Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
AQUEOUS ADHESIVE MIXTURE FOR GLUING PAPER MATERIALS, AND METHOD FOR PRODUCING SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/259636
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to an aqueous adhesive mixture for gluing paper materials, which mixture comprises starch and silica sol. The invention also relates to a glued paper product glued using the aqueous adhesive mixture according to the invention, and to the use of an aqueous adhesive mixture according to the invention for gluing paper surfaces together. In addition, the invention relates to a method for producing a corresponding aqueous adhesive mixture.

Inventors:
BITOMSKY PETER (DE)
SEBALD MONIKA (DE)
KLEEMEIER MALTE (DE)
HARTWIG ANDREAS (DE)
DAVYDOV ANATOLI (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/065405
Publication Date:
December 30, 2021
Filing Date:
June 09, 2021
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
FRAUNHOFER GES FORSCHUNG (DE)
PAPIERTECHNISCHE STIFTUNG PTS (DE)
International Classes:
C09J103/02; C08K3/36
Domestic Patent References:
WO2011089053A12011-07-28
WO2013087530A12013-06-20
WO2015104371A12015-07-16
Foreign References:
KR20100091470A2010-08-19
KR20200037989A2020-04-10
DE2124917A11972-12-07
EP0453103A21991-10-23
CN108192527A2018-06-22
CN107099263A2017-08-29
DE10249838A12003-05-08
DE2629103A11977-01-13
EP0972812A12000-01-19
DE102006045384A12008-04-03
Other References:
FRAUNHOFER IFAM: "Boraxfreie Wellpappenherstellung", 1 July 2018 (2018-07-01), XP055831024, Retrieved from the Internet [retrieved on 20210809]
Attorney, Agent or Firm:
EISENFÜHR SPEISER PATENTANWÄLTE RECHTSANWÄLTE PARTGMBB (DE)
Download PDF:
Claims:
Ansprüche:

1. Wässrige Klebstoffmischung zum Verkleben von Papiermaterialien, umfassend Stärke und Kieselsol sowie umfassend < 0,5 Gew.-% Bor, bezogen auf das Gesamtgewicht der wasserfreien Klebstoffmischung nach Aushärtung. 2. Wässrige Klebstoffmischung nach Anspruch 1 , umfassend Bor im Bereich von

> 0 Gew.-% bis < 0,05 Gew.-% oder 0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der wasserfreien Klebstoffmischung nach Aushärtung.

3. Wässrige Klebstoffmischung nach Anspruch 1 oder 2, umfassend Bor im Bereich von > 0 Gew.-% bis < 0,005 Gew.-% oder 0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der wasserfreien Klebstoffmischung nach Aushärtung.

4. Wässrige Klebstoffmischung nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend kein Bor.

5. Wässrige Klebstoffmischung nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend (i) keine Kationen zusätzlich zu denen des Kieselsols und ggf. vorhandener Natronlauge oder (ii) zwei- und/oder mehrwertige Kationen.

6. Wässrige Klebstoffmischung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kieselsol über eine mittlere Partikelgröße von 1 nm - 200 nm, bevorzugt 1 nm - 50 nm, weiter bevorzugt 1 nm -15 nm verfügt.

7. Wässrige Klebstoffmischung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wo- bei der Anteil an siliziumdioxidhaltigen Partikeln aus dem Kieselsol bezogen auf das

Gesamtgewicht der wasserfreien Klebstoffmischung nach Aushärtung 1 Gew.-% bis 15 Gew.-%, bevorzugt 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% beträgt.

8. Wässrige Klebstoffmischung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die spezifische Oberfläche der Partikel im Kieselsol 25 m2/g - 1500 m2/g, bevor- zugt 100 m2/g - 1500 m2/g, weiter bevorzugt 200 m2/g -1000 m2/g beträgt.

9. Wässrige Klebstoffmischung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Stärke sowohl granulär als auch kolloidal dispergiert vorliegt. 10. Wässrige Klebstoffmischung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Klebstoffmischung ein Stein-Hall-Leim ist.

11 . Verklebtes Papierprodukt, verklebt mit einer Klebstoffmischung nach einem der vorangehenden Ansprüche. 12. Verklebtes Papierprodukt nach Anspruch 11 , wobei das Produkt Wellpappe ist.

13. Verwendung einer wässrigen Klebstoffmischung nach einem der Ansprüche

I bis 10 zum Zusammenkleben von Papieroberflächen.

14. Verfahren zum Herstellen einer wässrigen Klebstoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen von Stärke, b) Bereitstellen von Kieselsol, c) ggf. Bereitstellen weiterer Bestandteile und d) Dispergieren der bereitgestellten Bestandteile. 15. Verfahren zum Herstellen eines verklebten Papierproduktes nach Anspruch

I I oder 12, umfassend die Schritte a) Bereitstellen einer wässrigen Klebstoffmischung nach einem der Ansprüche 1 bis

10, b) Bereitstellen der zusammenzuklebenden Papierteile und c) Verkleben der zusammenzuklebenden Papierteile mit der wässrigen Klebstoffmischung.

Description:
Wässrige Klebstoffmischung zum Verkleben von Papiermaterialien sowie ein Verfahren zum Herstellen derselben

Die vorliegende Erfindung betrifft eine wässrige Klebstoffmischung zum Verkleben von Papiermaterialien umfassend Stärke und Kieselsol. Sie betrifft ferner ein verklebtes Papierprodukt, verklebt mit der erfindungsgemäßen wässrigen Klebstoffmischung sowie die Verwendung einer erfindungsgemäßen wässrigen Klebstoffmischung zum Zusammenkleben von Papieroberflächen. Außerdem betrifft sie ein Verfahren zum Herstellen einer entsprechenden wässrigen Klebstoffmischung.

Stand der Technik:

Bei der Papierverarbeitung und insbesondere bei der Herstellung von Wellpappen kommen Klebstoffmischungen insbesondere Stärkeleime zum Einsatz, welche die einzelnen Papier- lagen verbinden. Zur Vernetzung der Stärkemoleküle in Stärke kleistern und Steuerung der rheologischen und klebetechnischen Eigenschaften, ist der Zusatz von Borax (Natriumtetraborat) bislang essentiell. Seit 2010 sind Borsäure und Natriumborate von der European Chemical Agency (ECHA) als CMR Stoffe (cancerogen, mutagen und reprotoxisch) „besonders besorgniserregend“ eingestuft. 2011 erfolgte im Rahmen von REACH eine Verschärfung der Einstufung, die alle Borverbindungen als SVHC-Stoffe zusammenfasste (Substances of Very High Concern) und eine Kennzeichnung ab einem Gehalt von 0,1 % vorschreibt. Ab 2015 ist zusätzlich die Kennzeichnung „Health hazard“ verpflichtend. Am 1 .7.2015 hat die ECHA die Empfehlung ausgesprochen, Borax in die Liste der Stoffe nach Anhang XIV der REACH-Verordnung aufzunehmen. Dies hätte zur Folge, dass ein Einsatz ab 2021 nur noch mit einer speziellen Zulassung, möglich wäre.

Die Folgen fürdie Wellpappenindustrie wären weitreichend. Beim Versuch die vorgeschrie- benen Grenzwerte einzuhalten, nehmen zahlreiche Wellpappenhersteller und -verarbeiter eine schlechtere Verklebbarkeit und eine niedrigere Produktionsgeschwindigkeit in Kauf. Dies wirkt sich nachteilig auf die Produktivität und die Qualität der Verpackung aus.

Erfolgt eine weitere Verschärfung der EU-Richtlinie zur Einstufung borhaltiger Substanzen, oder wird die Zulassung zur Anwendung von Borax in Wellpappenklebstoffen vollständig entzogen, so können handelsübliche Stärkeklebstoffe für die Wellpappenherstellung nicht mehr eingesetzt werden. Da Bor-verbindungen bei der Herstellung von Stärkeleimen nach heutigem Stand der Technik unersetzlich sind, besteht die Gefahr, dass Stärke mit der Wellpappenindustrie einen der wichtigsten Märkte verliert und vollständig durch erdölbasierte Klebstoffsysteme ersetzt wird. Herstellprozess von Wellpappe und Wellpappenklebstoffen

Wellpappe ist aus einer oder mehreren Lagen eines gewellten Papiers aufgebaut, das auf eine Lage oder zwischen mehreren Lagen eines anderen Papiers oder einer Pappe geklebt ist. Je nach Anzahl der Lagen des gewellten Papiers und der somit verklebten Deck- und Zwischenlagen, gibt es eine Unterteilung in einseitige, einwellige, zwei- und dreiwellige Wellpappe. Die Herstellung von Wellpappe erfolgt dabei in einer Wellpappenanlage (WPA).

Der typische Herstellungsprozess ist durch drei Arbeitsschritte gekennzeichnet:

Prägen der Welle (Riffeln),

Beieimen der Wellenberge, - Aufeinanderpressen von Welle und Decke. Im ersten Schritt wird das Papier im Vorheizer erwärmt und befeuchtet. Dadurch wird die erforderliche Elastizität erreicht, damit das Papier verformt werden kann. Anschließend wird dieses unter Druck- und Hitzeeinwirkung zwischen zwei zahnradartig ineinandergrei- fenden Riffelwalzen hindurchgeführt. Dabei wird die Welle ausgeformt („geriffelt“). Nach dem Riffeln halten Vakuum oder Überdrucksysteme die gewellte Papierbahn auf der Riffelwalze, bis sie durch die Verklebung mit der Deckenbahn fixiert wird. Auf die Spitzen der Wellenberge des gewellten Papiers wird dann Klebstoff auf Stärkebasis aufgebracht, wodurch die Welle mit einer glatten Deckenbahn zur einseitigen Wellpappe verklebt wird.

Wird in einem Kaschierwerk auf die einseitige Wellpappe eine zweite Deckenbahn aufge- klebt, entsteht dadurch die einwellige Wellpappe. Werden weitere einseitige Wellpappen aus gewellter und glatter Papierbahn hinzugefügt, entsteht mehrwellige Wellpappe.

In der Heiz- und Zugpartie werden die Wellpappenbahnen über Heizplatten (bis 180 °C) gezogen. Hierbei wird den Klebestellen und dem Papier die notwendige Wärme zum Verkleben zugeführt. Gleichzeitig wird auch überschüssige Feuchtigkeit entzogen. Zur Verklebung von Wellpappen kommen nahezu ausschließlich Stärkeklebstoffe auf Basis von Mais, Kartoffeln, Weizen und in geringen Mengen auch auf Erbsenbasis zum Einsatz. Stärke ist ein pflanzliches Polysaccharid, das aus a-D-Glucose-Einheiten besteht. Je nach Frucht und Provenienz besteht sie aus unterschiedlichen Kohlenhydratanteilen an schwerer löslichem Amylose und leichter löslichem Amylopektin. Schlüsselprozess bei der Wellpappenherstellung, ist die feste Klebverbindung der gewellten Papierbahn mit dem Deckenpapier möglichst innerhalb weniger Millisekunden. Die hierfür am häufigsten eingesetzten Stärke-klebstoffe werden bevorzugt im sogenannten Stein-Hall- Verfahren hergestellt. Zur Herstellung eines Stein-Hall Leimes werden im ersten Schritt ca. 11 Gew.-% bis 14 Gew.-% des Gesamtstärkeanteils in Gegenwart von Wasser und Natronlauge unter Wärmeeintrag vollständig verkleistert. Die im sogenannten „Primäransatz“ enthaltene Stärkeportion wird auch als Primär-oder Trägerstärke bezeichnet und dient zur Einstellung der Viskosität und des Wasserrückhaltevermögens. Die im Kleister gelöste Stärke dient außerdem als Antiabsetzmittel für den restlichen Stärkeanteil, der im Folgeschritt in seiner nativen granulären Form zugegeben und als Sekundärstärke be- zeichnet wird. Abschließend wird den Stein-Hall-Leimen im Stand der Technik Borax (Natriumtetraborat) als Additiv beigefügt. Dieser beeinflusst als Vernetzer die rheologischen Eigenschaften der Stärke kl ebstoffe und kommt vor allem zur Steuerung der Abbindegeschwindigkeit (Beschleunigung der Leimvernetzung), der Stabilität und der Oberflächenbenetzbarkeit zum Einsatz. Weitere Additive sind nach Bedarf Weichmacher, Entschäumer und rheologische Hilfsmittel. Die Fig. 1 stellt schematisch ein Ablaufschema zur Herstellung eines Stein-Hall-Leimes mit Bor dar.

Im Allgemeinen enthält die Mischung aus 11-14 Gew.-% Trägerstärke und 86-89 Gew.-% Sekundärstärke. Der Gesamtfeststoffgehalt beträgt etwa 25-27 %. Dem Primäransatz wird Natronlauge zugesetzt, um den Verkleisterungspunkt auf ca. 53-55 °C herabzusetzen. Tabelle 1 : Exemplarische Stein-Hall-Rezeptur

Borax als rheologisches Additiv in Wellpappenklebstoffen

Bor wird im Stand der Technik zur nativen Stärke im Sekundäransatz als Borax (Natriumtetraborat Na 2 ß 4 07 10 H2O) oder als Borsäure (H3BO3) hinzugegeben. Durch die Reaktion zwischen Natronlauge und Natriumtetraborat bei der Vermischung der Primär- und Sekun- däransätze, entsteht Natriummetaborat, das bei hohen pH-Werten (10-13) sogenannte Boraxbrücken zwischen benachbarten Stärkemolekülen durch Kondensationsreaktion und Wasserstoffbrückenbindungen ausbildet. Die dreidimensionale Vernetzung der Stärkemoleküle durch Borax resultiert in stark verzweigten Polymerketten, die eine Erhöhung des Molekulargewichtes der Stärke zur Folge haben. Die erheblich verstärkte Immobilisierung der Stärkemoleküle führt zur höheren Viskosität und verbesserten Klebe- und Fluideigen- schäften des Klebstoffes. Die Wirkung von Borax zeigt sich insbesondere im Verkleisterungspunkt der Stärke, wenn die hohe Viskosität des Klebstoffes für die optimale Vereinigung von Decken- und Wellenpapier erreicht wird - sogenannter „green bond“. Neben der verbesserten Filmbildung des Stärkeklebers auf dem Papier, hat Borax einen positiven Einfluss auf das Wasserrückhaltevermögen des Klebstoffes. Seine hohe Viskosität wirkt dem Verlust von Wasser und Primärstärke in der Klebezone (Penetration in das Faserinnere) entgegen. Auf diese Weise bleibt genug Stärke zur optimalen Verkleisterung übrig. Außerdem wirkt Borax gleichzeitig als Konservierungsmittel.

Borax als Gefahrstoff Borverbindungen sind im hohen Maße gesundheitsschädlich. Zu den akuten Auswirkungen zählen Reizwirkungen an Schleimhäuten, gastrointestinale Störungen, Effekte am zentralen Nervensystem und Hautschädigungen nach massiver Intoxikation. Da Borax hauptsächlich überden Atemtrakt aufgenommen wird, sind in Leimküchen Atem- und Körperschutzmaßnahmen vorgeschrieben. Aus diesen Gründen ist Borax in Verpackungen mit direktem Lebensmittelkontakt unerwünscht. Borax ist als wassergefährdender Stoff (WGK 1 : schwach wassergefährdend) eingestuft und darf dem Abwasser nicht zugeführt werden. Da Borsubstanzen erfahrungsgemäß erst nach 8 bis 10 Jahren abgebaut werden, stellen diese aufgrund der langen Verweilzeit im Altpapierrecycling zudem eine indirekte Belastung für die Umwelt dar. Alternative boraxfreie Stärkeklebstoffe würden entscheidend zur Umweltentlastung beitragen. Ihr Einsatz könnte den Altpapierkreislauf entlasten, und somit zu seiner Selbstreinigung beitragen.

Seit 2010 sind Borsäure und Natriumborate von der European Chemical Agency (ECHA) als CMR Stoffe (cancerogen, mutagen und reprotoxisch) „besonders besorgniserregend“ eingestuft. 2011 erfolgte im Rahmen von REACH eine Verschärfung der Einstufung, die alle Borverbindungen als SVHC-Stoffe zusammenfasste (Substances of Very High Con- cern) und eine Kennzeichnung ab einem Gehalt von 0,1 % vorschreibt. Beim Versuch die vorgeschriebenen Grenzwerte einzuhalten, nehmen zahlreiche Wellpappenhersteller- und -verarbeiter eine schlechtere Verklebbarkeit und eine niedrigere Produktionsgeschwindigkeit in Kauf. Dies wirkt sich nachteilig auf die Produktivität und die Qualität der Verpackung aus.

Erfolgt eine weitere Verschärfung der EU-Richtlinie zur Einstufung borhaltiger Substanzen, oder wird die Zulassung zur Anwendung von Borax in Wellpappenklebstoffen vollständig entzogen, so können handelsübliche Stärkeklebstoffe für die Wellpappenherstellung nicht mehr eingesetzt werden. Da Borverbindungen bei der Herstellung von Stärkeleimen nach heutigem Stand der Technik unersetzlich sind, besteht die Gefahr, dass Stärke mit der Wellpappenindustrie einen der wichtigsten Märkte verliert und vollständig durch erdölbasierte Klebstoffsysteme ersetzt wird. Im Patent WO 2011/089053 A1 wird der Einsatz von Polyacrylsäure beschrieben, die mit Natronlauge neutralisiert wird und in dieser Form ein Gel bildet, welches Borax als Theologisches Additiv ganz oder teilweise ersetzen soll. In der Offenlegung werden die Theologischen Eigenschaften boraxfreier Rezepturen in Abhängigkeit von der Scherrate beschrieben, welche für die Verarbeitung von der Klebstoffzuführung bis zum Auftrag relevant sind. Zusammen mit den Gelpunkten werden die erhaltenen rheologischen Daten mit einer klassischen Stein - Hall Rezeptur auf Basis von Borax verglichen und verarbeitungstechnische Vorteile herausgestellt. Allerdings wird dertemperaturabhängige Aufbau der Viskosität, der für die Heißverklebung essentiell ist, nicht dargestellt. Auch auf die Qualität der Klebverbindungen mit Bezug auf die Trocken- und Nassfestigkeiten wird nicht nähereingegangen. Da im Rahmen der Ansprüche der weitere Einsatz von Borax als Option offengehalten wird, ist das Konzept als vollwertiger Ersatz in Frage gestellt.

Neben Natriumpolyacrylat werden in Dokument DE 10249838 A1 weitere wasserlösliche Polymerverbindungen mit verdickenden Eigenschaften vorgeschlagen wie beispielsweise Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carrageenan, Guar- gummi, Pectin, Natriumalginat, carboxylierte Stärke oder Polyvinylalkohol. Hierbei wird dasselbe Konzept verfolgt, wie in der oben beschriebenen Idee. Die Grundviskosität des Klebstoffes wird erhöht, wobei die Rheologie strukturviskoser Flüssigkeiten vorliegt, welche unter Schereintrag während der Klebstoffförderung verdünnen und nach dem Auftrag ohne Scherung Viskosität aufbauen. Die resultierende Endviskosität reicht allerdings nicht an die Viskosität bei Gebrauch von Borax heran, so dass im Rahmen des Verfahrens spezielle Auftragswalzen beschrieben werden, um die erfolgreiche Umsetzung des Konzeptes zu ermöglichen.

Als Ersatz für Borax werden im Dokument DE 2629103 A1 Wassergläser (Natrium- und Kaliumsilikate) vorgeschlagen, die an Stelle von Borax bzw. in Kombination mit Borax zu- gegeben werden und das rheologische Anforderungsprofil erfüllen sollen. Aufgrund ihrer anorganischen Struktur zeichnen sich diese Klebstoffe durch ihre ausgeprägte Sprödigkeit aus, sodass ein Einsatz in der Wellpappenverklebung nicht in Frage kommt. Bereits vor Jahrzehnten waren Wassergläser als Klebstoffe im Einsatz, die sich jedoch nicht gehalten haben und von den stärkebasierenden Systemen verdrängt wurden. Ein weiterer Ansatz ist die in der WO 2013087530 A1 beschriebene Substitution von Borax durch Natriumaluminat bzw. Aluminiumnatriumdioxid bei der Verklebung von Hülsenkartons. Bei der Zugabe in die Stärkeleimzusammensetzung, kommt es nach der Ausbildung eines wasserlöslichen Natrium-Stärkealuminats zur Vernetzung mit weiteren Stärkemole- külen. Trotz der als vorteilhaft beschriebenen Verbesserungen bezüglich Toxizität und Arbeitshygiene und einem ähnlichen rheologischen Effekt wie beim Einsatz von Borax, kann der Nutzen dieses Substituenten als stark eingeschränkt angesehen werden: Seine Verwendung verlangt aufgrund der reizenden und ätzenden Wirkung eine persönliche Schutzausrüstung und geeignete Absaugmaßnahmen in der Produktion. Eine Substitutionsprü- fung des Institutes für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) vergab für Natriumaluminate die Bewertung „mittel“ für akute und chronische Gesundheitsgefahren hinsichtlich der toxikologischen Wirkung, was den Anforderungen der Wellpappenhersteller nicht entspricht.

Ein weiterer Nachteil von Natriumaluminat im Stärkeleim ist die hohe Einsatzmenge die notwendig ist, um eine ähnliche Klebewirkung wie mit Borax zu erreichen. Der so herbeigeführte stark alkalische pH-Wert führt dazu, dass die Sekundärstärke bei niedrigen Temperaturen verkleistert und keine native Stärke zum spontanen Verkleben verbleibt. Darüber hinaus ist eine direkte Übertragbarkeit in die Wellpappenherstellung aufgrund anderer verfahrenstechnischer Bedingungen bei der Hülsenproduktion schwierig. Hintergrund ist der hohe Produktionsdurchsatz, der für die Verklebung eine angepasste Kinetik der Klebkraftentwicklung sowie zur Trocknung und Planlage der Wellpappe erfordert.

Ein anderer Lösungsansatz wird in WO 2015104371 A1 beschrieben, indem für die Substitution ein Ersatzgemisch auf Basis anorganischer Salze bei gleichbleibenden Verfahrens- und verarbeitungstechnischen Eigenschaften gewählt wird. Bei den eingesetzten Mi- schungen handelt es sich um Salze auf Basis von Zirkonium. Den Informationen entsprechend, ersetzt dieser Ansatz Borax und borhaltige Produkte in gängigen Stärkerezepturen und der Leimaufbereitung in der Wellpappenindustrie. Dabei wird eine ebenso starke Klebkraft propagiert. Dieses Additiv scheint als Substitut in der Leimherstellung und Verarbeitung zur Herstellung von Wellpappe geeignet zu sein. Allerdings neigen die resultierenden Wellpappen zu eingeschränkten Nassfestigkeiten.

In EP 0972812 A1 und DE 102006045384 A1 werden jeweils Klebstoffformulierungen beschrieben, welche unter anderem Stärke und Kieselsol umfassen, wobei allerdings der Einsatz an borhaltigen Substanzen in den jeweils beschriebenen Klebstoffformulierungen nicht limitiert oder gar gänzlich ausgeschlossen ist. Darüber hinaus wird die Problematik der notwenigen Reduktion von Borgehalten in Klebstoffmischungen zum Verkleben von Papiermaterialien in keinem der Dokumente EP 0972812 A1 und DE 102006045384 A1 erkannt oder thematisiert.

Beim aktuellen Stand der Technik zur boraxfreien Verklebung von Wellpappen hat sich bisher keines der vorgeschlagenen Verfahren durchsetzen können. Dies liegt daran, dass entweder die rheologischen und klebtechnischen Eigenschaften der Boraxsysteme nicht erreicht werden oder die dargestellten Substitute ebenfalls toxikologisch kritisch bewertet werden. Der Einfluss auf die Rheologie beschränkt sich in der Regel darauf, dass die Klebstoffe strukturviskos eingestellt werden. Damit wird jedoch der erforderliche Viskositätsan- stieg zum Aufbau des „green bonds“ nur unvollständig erreicht, so dass der Einsatz von Borax als Option offengehalten wird und die resultierenden Klebstoffe nicht frei von Bor und seinen Verbindungen sind.

Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Klebstoffmischung anzugeben, die geeignet zum Verkleben von Papiermaterialien ist und ein Bestand- teil umfasst, der die für die Herstellung von Wellpappenverklebung notwendigen Vorteile von borhaltigen Verbindungen wenigstens teilweise ebenfalls bereitstellt, sodass die Menge an Bor in der Klebstoffmischung reduziert werden kann bei gleichzeitigem Erhalt der Klebe- und Verarbeitungseigenschaften. Bevorzugt war es dabei, dass komplett auf borhaltige Verbindungen verzichtet werden kann. Um den Aufwand durch Austausch der Klebstoffmischung für die Hersteller von Papierprodukten, insbesondere Wellpappenhersteller möglichst gering zu halten, sollten ferner bevorzugt die bestehenden Maschinenkonfigurationen beim Einsatz der gesuchten Klebstoffmischung bestehen bleiben können. Es sollte also bevorzugt die Möglichkeit bestehen, die Klebstoffmischungen an die Anforderungen gängiger Wellpappenherstellungsanlagen an- zupassen, sodass der industrielle Einsatz der gesuchten Klebstoffmischungen sichergestellt ist. Insbesondere bevorzugt sollte dabei einer oder mehrere der nachfolgenden oder besonders bevorzugt alle Punkte möglich sein:

Einstellen der rheologischen, Verfahrens- und prozesstechnischen Anforderungen der neuen Klebstoffansätze an die Wellpappenproduktion - Keine maschinenbaulichen Modifikationen zur Anpassung der Wellpappenherstellung an die boraxfreien Klebstoffe Unveränderte Produktions- und Qualitätssicherheit der Wellpappe

Nach wie vor uneingeschränkte Rezyklierbarkeit der Wellpappen, hergestellt mit neuem Klebstoffsystem

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine wässrige Klebstoffmischung zum Verkleben von Pa- piermaterialien, umfassend Stärke und Kieselsol sowie umfassend < 0,5 Gew.-% Bor, bezogen auf das Gesamtgewicht der wasserfreien Klebstoffmischung nach Aushärtung.

Papiermaterialien im Sinne der vorliegenden Erfindung sind bevorzugt Wellpappenrohpapiere basierend auf Zellstoff, die sich in Deckenpapiere und Wellenpapiere einteilen lassen. In Abhängigkeit der mechanischen Festigkeit lassen sich Deckenpapiere in Kraftliner, Test- liner und Schrenz unterteilen. Insbesondere Letztere weisen einen mehr oder minder hohen Anteil an Altpapieren auf. Wellenpapiere werden vorwiegend für die Welle verarbeitet und zeichnen sich durch hohe Steifigkeiten aus. Zur Verarbeitung von Wellenpapieren stehen Wellenstoff und Halbzellstoff zur Verfügung. Die Flächengewichte variieren bezogen auf die Papiersorte zwischen 50 bis 450 g/m 2 . Stärke im Sinne der vorliegenden Erfindung entspricht dabei in der weiter oben beschriebenen Definition von Stärke. Bevorzugte erfindungsgemäß einzusetzende Stärke stammt aus Weizen, Mais, Kartoffeln, Reis, Erbsen und deren Mischungen. Besonders bevorzugte Stärke stammt aus Weizen, Mais, Kartoffeln und deren Mischungen.

Kieselsol im Sinne der vorliegenden Erfindung sind kolloidale Dispersionen von Polykiesel- Säurepartikeln mit 10 - 60 Gew.-%, bevorzugt 10 - 30 Gew.-% der Partikel in Wasser. Die in diesem Zustand als nicht agglomeriert vorliegenden Primärpartikel sind bevorzugt anionisch im pH-Bereich von 1 - 14, insbesondere im pH-Bereich von >8 gegen Agglomeration stabilisiert. Sie haben mittlere Partikelgrößen im Bereich von 1 - 200 nm, bevorzugt 1 - 50 nm, weiterbevorzugt 1 -15 nm. Die Partikelgrößen können dabei bevorzugt monomodal oder bimodal, weiterbevorzugt monomodal verteilt vorliegen.

Im Zweifelsfall wird die mittlere Partikelgröße mittels Elektromikroskopie bestimmt, wobei jeweils der im Elektronenmikroskop erscheinende größte Durchmesser als der zu wertende Durchmesser gilt und aus mindestens 100 Partikeln das Zahlenmittel bestimmt wird.

Die Teilchengröße kann in Lösung mittels dynamischer Lichtstreuung (DLS) bestimmt wer- den. Als Teilchengröße wird der Median (D50-Wert) der Partikelgrößenverteilung angeben. Alternativ kann die Teilchengröße durch Transmissionselektronenmikroskopie bestimmt werden. Dazu werden mindestens 100 Partikel ausgemessen und eine Partikelgrößenverteilung gebildet.

Im Gegensatz zu wässrigen Dispersionen aus festen Kieselsäuren, verlaufen bevorzugt bei der Herstellung von Kieselsolen alle Fertigungsschritte in flüssiger Phase. Zum Beispiel ausgehend von wässrig alkalischer Wasserglaslösung erfolgt das Partikelwachstum nach Dealkalisierung durch lonenaustausch auf die geforderte Partikelgröße mit abschließender Partikelstabilisierung (bevorzugt). Bevorzugt sind die Polykieselsäure-/Siliziumdioxid-Par- tikel überwiegend annähernd kugelförmig (d. h. das Verhältnis des größten zu kleinstem Durchmessers einer Kugel beträgt maximal 2 bevorzugt maximal 1 ,5).

Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass „Kieselsol“ elektrostatisch stabilisierte Polykieselsäure-/Siliziumdioxid-Partikel umfasst, wobei bevorzugt ist, dass sämtliche entsprechende Partikel elektrostatisch stabilisiert sind.

Ferner ist es möglich, dass „Kieselsol“ im Sinne der vorliegenden Erfindung oberflächen- modifizierte Polykieselsäure-/Siliziumdioxid-Partikel umfasst, wobei es auch möglich ist, dass sämtliche Polykieselsäure-/Siliziumdioxid-Partikel entsprechend modifiziert sind.

Bevorzugt ist eine optionale Oberflächenmodifikation mit Aluminium, was zum Beispiel durch den Zusatz von Aluminiumsalzen erfolgen kann. Alternativ bevorzugt kann die Oberfläche durch Reaktion mit Silanen organisch modifiziert werden. Durch die Modifikation von Silanen ist es möglich, die Partikel neben der vorzugsweise elektrostatischen Stabilisierung auch sterisch zu stabilisieren.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die Zudosierung zu Kieselsol im Sinne der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung eines Stoffes darstellt, der der wässrigen Klebstoffmischung ähnliche oder zum Teil sogar günstigere Eigenschaften im Sinne der Papierverklebung vermittelt als borhaltige Verbindungen. Zwar ist im Sinne der vorliegenden Erfindung Bor nicht unbedingt ausgeschlossen als Bestandteil der wässrigen Klebstoffmischung, es ist aber möglich, den Boranteil erheblich zu reduzieren oder sogar vollständig darauf zu verzichten, was natürlich im Sinne der oben beschriebenen Bedenken gegen die borhaltigen Verbindungen wünschenswert ist. Dementsprechend bevorzugt ist eine erfindungsgemäße wässrige Klebstoffmischung, umfassend Bor im Bereich von > 0 Gew.-% bis < 0,05 Gew.-%, oder 0 Gew. -%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der wasserfreien Klebstoffmischung nach Aushärtung. Besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße wässrige Klebstoffmischung, umfassend Bor im Bereich von > 0 Gew.-% bis < 0,005 Gew.-% oder 0 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der wasserfreien Klebstoffmischung nach Aushärtung. Ganz besonders bevorzugt ist eine erfindungsgemäße wässrige Klebstoffmischung, umfassend kein Bor.

Die Wirkung von Borax beruht auf der Vernetzung freier Hydroxylgruppen der Stärke unter Bildung von Borsäurestärkeestern und/oder Wasserstoffbrückenbindungen, die den gefor- derten Viskositätssprung unter Ausbildung des „green bond“ zur Folge haben. Alternativ sind Vernetzungsreaktionen auf Basis von Kieselsolen denkbar, die im wässrigen Milieu als Kolloide vorliegen und durch elektrostatische Aufladung ihrer Partikeloberflächen gegen Agglomeration und Gelierung stabilisiert werden. Die Stabilisierung erfolgt in der Regel durch Alkalizugabe, wodurch eine gleichsinnige elektrisch negative Aufladung aller Kie- selsol - Partikel erzeugt wird. Bei Verlust der Stabilisierung erfolgt die irreversible Agglomeration durch Übergang vom unvernetzten Sol in den räumlich vernetzten Gelzustand. Die Stabilität wird dabei unter anderem durch die Teilchengröße und die Konzentration der Siliziumdioxidpartikel beeinflusst. Nimmt die Feststoffkonzentration während der Verarbeitung eines entsprechend modifizierten Papierklebstoffes in der Wellpappenanlage durch Verdampfung, Verdunstung oder durch Wegschlagen von Wasser ins Papiersubstrat zu, wird der Abstand zwischen den Kieselsol - Partikeln so weit verringert, bis die elektrostatische Abstoßung von der auf sehr kurzem Abstand wirkenden van Waals Anziehung überkompensiert wird und spontan die Gelierung einritt, was den geforderten sprunghaften Viskositätsanstieg zur Folge hat. In eigenen Versuchen haben die Erfinder festgestellt, dass Langzeitstabilisierungen der erfindungsgemäßen wässrigen Klebstoffmischung in vielen Fällen empfindlich auf die Zugabe mehrwertiger Ionen reagieren. Es ist aber auch möglich, erfindungsgemäße wässrige Klebstoffmischungen einzusetzen, ohne dass weitere Kationen vorhanden sind, also solche, bei denen alle vorhandenen Kationen lediglich aus der Kieselsol-Komponente und ggf. zugesetzter Natronlauge stammen.

Dementsprechend ist erfindungsgemäß eine wässrige Klebstoffmischung bevorzugt, umfassend (i) keine Kationen zusätzlich zu denen des Kieselsols und der Natronlauge oder (ii) zwei- und/oder mehrwertige Kationen. Alternativ oder zusätzlich zur Salzzugabe sind verschiedene Kieselsol-Qualitäten von Interesse. Es ist also möglich, die erwünschten Eigenschaften durch Auswahl geeigneter Kieselsole zu erzielen. Dabei ist es grundsätzlich so, dass je größer die spezifische Oberfläche der Kieselsol-Partikel bzw. je kleiner die Partikel sind, desto größer ist deren Reaktivität. Dementsprechend ist eine erfindungsgemäße wässrige Klebstoffmischung bevorzugt, wobei das Kieselsol über eine mittlere Partikelgröße von 1 nm - 200 nm, bevorzugt 1 nm - 50 nm, weiter bevorzugt 1 nm -15 nm verfügt und/oder wobei die spezifische Oberfläche der Partikel im Kieselsol 25 m 2 /g - 1500 m 2 /g, bevorzugt 100 m 2 /g - 1500 m 2 /g, weiter bevorzugt 200 m 2 /g -1000 m 2 /g beträgt. Selbstverständlich können die gewünschten Eigenschaften auch dadurch beeinflusst werden, dass eine geeignete Menge an Kieselsol vorhanden ist, dementsprechend ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Anteil an siliciumdioxidhaltigen Partikeln aus dem Kieselsol in der erfindungsgemäßen Klebstoffmischung bezogen auf das Gesamtgewicht der wasserfreien Klebstoffmischung nach Aushärtung 1 Gew.-% bis 15 Gew.-%, bevorzugt 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% beträgt.

Grundsätzlich gilt, dass die spezifische Oberfläche der Partikel im Kieselsol im Zweifelsfall mittels der BET-Methode bestimmt wird.

Generell hängen die Geliergeschwindigkeit und die Festigkeit des resultierenden Gels von Typ, Konzentration, Elektrolytkonzentration und Elektrolytart ab. Der Viskositätsanstieg er- folgt nach einer Inkubationsperiode (Verarbeitungszeit) sehr rasch, was für den überraschend adäquaten Ersatz von Borax spricht. Die alkalischen oder sauren, anionischen bzw. die sauren, kationischen Kieselsoltypen sind im Gegensatz zu Borax nach der Gefahrstoffverordnung und entsprechenden EG-Richtlinien nicht kennzeichnungspflichtig und toxikologisch unbedenklich. Kieselsole gehören zur Stoffklasse der Kieselsäuren. Weitere Vertreter dieser Klasse sind Wassergläser, Kieselgele sowie gefällte und pyrogene Kieselsäuren. Alle genannten Typen lassen sich auf Monokieselsäure (Orthokieselsäure) Si(OH) 4 zurückführen und beschreiben einen mehr oder minder hohen Kondensationsgrad unter Abspaltung von Wasser hin zu Meta- und Polykieselsäuren. Am Ende dieser Kette steht das als Quarz S1O2 bezeichnete Anhydrid der Kieselsäure. Neben den beschriebenen Kieselsolen weisen die ebenfalls nanopartikularen pyrogenen Kieselsäuren und die wasserlöslichen Wassergläser als Alkalisalze niedermolekularer Kieselsäuren einen geringen Kondensationsgrad auf und galten zum Teil als potentielle Boraxsubstitute, während hochkondensierte Kieselsäuren in Form von Kieselgelen oder gefällten Kieselsäuren im Sinne der Idee nicht Frage kommen.

Folgerichtig wurden in der DE 2629103 A1 Wassergläser (Natrium- und Kaliumsilikate) als adäquater Ersatz für Borax vorgeschlagen, die an Stelle von Borax bzw. in Kombination mit Borax zugegeben wurden und das geforderte Eigenschaftsprofil zur Herstellung von Wellpappen erfüllen sollten. Aufgrund ihrer ausgeprägten Sprödigkeit gelangen diese Klebstoffe in der Wellpappenverklebung allerdings nicht zur Anwendung. Bereits vor Jahrzehnten waren Wassergläser als Klebstoffe im Einsatz, die sich jedoch nicht gehalten haben und von den stärkebasierenden Systemen verdrängt wurden. Umso überraschender war es, dass sich nun bei den aufwendigen Versuchen der Erfinder herausgestellt hat, dass Kieselsole, insbesondere die oben beschriebenen bevorzugten, wässrigen Klebstoffmischungen ähnliche und zum Teil sogar bessere Eigenschaften im Sinne der Verklebung von Papiermaterialien vermitteln können als es bei Borverbindungen der Fall ist.

Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße wässrige Klebstoffmischung, wobei die Stärke so- wohl granulär als auch kolloidal dispergiert vorliegt.

Es hat sich im Sinne der Erfindung herausgestellt, dass diese Form der Stärken mit den erfindungsgemäß einzusetzenden Kieselsolen besonders gut Zusammenwirken, um die gewünschten Eigenschaften im Sinne der Papierverklebung zu erzeugen.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist eine erfindungsgemäße wässrige Klebstoffmischung, wo- bei die Klebstoffmischung ein Stein-Hall-Leim ist.

Ein Stein-Hall-Leim wird dabei hergestellt, wie oben beschrieben. Dabei ist es im Sinne der vorliegenden Erfindung selbstverständlich, dass Bor kein essentieller Bestandteil eines Stein-Hall-Leimes ist.

Stein-Hall-Leime werden schon seit langer Zeit erfolgreich in der Papierverklebung einge- setzt, dies gilt insbesondere für die Herstellung von Wellpappe.

Teil der Erfindung ist auch ein verklebtes Papierprodukt, verklebt mit einer erfindungsgemäßen Klebstoffmischung.

Diese Papierprodukte können einen verringerten, bevorzugt keinen Borgehalt aufweisen. Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Papierprodukt, das eine Wellpappe umfasst, wobei die Wellpappe mit der erfindungsgemäßen Klebstoffmischung verklebt wurde. Dabei ist eine „Wellpappe“ im Zweifelsfall im Sinne der oben gegebenen Beschreibung zu verstehen. Teil der Erfindung ist auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen wässrigen Klebstoffmischung zum Zusammenkleben von Papieroberflächen, insbesondere zur Herstellung von Wellpappen.

Ferner ist Teil der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen wässrigen Klebstoffmischung, umfassend die Schritte a) Bereitstellen von Stärke, b) Bereitstel- len von Kieselsol, c) ggf. Bereitstellen weiterer Bestandteile und d) Dispergieren der bereitgestellten Bestandteile, wobei es selbstverständlich bevorzugt ist, dass die genannten Bestandteile in einer oben beschriebenen bevorzugten Variante bereitgestellt werden.

Teil der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen verklebten Papierproduktes, umfassend die Schritte a) Bereitstellen einer erfindungsgemäßen wässrigen Klebstoffmischung, b) Bereitstellen der zusammenzuklebenden Papierteile und c) Verkleben der zusammenzuklebenden Papierteile mit der wässrigen Klebstoffmischung.

Allgemein konnten im Rahmen der Erfindung durch Definition und Erprobung alternativer Vernetzungssysteme, innovative sogar boraxfreie Stein-Hall-Leime unter Berücksichtigung typischer Laufzeiten von Wellpappenmaschinen und wirtschaftlicher Aspekte in die industrielle Praxis überführt werden. Die Eignung der Neuentwicklung orientiert sich am Leistungsspektrum etablierter boraxhaltiger Klebstoffsysteme.

Das Ziel einer Alternative für Borax in Wellpappenleimen wurde u. a. durch eine Kombination kolloidaler Kieselsole in Gegenwart mehrwertiger Ionen in Form wässriger Salzlösun- gen erreicht. Hierbei ist der Einsatz wässriger Salzlösungen als Co-Additiv eine hinreichende aber nicht in allen Fällen notwendige Bedingung. Das heißt, dass das Ziel bei Verwendung erfindungsgemäßer kolloidaler Kieselsole auch ohne Zusatz von mehrwertigen Ionen in Form wässriger Salzlösungen erreicht werden kann. Die erfolgreiche Erprobung dieses Systems wurde am Beispiel eines Kieselsols und einer wässrigen Calziumhydroxidlösung im Rahmen von Technikums- und Betriebsversuchen nachgewiesen und war Beleg für die Praxistauglichkeit. Die erfindungsgemäßen Klebstoffmischungen orientierten sich bevorzugt an der konventionellen Zusammensetzung und dem üblichen Herstellprozess von Stein-Hall Leime. Im Wesentlichen wurde die Zugabe von Borax durch Zudosierung von Kieselsol und Salzlösung ersetzt. Die Verarbeitung und die Laufeigenschaften der erfindungsgemäßen Klebstoffmischungen waren an industriellen Wellpappenanlagen unauffällig. Die boraxfreie Verklebung hatte keinen negativen Einfluss auf die Festigkeits- und Nassfestigkeitseigenschaften der hergestellten Wellpappen. Darüber hinaus war die erzielte Verklebungsfestigkeit Welle/Decke mindestens gleichwertig mit der boraxhaltigen Referenz. Die uneingeschränkte Rezyklierbarkeit des Verpackungsmaterials konnte auch beim kompletten Boraxersatz bestätigt werden. Gemessen am Leistungsspektrum boraxhaltiger Leimsysteme, werden die Erwartungen an das neue Additivsystem mehr als erfüllt. Die erfindungsgemäßen Klebstoffmischungen weisen die folgenden Vorteile auf:

Die erfindungsgemäßen Klebstoffmischungen erlauben hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten.

Eine mit Borax vergleichbare Nassfestigkeit der hergestellten Wellpappen konnte nachgewiesen werden. - Die Stapelstauchwiderstände untersuchter Wellkisten sind auf dem Niveau des boraxhaltigen Pendants.

Es sind keine Alterungseinflüsse auf die Festigkeitseigenschaften nachweisbar.

Die uneingeschränkte Rezyklierbarkeit der boraxfreien Wellpappen wurde bestätigt. - Die Verarbeitungseigenschaften der hergestellten Schachteln sind gut.

Alle relevanten lebensmittel- und chemikalienrechtlichen Zulassungen sind ohne Einschränkungen erreichbar. Beispiele:

Die vorgestellten Typen an Kieselsolen unterscheiden sich in der Partikelgrößenverteilung bzw. in ihrer spezifischen Oberfläche. Mit Levasil 200A/30 liegt zusätzlich eine oberflächenmodifizierte Variante vor, bei der oberflächengebundenes Silizium partiell durch Aluminium ersetzt wurde.

Tabelle 2: Charakterisierung der untersuchten Kieselsole

Beispiele 1 bis 7: Brabender-Viskograph Messungen von wässrigen Weizenstärkesuspensionen Zur Untersuchung der Verkleisterung und des rheologischen Verhaltens eines Weizenstärke-Wasser Gemisches in Gegenwart von Natronlauge und verschiedener Vernetzungsadditive wurden fachspezifische Brabender-Viskograph Messungen durchgeführt. Hierbei werden die einzelnen Mischungen mit einer konstanten Aufheizrate von 1 ,5 K min- 1 von 30 °C auf 85 °C erwärmt. Bei 85 °C wird die Temperatur für 5 Minuten gehalten und danach mit einer Abkühlrate 1 ,5 K min -1 auf eine End-Temperatur von 45°C gekühlt. Die Drehzahl beträgt 75 U min -1 . Die Zusammensetzungen der Mischungen werden in Tabelle 3 wiedergeben. Neben den genannten Kieselsolen werden zum Vergleich auch Mischungen mit jeweils typischen Mengen an Borax als Referenz und ein kommerziell verfügbarer Vernetzer unter dem Namen „Gilunal A“, der in Stärkeklebstoffen zur Wellpappenklebung empfohlen wird, untersucht.

Tabelle 3: Zusammensetzung wässriger Weizenstärkesuspensionen

Anhand der erhaltenen Brabender-Kurven kann der Einfluss der unterschiedlichen Additive verglichen werden.

Fig. 2 stellt die Brabender-Viskograph Messungen mit Kieselsolen im Vergleich zum etab- Merten Boraxsystem und Gilunal A dar.

Die Kurve zur Mischung aus Beispiel 2 gibt den Messverlauf eines typischen Stärkeleimes mit Boraxzugabe wieder. Der abfallende Kurvenverlauf ab einer Messzeit von 60 Minuten ist auf die bereits vollständige Gelierung des Leimes zurückzuführen, sodass das Messgerät nicht mehr in der Lage ist, weitere rheologische Effekte messtechnisch zu erfassen. Die Messungen zeigen, dass beide Kieselsol-Typen in unterschiedlichen Anteilen (Beispiele 4 bis 7) im Gegensatz zu Gilunal A (Beispiel 3) einen ausgeprägten Vernetzungseffekt bewirken, der durch einen deutlichen Anstieg der Vis kos itäts kurven in Folge einsetzender Vergelung während der Abkühlphase ab einer Messzeit von 50 Minuten gekennzeichnet ist. Dieses Verhalten ist vergleichbar mit der Wirkung von Borax (Beispiel 2).

Tabelle 4: Einfluss verschiedener Vernetzungsadditive auf das Verkleisterungsverhalten

Trotz kaum sichtbarer Unterschiede im Vernetzungsmechanismus der Kieselsolbeispiele, zeigen die unterschiedlichen Verkleisterungstemperaturen (siehe Tabelle 4) auf, dass eine erhöhte Kieselsol-Zugabe (7%) den Quellvorgang der Stärkekörner zu verlangsamen scheint (verzögerte Verkleisterung, sichtbar durch höhere Temperaturen beim Verkleisterungsbeginn- und maximum). Das bedeutet, dass die optimale Zugabemenge an Kieselsol ein Maximum durchläuft.

Beispiele 8 bis 10: Herstellung von Wellpappe unter Betriebsbedingungen Bei der Herstellung von einwelliger Wellpappe wurden zwei boraxhaltige Stein-Hall Leime (Beispiele 8 und 9) mit einer boraxfeien Alternative (Beispiel 10) unter betrieblichen Bedingungen hergestellt und verglichen.

Tabelle 3: Zusammensetzungen von Stein-Hall Leimen der Beispiele 8 bis 10 Die Leimpräparation läuft nach folgendem Schema ab. Die Primärstärke wird in das auf 30 °C erwärmte Primärwasser gegeben und gemischt. Das Rührwerk ist auf ca. 1000 UpM eingestellt. Anschließend wird die Natronlauge eingerührt, wobei die Geschwindigkeit des Rührwerks auf 1500 UpM erhöht und 15 min lang geschert wird. Für die Beispiele 8 und 9 werden nacheinander das Sekundärwasser, die Sekundärstärke und Borax zugegeben. Davon abweichend erfolget die Präparation von Beispiel 10, indem anstelle von Borax zuerst das Kieselsol (Levasil CT24PL) und zum Schluss Kalziumhydroxid in Form einer wässrige Dispersion zugeben werden. Hierbei wird das Salz zuvor in Wasser gelöst bzw. dispergiert, indem die 14-fache Menge an Sekundärwasser bezogen auf das Eigengewicht des Salzes entnommen wird.

Die Rührerdrehzahl wird auf 1500 UpM - max. 2000 UpM - erhöht und der Stein-Hall- Ansatz weitere 15 min zur Komplettierung geschert. Hinsichtlich Feststoffgehalt, Viskosität und Gelierpunkt liegen die Beispiele im „Soll-Bereich“.

Zur Herstellung der einwelligen Pappe mit B- Welle wird Wellenstoff-Papier mit 90 g/m 2 von Parenco für Welle, Innen- und Außendecke verwendet. Es wurden drei Versuche bei jeweils 100, 200 und 250 m/min gefahren.

Versuch A: Verbindung von Welle und Innendecke mit Beispiel 8 sowie Anbindung der Außendecke mit Beispiel 9 (ausschließlich boraxhaltige Verleimung)

In der einseitigen Maschine (single facer) wird die durch Riffelwalzen geformte Papierbahn unter Verwendung von Beispiel 8 (boraxhaltig) mit der Innendecke verklebt, sodass einseitige Wellpappe entsteht. Im Kaschierwerk (double facer) werden die Wellenspitzen der einseitigen Wellpappe mit Leim aus Beispiel 9 (boraxhaltig) beleimt und die vorgewärmte Außendecke mit der einseitigen Wellpappe beim Einlauf in die Trockenpartie verbunden.

Versuch B: Verbindung von Welle und Innendecke mit Beispiel 8 (boraxhaltig) sowie An- bindung der Außendecke mit Beispiel 10 (boraxfrei)

Auch in diesem Versuch werden Welle und Innendecke mit dem boraxhaltigen Beispiel 8 verleimt, während die Außendecke mit der boraxfeien Alternative (Beispiel 10) auf die einseitige Wellpappe kaschiert wird. Versuch C: Verbindung der Welle mit Innen- und Außendecke durch Beispiel 10 (ausschließlich boraxfreie Verleimung)

In diesem Versuch wird sowohl für die einseitige Wellpappe als auch für die anschließende Kaschierung die boraxfeie Alternative (Beispiel 10) verwendet. Aus allen Versuchsanordnungen werden Wellpappenproben entnommen und branchenüblichen Prüfungen auf deren Festigkeit unterzogen.

1. Kantenstauchwiderstand (ECT)

Der Kantenstauchversuch nach DIN EN ISO 3037 oder TAPPI T 811 liefert Informationen über die Festigkeit der Wellpappe bei stehender Welle. 2. Flachstauchwiderstand (FCT)

Flachstauchversuche werden nach den Normen DIN EN ISO 3035 oder TAPPI T 825 geprüft. Im Flachstauchversuch wird die einwellige Wellpappen-Probe senkrecht zu ihrer Oberfläche belastet. Der Widerstand, den die Wellpappe dieser Kraft entgegensetzt, gibt Aufschluss über ihr Verhalten bei der Weiterverarbeitung und beim Gebrauch.

Die Druckeinwirkung bei der sich Welle nicht mehr zurückbildet, wird durch den Wert FCT FmaxLokai wiedergegeben.

3. Pin Adhesion Test (PAT)

Beim Pin Adhesion Test wird nach Tappi T 821 ein verklebter Wellpappestreifen am Boden und Decke mit Hilfe von Stahlnadeln getrennt. Das Versuchsergebnis ist die auftretende Maximalkraft bezogen auf die Gesamtlänge der Verklebung.

4. Box Compression Test (BCT)

Um die maximale Last zu ermitteln, die eine ungefüllte Wellpappenverpackung aushält, bevor sie zusammenbricht, wird der BCT-Test (Stauchprüfung) nach DIN 55440-1 durchgeführt. Zur Prüfung wird eine geschlossene, ungefüllte Verpackung

(Wellkiste mit dem FEFCO-/ESBO-Code 0201 : 250 x 150 x 200 mm 3 ) zunächst klimatisiert und anschließend in einer Druckprüfmaschine zwischen zwei Metallplatten gestellt. Dann wird sie durch Vorschub einer Druckplatte belastet, bis ein Versagen der Wellpappenverpackung eintritt. Dadurch sind Aussagen in Bezug auf die Stabilitätseigenschaften der Schachteln möglich.

ECT

FCT

FCTFmaxLokal PAT: Verklebung Single Facer (Innendecke)

PAT: Verklebung Double Facer (Außendecke)

BCT

Tabelle 4: Festigkeitsdaten von Wellpappen hergestellt mit Leinen der Bespiele 8 bis 10

Die ECT-, FCT-, PAT- und BCT- Untersuchungen an den fertigen Wellpappen zeigen nur marginale Unterschiede bezogen auf die unterschiedlichen Produktionsgeschwindigkeiten auf. Folglich kann das boraxfreie mit Kieselsol additivierte Beispiel 10 in allen Maschinengruppen der WPA ohne Einbußen in den Festigkeiten eingesetzt werden. Die unterschiedlichen Wellpapenproben wurden auf ihre Rezyklierbarkeit untersucht. Die Prüfungen umfassten das Zerfaserungsverhalten, das Potenzial zur Stickybildung (störungsfreie Blattbildung) und die Eigenschaften des wiedergewonnenen Faserstoffes im Hinblick auf optische Inhomogenitäten. Aufgrund der durchgeführten Untersuchungen und entsprechend den Kriterien der PTS- Methode PTS-RH: 021/97 werden die Proben als „rezyklierbar“ bewertet. Folglich hatte die Additivierung Kieselsol (Beispiel 10) keine nachteiligen Effekte auf die Rezyklierbarkeit von Wellpappen.