Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Papier oder Karton zur Schaffung einer Aroma- und Dampfsperre.
Derart beschichtete Papiere oder Kartons zur Schaffung einer Aroma- und Dampfsperre haben vielfältige Verwendungszwecke. Abhängig von der jeweiligen Zertifizierung der verwendeten Deckstrichkomponente(n) und deren Schichtdicke finden die so ausgebildeten Papiere oder Kartons beispielsweise Verwendung als Rieseinschlagpapier mit Feuchtigkeitsschutz, heißsiegelfähiges Packpapier zur Herstellung von Panzerverpackungen für Papierrollen, Packpapier mit Feuchtigkeitsschutz, Verpackungsmittel für Lebensmittel, Aromaschutzverpackungen, Verpackungen für flüssige Lebensmittel, Verpackungen für Schüttgüter, Waschpulververpackungen, Isolationspapiere für die Bauindustrie, Taptenpapiere sowie als problemloser Wertstoff beim Recyclingprozeß. Gefordert an das Papier oder den Karton unter Erhaltung aller wesentlichen Vorteile dieser Papiere oder Kartons ist eine ausreichende Dampf- und Aromadichte, daß sie weiterhin lebensmittelrechtlich unbedenklich sowie weiterhin öl- und fettabweisend sind. Darüber hinaus müssen sie geschmacks- und geruchsneutral, verklebbar mit speziellen Klebern, siegelfähig gegen sich selbst und andere Kunststoffbeschichtungen sein. Darüber hinaus sollten sie problemlos der Wiederverwertung zugeführt werden können und ein relativ geringes Auftragsgewicht haben.
Bisher ist es bekannt, zur Schaffung derartiger Papiere oder Kartons diese mit einer Polyethylen-Beschichtung zu versehen. Allerdings ist wegen der allgemein bekannten Probleme beim Recycling von PE-beschichteten Papieren oder Kartons diese Art von Beschichtung doch mit erheblichen Nachteilen behaftet.
Weiterhin wurden als Altemative zu der PE-Beschichtung zur Lösung der damit verbundenen Problematiken Beschichtungen mittels Polyvinylidenchlorid (PVDC) mit mindestens 15 g/m2 durchgeführt (EP-A 0 375 924). Diese PVDC-Beschichtungen haben jedoch den Nachteil der Chlorverbindung. Außerdem muß auf den Barrierestrich aus PVDC ein weiterer Mineralstrich aufgetragen werden, um eine Bedruckung durchführen zu können. Dies stellt allerdings ein umständliches Verfahren dar.
Mittlerweile erzielt man Dampf- und Aromasperren durch Beschichtungen, die eine Mischung von mehreren, vorzugsweise drei Polymeren, nämlich Paraffin, carboxyliertes Styrolbutadien sowie Polyacrylat darstellen (EP-A 0 393 451). Der Nachteil dieser Beschichtung liegt darin, daß in der Streichmasse sehr viel Wachs enthalten sein kann, um die notwendige Dampf- und Aromasperre zu erzielen. Dieser Aufwand an Mehrmaterial bedeutet höhere Kosten, sowie vor allem Probleme beim Recycling und der Heißsiegelfähigkeit.
In der DE-A 42 27 184 ist ein Imprägniermittel zur Herstellung von Papieren zur Erzielung eines Durchdringungswiderstandes gegen Fette, Öle und wässrige Medien offenbart. Dabei erfolgt eine Oberflächenleimung, insbesondere mittels einer Leimpresse in der Papiermaschine. Allerdings ist der bei diesen Verfahren erzielte Durchdringungswiderstand nur geringfügig und keinesfalls eine Dampfbarriere.
Der Mangel der bisher bekannten Papiere oder Kartons besteht darin, daß die für viele Verpackungszwecke erforderlichen Dampf- und Aromadichten sich nur mit sehr dicken Schichten erreichen lassen, die teilweise nur bei mehrfach aufgetragenen Vor- und Deckstrichen erzielt werden, wobei der Vorstrich die Aromasperre und der Deckstrich die Dampfsperre gewährleisten soll. Der in diesen Strichen enthaltene Wachsanteil erreicht jedoch Größenordnungen, die einer problemlosen Rückführung zur Wiederverwertung entgegenstehen.
In der nachveröffentlichten, jedoch zum Stand der Technik gehörenden EP-A-0 671 506 ist ein Verfahren zum Beschichten von Papier oder Karton zur Schaffung einer Aroma- und Dampfsperre mit Vorstrich und Deckstrich offenbart, bei der der Vorstrich aus einer ganz bestimmten Zusammensetzung von chemischen Substanzen besteht. Als weitere Komponente kann der Vorstrich zusätzlich noch Stärke enthalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem verbesserten Beschichtungsverfahren ein verbessertes Papier oder einen verbesserten Karton mit einer aus Vorstrich und Deckstrich bestehenden Beschichtung zur Schaffung einer Aroma- und Dampfsperre zu schaffen.
Die technische Lösung ergibt sich aus den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 2.
Dadurch ist ein Papier oder ein Karton mit einer verbesserten (Wasser-)Dampf- und Aromadichte geschaffen, wobei beliebiges Rohpapier, beispielsweise auch Recyclingpapier, oder beliebiger Karton verwendet werden kann, auf den zunächst der Vorstrich und anschließend der Deckstrich aufgetragen wird. Die Erfindungsidee besteht dabei in einem ganz speziellen Kombinationsstrich zur Erstellung der Sperre im Sinne eines synergetischen Effektes, nämlich als erfindungswesentlicher Schritt die Verknüpfung des speziellen, erfindungsgemäßen Vorstriches mit bereits bekannten Sperrschichtstrichen als Deckstrich. Die beschriebenen Vorstriche verbessern die bislang nur unzureichend genutzten Eigenschaften dieser Deckstriche erheblich und erzielen im Hinblick auf das Gesamtstrichgewicht mit herkömmlichen PE-Beschichtungen vergleichbare Barrierewerte. Der erfindungsgemäße Vorstrich dringt dabei fast vollständig in den Oberflächenbereich des Papiers oder Kartons ein. Die spezielle Auswahl der einzelnen Komponenten im Vorstrich garantiert nach erfolgter Polymerisation der Komponenten nach deren Auftrag eine Saturierung der kapillaren Faserstruktur des Papiers oder Kartons und überzieht diese mit einer amorphen Netzstruktur. Bei einer entsprechend abgestimmten Rheologie des Deckstriches reichen die im Vorstrich verbleibenden Öffnungen zu einer guten Verankerung des Deckstriches aus, wobei ein Wegschlagen wirksam unterbunden wird. Somit wird erreicht, daß die zu einer optimalen Polymerisation notwendigen wässrigen Bestandteile lange genug in der Deckstrichmasse bleiben und eine verbesserte Anordnung der filmbildenden Moleküle entsteht. Der erfindungswesentliche Kern liegt somit darin, daß zur Erzielung der geforderten Barriere ein eine Dampfsperre erzeugender, beliebiger Deckanstrich auf einen speziellen Vorstrich der Erfindung aufgetragen wird. So ist eine Barrierewirkung durch den Vorstrich alleine gemäß DIN 53122 Klima D nicht meßbar (über 135 g/m2/24h). Allerdings verhindert der Vorstrich fast vollständig die Migration von Polymerdispersionen des Deckstrichs in das Papier oder den Karton. Daraus resultiert eine verbesserte Vernetzung und damit ein dichterer Filmaufbau, ebenso wie die Reduzierung der erforderlichen Auftragsmenge, welche in einer dünnen Schichtdicke resultiert. Der erfindungsgemäße Kombinationsstrich mit einem bestimmten Vorstrich sowie mit einem weiteren, zur Erzeugung einer Dampfsperre geeigneten Deckstrich besitzt alle wesentlichen Vorteile der bisherigen PE-beschichteten Papiere oder Kartons und stellt somit einen vollwertigen Ersatz für diese dar. Diese Vorteile sind ausreichende Dampf- und Aromadichte, die Papiere und Kartons sind lebensmittelrechtlich unbedenklich, öl- und fettabweisend, geschmacks- und geruchsneutral, verklebbar mit speziellen Klebern, siegelfähig gegen sich selbst und andere Kunststoffbeschichtungen. Vor allem sind die erfindungsgemäßen Papiere oder Kartons problemlos der Wiederverwertung zuführbar und weisen ein relativ geringes Auftragsgewicht auf. So ist die Rückführung der erfindungsgemäßen Papiere oder Kartons in den Wertstoffkreislauf im Gegensatz zu den herkömmlichen PE-beschichteten Substraten wesentlich einfacher möglich und damit kostengünstiger. Durch die schon bei relativ geringen Auftragsgewichten realisierten hohen Sperrschichtwerte können im Vergleich zu den bisherigen Beschichtungsverfahren, insbesondere auch im Vergleich zu den PE-Beschichtungen Resourcen gespart werden. Somit sind die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gestrichenen Papiere oder Kartons abhängig von der jeweiligen Zertifizierung der verwendeten Deckstrichkomponente(n) und deren Schichtdicke als Rieseinschlagpapier mit Feuchtigkeitsschutz, heißsiegelfähigem Packpapier zur Herstellung von Panzerverpackungen für Papierrollen, Packpapier mit Feuchtigkeitsschutz, Verpackungsmittel für Lebensmittel, Aromaschutzverpackungen, Verpackungen für flüssige Lebensmittel, Verpackungen für Schüttgüter, Waschpulververpackungen, Isolationspapiere für die Bauindustrie, Tapetenpapiere etc. verwendbar. Die Komponenten der Streichmasse des Vorstrichs sind in ihrem Ursprungszustand, d.h. vor dem Auftrag insbesondere in Wasser gelöst und können so aufgetragen werden. Nach dem Auftrag findet dann die Polymerisation statt.
Eine Weiterbildung der Ansprüche 1 oder 2 sieht vor, daß als weitere Komponente(n) für die Streichmasse des Vorstrichs ein Entschäumer und/oder ein Dispergiermittel und/oder ein Retensionsmittel vorgesehen ist (sind). Bei dem Retensionsmittel handelt es sich um einen Verdicker oder Verdünner, der die Viskosität und damit die Laufeigenschaften der Streichmasse während des Auftrags beeinflußt. Selbstverständlich können auch andere Komponenten und/oder weitere Komponenten für die Streichmasse des Vorstrichs vorgesehen sein, welche beispielsweise die erfindungsgemäßen Vorteile weiter fördernd unterstützen.
Eine Weiterbildung der Ansprüche 3 oder 4 sieht vor, daß die Streichmasse des Vorstnchs zusätzlich noch Stärke enthält.
Vorzugsweise beträgt die Auftragsmenge des Vorstrichs 2,5 bis 5 g/m2. Dabei hängt die Auftragsmenge von der Beschaffenheit des Rohpapiers oder des Kartons ab.
Eine weitere Weiterbildung schlägt vor, daß die Streichmasse des Deckstrichs eine Polymerdispersion oder eine Mischung von mehreren Polymerdispersionen enthält. Dabei kann es sich beispielsweise um Ethylen/Methacrylat, Polyvinylacetat, Styrol-Butadien oder der daraus abgeleiteten Copolymere handeln. Wesentlich bei diesen Polymerdispersionen ist die Tatsache, daß diese Komponenten, die für sich allein genommen nur relativ geringe Dampfdichten von ungefähr 15 bis 20 g/m2/24h (bei Auftragsmengen von 20 g/m2 Trockengewicht) erzielen, in Verbindung mit dem speziellen, erfindungsgemäßen Vorstrich jedoch erheblich höhere Barrierewirkungen, nämlich 4 bis 10 g/m2/24h bei deutlich reduzierten Auftragsmengen (5 bis 10 g/m2) erreichen. Die Auftragsmenge des Vorstriches liegt dabei je nach Beschaffenheit des Rohpapieres zwischen 2,5 und 5 g/m2. Eine Barrierewirkung nach DIN 53122 Klima D durch den Vorstrich allein ist nicht meßbar (über 135 g/m2/24h). Allerdings verhindert der erfindungsgemäße Vorstrich fast vollständig die Migration von Polymerdispersionen in das Papier oder den Karton. Daraus resultiert eine verbesserte Vernetzung und damit ein dichterer Filmaufbau ebenso wie die Reduzierung der erforderlichen Auftragsmenge (Schichtdicke).
Eine weitere Weiterbildung des Deckstriches in der Streichmasse schlägt vor, daß die Streichmasse des Deckstrichs ein mit Carnauba- und Paraffinwachs modifiziertes Copolymer von Styrol und Butadien, eine Ethylen/Methacrylsäure-Polymerdispersion sowie Polyvinylacetat enthält. Somit ist aus den genannten Grundstoffen zur Erzielung einer Dampfsperre ein entsprechend geeigneter Deckstrich zusammensetzbar. Dabei können Teilkombinationen aus diesen Komponenten gebildet werden. Gefordert ist lediglich, daß diese Kombination eine wirkungsvolle Dampfsperre erzielt.
Eine weitere Weiterbildung des Deckstriches in der Streichmasse schlägt vor, daß die Streichmasse des Deckstrichs ein mit Carnauba- und Paraffinwachs modifiziertes Copolymer von Styrol und Butadien oder eine Ethylen/Methacrylsäure-Polymerdispersion oder ein carboxyliertes Styrol-Butadien-Copolymer oder eine Styrol-Acrylat-Copolymerdispersion enthält. Mit diesen Kombinationen wird eine optimale Dampfsperre erzeugt, so daß in optimaler Weise der bereits zuvor geschilderte synergetische Effekt zusammen mit den speziellen Vorstrichen erzielt wird. Dabei können auch Kombinationen aus den genannten Stoffen gebildet sein.
Dabei kann der Deckstrich einen zusätzlichen Strich mit einer Streichmasse aus einer Styrol-Acrylat-Copolymerdispersion enthalten.
Eine Weiterbildung der Streichmasse des Deckstrichs schlägt vor, daß diese in einem flüssigen Lösungsmittel, insbesondere Wasser, gelöst ist. Die Komponenten der Streichmasse des Deckstrichs sind in ihrem Ursprungszustand, d.h. vor dem Auftrag insbesondere in Wasser gelöst und werden so aufgetragen.
Eine weitere Weiterbildung des Deckstriches schlägt vor, daß dem Deckstrich ein Polyvinylacetat beigemischt ist.
Die Auftragsmenge des Deckstriches beträgt vorzugweise 5 bis 10 g/m2. Diese Schichtdikke reicht bei den angegebenen Deckstrichen aus, um eine optimale Dampfsperre zu erzielen.
Weiterhin wird in einer Weiterbildung vorgeschlagen, daß der Auftrag des Vor- und Deckstriches mittels Rollrakel, Gravursystemen oder mittels Modifikationen davon erfolgt. Der Auftrag des Vor- und Deckstriches kann somit mittels bekannter Streichtechniken erzielt werden, die zur Erzielung von dünnen Streichschichten geeignet sind. Vorzugsweise werden dabei Maschinen mit zwei Streichwerken verwendet.
Außerdem wird in einer Weiterbildung vorgeschlagen, daß das Papier oder der Karton beidseitig beschichtet ist. Die Beschichtungen können dabei selbstverständlich entsprechend den jeweiligen Erfordernissen auf den beiden Seiten unterschiedlich sein, wobei die verschiedensten Kombinationen der erfindungsgemäßen Vor- und Deckstriche denkbar sind.
Schließlich wird in einer Weiterbildung vorgeschlagen, daß das Papier oder der Karton oberflächengeleimt ist. Dadurch wird die Papier- oder Kartonoberfläche verdichtet und unterstützt somit die Wirkung des Vorstrichs.
Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Papieres oder Kartons wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese zeigt in einer rein schematischen Darstellung eine Art Schnitt durch ein derartiges Papier oder Karton, welches zunächst mit einem Vorstrich und anschließend mit einem Deckstrich zur Schaffung einer Aroma- und Dampfsperre beschichtet worden ist.
In der Zeichnung ist zunächst das Papier oder der Karton 1 in rein schematischer Weise zu erkennen. Es kann sich dabei beispielsweise auch um Recyclingpapier handeln.
Auf das Papier oder den Karton 1 ist ein Vorstrich 2 aufgetragen. Die chemische Zusammensetzung dieses Vorstrichs 2 ist zuvor beschrieben worden. Dabei ist in der Zeichnung erkennbar, daß der Vorstrich 2 fast vollständig in den Oberflächenbereich des Papiers oder Kartons 1 eindringt. Die spezielle Auswahl der einzelnen Komponenten in diesem Vorstrich 2 garantiert nach der Polymerisation eine Saturierung der kapillaren Faserstruktur des Substrats und überzieht diese mit einer amorphen Netzstruktur. Bei einer entsprechend abgestimmten Rheologie des auf den Vorstrich 2 anschließend aufgebrachten Deckstriches 3 reichen die im Vorstrich 2 verbleibenden Öffnungen zu einer guten Verankerung dieses Deckstriches 3 aus, wobei ein Wegschlagen wirksam unterbunden wird. So wird erreicht, daß die zu einer optimalen Polymerisation notwendigen wässrigen Bestandteile lange genug in der Deckstrichmasse bleiben und eine verbesserte Anordnung der filmbildenden Moleküle entsteht. Die so geschaffenen Papiere oder Kartons 1 verbessern die bislang nur unzureichend genutzten Eigenschaften dieser Deckstriche 3 erheblich und erzielen im Hinblick auf das Gesamtstrichgewicht mit herkömmlichen PE-Beschichtungen vergleichbare Barrierewerte. Der große Vorteil liegt dabei in der Rückführung der mit den beschriebenen Verfahren beschichteten Papier oder Kunststoffe 1 in den Wertstoffkreislauf. Diese Rückführung ist im Gegensatz zu PE-beschichteten Substraten wesentlich einfacher möglich und damit kostengünstiger. Weiterhin können durch die schon bei relativ geringen Auftragsgewichten realisierten hohen Sperrschichtwerte im Vergleich zu den bisherigen Beschichtungsverfahren Resourcen eingespart werden. Darüber hinaus ist es ohne weiteres möglich, auch Recyclingpapiere zu verwenden.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine einseitige Beschichtung vorgesehen. Selbstverständlich ist es auch denkbar, sowohl die Vorder- als auch die Rückseite des Papiers oder Kartons 1 jeweils mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung zu versehen.