhängig.
Eine entsprechende Oberflächenbehandlung ist insbesondere dann von Vorteil und zweckmäßig, wenn eine Seite des Papiers mit den scharfkantigen Gegenständen in Kontakt gelangt und die andere beispielsweise bedruckt oder beschrieben werden soll, in welchem Fall die zwei Oberflächen des Verpackungspapiers unterschiedlichen Vergütungsbehandlungen unterworfen werden müssen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Beispiel 1: Herstellung eines Verpackungspapiers mit einer Grammatur von 50 g/m2 Prozessbeschreibung:
Ein ungebleichter Zellstoff bestehend zu 95 % aus Primärzellstoff aus Weichholz mit einer Kappa-Zahl von 42 sowie 5 % Primärzellstoff aus Hartholz mit einer Kappa-Zahl von 40, welcher zuerst einer Hochkonsistenzmahlung mit einer Mahlleistung von 190 bis 210 kWh/to unterworfen wird, wobei ein Mahlgrad des Zellstoffs nach der Hochkon sistenzmahlung 17°SR betrug und anschießend dieser Zellstoff einer Niederkonsistenz mahlung mit einer Mahlleistung von 75 kWh/to, bis ein Mahlgrad von wenigstens 18°SR erreicht wurde, unterworfen wird, wurde eingesetzt. Im Konstantteil der Papiermaschine werden die Hilfsstoffe zudosiert. Hierbei wurde der pH-Wert mit Aluminiumsulfat auf einen pH-Wert von 6,5 bis 7,5 eingestellt, kationische Stärke, mit einem Kationi- sierungsgrad DS von 0,05, in einer Menge von 2,5 kg/to Papier atro zudosiert und als Leimungsmittel wurde Alkenylbernsteinsäureanhydride in einer Menge von 0,5 kg/to Pa pier atro eingesetzt. Der Zellstoff enthielt keine Füllstoffe. Die Konsistenz des Zellstoffs am Stoffauflauf betrug 0,2 %. Die Entwässerung erfolgte auf einer Foudrinier-Siebpar- tie, und mit einer Pressenpartie mit drei Nips, wobei der Liniendruck an den drei Nips 55 kN/m, 80 kN/m und 80 kN/m betrug. Bevor das noch feuchte Papier der Clupak-Anlage zugeführt wurde, wurde es in einer Sialomtrockenpartie vorgetrocknet und in einer Clupak-Anlage mit einer Differenzgeschwindigkeit von -4,8 % behandelt und schließlich final getrocknet.
Das Papier kann als solches eingesetzt werden und die in der nachfolgenden Tabelle beschriebenen Papiereigenschaften wurden mit diesem Papier gemessen. Es erübrigt sich festzuhalten, dass das Papier zusätzlich noch kalandriert werden kann, beispiels- weise in einen Softnip- oder Langnip-Kalander oder auch einer Beschichtungsbehand lung unterworfen werden kann, wie beispielsweise einer Dispersionsbeschichtungsbe handlung, wodurch die Eigenschaft noch weiter verändert werden können. Eine Kalan- drierbehandlung erfolgt hierbei an dem Verpackungspapier wenn dieses einen Trocken gehalt von wenigstens 88 %, vorzugsweise wenigstens 90 %, besonders bevorzugt wenigstens 91 % aufweist, d.h. die Restfeuchte bei weniger als 12 % liegt. Weiterhin kann ein derartiges Verpackungspapier beispielsweise als Ersatz von dünnen Kunststoffverpackungen, wie z.B. für Lebensmittel wie Müsliriegel, zum Einsatz gelangen.
Das so hergestellte Papier hatte die folgenden Eigenschaften:
Beispiel 2: Herstellung eines Verpackungspapiers mit einer Grammatur von 100 g/m2 Prozessbeschreibung:
Ein ungebleichter Zellstoff bestehend zu 100 % aus Primärzellstoff aus Weichholz mit einer Kappa-Zahl von 42 wurde zuerst einer Hochkonsistenzmahlung mit einer Mahlleistung von 220 bis 240 kWh/to unterworfen, wobei ein Mahlgrad des Zellstoffs nach der Hochkonsistenzmahlung 17°SR betrug und anschießend wurde dieser Zellstoff einer Niederkonsistenzmahlung mit einer Mahlleistung von 80 bis 90 kWh/to, bis ein Mahl grad von wenigstens 18°SR erreicht wurde, unterworfen. Im Konstantteil der Papierma- schine wurden die Hilfsstoffe zudosiert. Hierbei wurde der pH-Wert mit Aluminiumsulfat auf einen pH-Wert von 6,8 bis 7,3 eingestellt, kationische Stärke, mit einem Kationisie- rungsgrad DS von 0,03, wurde in einer Menge von 14 kg/to Papier atro zudosiert und als Leimungsmittel wurden Alkenylbernsteinsäureanhydride in einer Menge von 0,8 kg/to Papier atro eingesetzt. Weiterhin wurden Füllstoffe in einer Menge von 0,3 kg/to Papier atro zugesetzt. Die Konsistenz des Zellstoffs am Stoffauflauf betrug 0,25 %. Die Entwässerung erfolgte auf einer Foudrinier-Siebpartie und mit einer Pressenpartie mit drei Nips, wobei eine davon eine Schuhpresse sein kann, wobei der Liniendruck an den drei Nips 60 kN/m, 90 kN/m bzw. 500 kN/m (in der Schuhpresse) betrug. Bevor das noch feuchte Papier der Clupak-Anlage zugeführt wurde, wurde es einer Kontakttrock- nung, Konventionstrocknung und Heißlufteinsatz von 169 °C unterworfen, dann in einer Slalomtrockenpartie vorgetrocknet und in einer Clupak-Anlage mit einer Differenzgeschwindigkeit von -7,9 % behandelt und schließlich final getrocknet.
Das Papier kann als solches eingesetzt werden und die in der nachfolgenden Tabelle beschriebenen Papiereigenschaften wurden mit diesem Papier gemessen. Es erübrigt
sich festzuhalten, dass das Papier zusätzlich noch kalandriert werden kann, beispielsweise in einen Softnip- oder Langnip-Kalander oder auch einer Beschichtungsbehandlung unterworfen werden, wie beispielsweise einer Dispersionsbeschichtungsbehand lung, wodurch die Eigenschaft noch weiter verändert werden können. Ein derartiges Verpackungspapier kann beispielsweise mit oder ohne zusätzliche Beschichtung zur Herstellung von Papiersäcken, beispielsweise zur Verpackung von Kies oder Spielstei nen zum Einsatz kommen.
Das so hergestellte Papier hatte die folgenden Eigenschaften:
Beispiel 3: Herstellung eines Verpackungspapiers mit einer Grammatur von 130 g/m2 Prozessbeschreibung: Ein ungebleichter Zellstoff bestehend zu 100 % aus Primärzellstoff aus Weichholz mit einer Kappa-Zahl von 41 wurde zuerst einer Hochkonsistenzmahlung mit einer Mahlleistung von 220 bis 240 kWh/to unterworfen, wobei ein Mahlgrad des Zellstoffs nach der Hochkonsistenzmahlung 18°SR betrug und anschießend wurde dieser Zellstoff einer Niederkonsistenzmahlung mit einer Mahlleistung von 80 bis 90 kWh/to, bis ein Mahl- grad von wenigstens 19°SR erreicht wurde, unterworfen. Im Konstantteil der Papierma schine wurden die Hilfsstoffe zudosiert. Hierbei wurde der pH-Wert mit Aluminiumsulfat auf einen pH-Wert von 6,7 bis 7,3 eingestellt, kationische Stärke, mit einem Kationisie- rungsgrad DS von 0,03, wurde in einer Menge von 14 kg/to Papier atro zudosiert und als Leimungsmittel wurden Alkenylbernsteinsäureanhydride in einer Menge von 0,8 kg/to Papier atro eingesetzt. Weiterhin wurden keine Füllstoffe zugesetzt. Die Konsistenz des Zellstoffs am Stoffauflauf betrug 0,25 %. Die Entwässerung erfolgte auf einer Foudrinier-Siebpartie und mit einer Pressenpartie mit drei Nips, wobei eine davon eine Schuhpresse sein kann, wobei der Liniendruck an den drei Nips 60 kN/m, 90 kN/m und 500 kN/m (in der Schuhpresse) betrug. Bevor das noch feuchte Papier der Clupak-An- läge zugeführt wurde, wurde es in einer Kontakttrocknung, Konventionstrocknung und Heißlufteinsatz von 172 °C unterworfen, dann in einer Slalomtrockenpartie vorgetrock net und in einer Clupak-Anlage mit einer Differenzgeschwindigkeit von -8,6 % behandelt und schließlich final getrocknet.
Das Papier kann als solches eingesetzt werden und die in der nachfolgenden Tabelle beschriebenen Papiereigenschaften wurden mit diesem Papier gemessen. Es erübrigt sich festzuhalten, dass das Papier zusätzlich noch kalandriert werden kann, beispiels weise in einen Softnip- oder Langnip-Kalander oder auch einer Beschichtungsbehand- lung unterworfen werden, wie beispielsweise einer Dispersionsbeschichtungsbehandlung, wodurch die Eigenschaft noch weiter verändert werden können. Ein derartiges Verpackungspapier kann als mehrlagiges Verpackungspapier, mit oder ohne zusätzli che Beschichtung ausgebildet sein und als Ersatz von Kartonverpackungen z.B. für Lebensmittel, wie Reis zum Einsatz gelangen.
Das so hergestellte Papier hatte die folgenden Eigenschaften:
Beispiel 4: Herstellung eines Verpackungspapiers mit einer Grammatur von 160 g/m2 Prozessbeschreibung: Ein ungebleichter Zellstoff bestehend zu 100 % aus Primärzellstoff aus Weichholz mit einer Kappa-Zahl von 41 wurde zuerst einer Hochkonsistenzmahlung mit einer Mahlleistung von 240 bis 250 kWh/to unterworfen wird, wobei ein Mahlgrad des Zellstoffs nach der Hochkonsistenzmahlung 17°SR betrug und anschießend wurde dieser Zellstoff einer Niederkonsistenzmahlung mit einer Mahlleistung von 45 bis 55 kWh/to, bis ein Mahlgrad von wenigstens 18°SR erreicht wurde, unterworfen wird. In Konstantteil der Papiermaschine wurden die Hilfsstoffe zudosiert. Hierbei wurde der pH-Wert mit Alumi niumsulfat auf eine pH-Wert von 6,6 bis 7,2 eingestellt, kationische Stärke, mit einem Kationisierungsgrad DS von 0,05, wurde in einer Menge von 7,3 kg/to Papier atro zu dosiert und als Leimungsmittel wurden Alkenylbernsteinsäureanhydride in einer Menge von 0,3 kg/to Papier atro eingesetzt. Weiterhin wurden Füllstoffe in einer Menge von 0,5 kg/to Papier atro zugesetzt. Die Konsistenz des Zellstoffs am Stoffauflauf betrug 0,20 %. Die Entwässerung erfolgte auf einer Foudrinier-Siebpartie, wie einer Pressenpartie mit drei Nips, wobei der Liniendruck an den drei Nips 60 kN/m, 90 kN/m und 80 kN/m betrug. Bevor das noch feuchte Papier der Clupak-Anlage zugeführt wurde, wurde es in einer Kontakttrocknung, Konvektionstrocknung und Heißlufteinsatz von 165 °C unter worfen und in einer Clupak-Anlage mit einer Differenzgeschwindigkeit von -10,9 % behandelt und schließlich final getrocknet.
Das Papier kann als solches eingesetzt werden und die in der nachfolgenden Tabelle beschriebenen Papiereigenschaften wurden mit diesem Papier gemessen. Es erübrigt sich festzu halten, dass das Papier zusätzlich noch kalandriert werden kann, beispiels- weise in einen Softnip- oder Langnip-Kalander oder auch einer Beschichtungsbehand lung unterworfen werden, wie beispielsweise einer Dispersionsbeschichtungsbehand lung, wodurch die Eigenschaft noch weiter verändert werden können. Schließlich kann das Papier auch beispielsweise als mehrlagiges Verpackungspapier, beispielsweise als Ersatz von Kartonverpackungen zum Einsatz kommen.
Das so hergestellte Papier hatte die folgenden Eigenschaften:
Sämtliche Versuche an Papieren und alle Werte wurden bei Prüfbedingungen nach ISO 187:1990 (23 °C ±1 °C und 50 % ± 2 % relative Luftfeuchtigkeit) durchgeführt/ermittelt. Es ist einem Fachmann selbstverständlich bekannt, dass Papier von klimatischen Be- dingungen stark beeinflusst wird und insbesondere seine Eigenschaften in feuchter bzw. warmer Umgebung bzw. auch in extrem kalter und trockener Umgebung zu verändern vermag. Die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung hergestellten und getesteten Verpackungspapiere zeigten hinsichtlich der Durchstoßenergie bei 75 % re lativer Luftfeuchtigkeit nur eine Verringerung von etwa 5 % gegenüber dem Wert bei 50 % relativer Luftfeuchtigkeit, sodass die Verpackungspapiere auch bei harschen klimati schen Bedingungen, insbesondere hohen Luftfeuchtigkeiten zur Verpackung von nahe zu beliebigen scharfkantigen Gegenständen oder eine unebene Oberfläche aufweisenden Gütern eingesetzt werden können. Dies ist unter anderem auf den relativ hohen Stärkegehalt der Verpackungspapiere sowie auf die Clupak- und/oder Hochkonsistenz- mahlbehandlungen zurückzuführen.
Claims
1. Verpackungspapier für scharfkantige Gegenstände und/oder Gegenstände, die ungleichmäßig angeordnete, vorragende, im Wesentlichen nicht verformbare Erhebungen an wenigstens einer seiner Oberflächen aufweisen, welches aus Kraft-Zellstoff als Hauptbestandteil sowie Füllstoffen, Stärke, Leimungsmittel und weiteren Prozesshilfsstoffen sowie gegebenenfalls Bleichmittel und/oder Beschichtungsmittel besteht, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens 95 % Primärzellstoff enthaltend wenigstens 80 %, vorzugsweise wenigstens 90 %, insbesondere wenigstens 95 % Zellstoff mit einer mittleren längengewichteten Faserlänge von wenigstens 2,0 mm sowie weniger als 4,5 %, vorzugsweise weniger als 4,0 %, insbesondere weniger als 3,7 % Füllstoffe sowie kationische Stärke und andere Prozesshilfsstoffe enthält, dass es eine Bruchdehnung in Maschinenrichtung (MD) nach ISO 1924-3:2005 von wenigstens 6,0 %, vorzugsweise wenigstens 6,5 % aufweist, dass es einen Durchstoßenergieindex gemäß DIN EN 14477:2004 mit einer Prüfungsgeschwindigkeit von 10,0 m m/m in gemessen an einer beliebigen Seite des Verpackungspapiers im Bereich von 30 bis 75 mJ.m2/kg, vorzugsweise 35 bis 70 mJ.m2/kg aufweist und dass es eine Kappa-Zahl ISO 302:2015 zwischen 35 und 58, vorzugsweise 39 und 48 aufweist.
2. Verpackungspapier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es 100 % Primärzellstoff enthält.
3. Verpackungspapier nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärzellstoff aus einer Mischung bestehend aus wenigstens 80 % Weichholzzellstoff, bevorzugter wenigstens 90 % Weichholzzellstoff, insbesondere wenigstens 95 % mit einer mittleren längengewichteten Faserlänge gemäß ISO 16065-2:2014 von wenig stens 2,1 mm sowie Rest Hartholzzellstoff mit einer mittleren längengewichteten Faserlänge gemäß ISO 16065-2:2014 von wenigstens 1,0 mm besteht.
4. Verpackungspapier nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärzellstoff zu 100 % aus Weichholzzellstoff mit einer mittleren längengewichteten Faserlänge gemäß ISO 16065-2:2014 von wenigstens 2,1 mm besteht.
5. Verpackungspapier nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengewicht gemäß ISO 536:2019 des Verpackungspapiers 45 g/m2 bis 165 g/m2 beträgt.
6. Verpackungspapier nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet dass es einen Zugfestigkeitsindex in Maschinenrichtung gemäß ISO 1924-3:2005 zwi schen 60 und 140 Nm/g aufweist.
7. Verpackungspapier nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärzellstoff als gemahlener, insbesondere hochkonsistenz gemahlener
Zellstoff mit einem Mahlgrad nach Schopper-Riegler nach ISO 5267-1:1999 zwischen 13°SR bis 20°SR enthalten ist.
8. Verpackungspapier nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Gurley-Wert nach ISO 5636-5:2013 zwischen 5 s und 45 s, insbesondere
10 s und 40 s aufweist.
9. Verpackungspapier nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Seite des Verpackungspapiers oberflächenvergütet, insbeson- dere kalandriert und/oder beschichtet ist.
10. Verpackungspapier nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Durch stoßenergieindex nach DIN EN 14477:2004 zwischen einer oberflächenvergüteten Seite des Verpackungspapiers und einer unbehandelten Seite des Verpacku ngspapiers um einen Faktor größer 1,0 bis 1,7 differiert.
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Patent Citations (5)
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