Barrierepapier

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Barrierepapier, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Barrierepapiers, die Verwendung des Barrierepapiers als Verpackungsmaterial und eine Verpackung, umfassend das Barrierepapier.

Eine Verpackung bezeichnet im Allgemeinen die Hülle bzw. (die partielle oder vollständige) Umhüllung eines Objektes insbesondere zu dessen Schutz oder zur besseren Handhabung. Folglich umfasst ein Verpackungsmaterial das Material, das eine solche Verpackung bildet.

Verpackungsmaterialien können beispielsweise auf Basis von Papier, Kunststoffen und/oder Metallen aufgebaut sein. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit Verpackungsmaterialien auf Basis von Papier.

Hauptansprüche an Verpackungsmaterialien jeglicher Herkunft sind das Schützen des verpackten Gutes vor äußeren Einflüssen, sowie das Verhindern des Austretens von Packgut und die Funktion als Werbe- und Informationsträger. Hierfür sollte das Verpackungsmaterial, je nach Packgut und Abpackprozess, unterschiedliche Kriterien erfüllen. So sollten geeignete Verpackungsmaterialien neben sogenannten Barriereeigenschaften gegen beispielsweise Wasser, Fett, Sauerstoff oder Mineralöl auch mechanischen und prozessspezifischen Anforderungen genügen. Ein Verpackungsmaterial, insbesondere ein flexibles Verpackungsmaterial, sollte je nach Packanlage eine ausreichende Reißfestigkeit, einen passenden Reibwert (Reibkoeffizient) und Flexibilität besitzen, es sollte heißsiegelbar sowie von außen bedruckbar sein und sollte im gesamten Konvertierungs- und Abpackprozess nicht seine Schutzwirkung verlieren.

Bekannte papierbasierte, beschichtete Verpackungsmaterialien beinhalten häufig Verbindungen wie Polyvinylidenchlorid (halogenhaltig) oder sind Verbundstoffe aus Papier und Metall- oder Kunststofffolien, weisen eine verbesserungswürdige Reißfestigkeit auf, was zu Laufproblemen auf Verpackungsanlagen führen kann, und/oder sind aufgrund eines zu hohen Beschichtungsanteils klebender Bestandteile oder der Bildung von sogenannten Stickies über den Papierfaserstrom oft nicht recycelbar.

Polyvinylalkohole, insbesondere vernetzte Polyvinylalkohole, sind weithin bekannt als lineare wasserlösliche, bioabbaubare Barrierebeschichtungen, auch für Papier. Hierbei weisen solche Beschichtungen gute Barrieren gegen Öl, Fett, Sauerstoff, Lösungsmittel und andere unpolare Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe auf. Polyvinylalkohole weisen aufgrund ihrer Hydrophilie jedoch sehr hohe Durchlässigkeiten für polare Verbindungen, wie z.B. Wasser, auf. Dies kann auch die Barrierewirkung gegen unpolare Migranten beeinflussen, da Polyvinylalkohole sehr gut Feuchtigkeit aufnehmen, quellen und somit Wege auf molekularer Ebene durch die Barrierebeschichtung schaffen.

Zur Lösung dieser Problematik werden Gemische aus Polymerdispersionen aller Art und Wachsemulsionen angeboten. Es wurde jedoch bei der Prüfung von in Labor- und Pilotversuchen hergestellten Papieren beobachtet, dass solche bekannten Mischungen aus Polymerdispersionen und Wachsemulsionen den Nachteil aufweisen, dass Fett in die Beschichtung eindringen kann, was wiederum zu einer Erhöhung der Wasserdampfdurchlässigkeit führt. Dadurch besteht das Risiko, dass bei direktem Kontakt mit fettigen Lebensmitteln die Wasserdampfdurchlässigkeit zunimmt. Bei der Übertragung von Laborrezepten auf eine Pilotstreichanlage wurde auch beobachtet, dass sich die Heißsiegelbarkeit verschlechtert. Ferner wurde bei der Herstellung solcher Beschichtungen im Pilotmaßstab häufig eine abnehmende Heißsiegelbarkeit mit andauernder Lagerdauer beobachtet. Hierunter wird die Fähigkeit des Materials verstanden, durch Heißsiegeln eine stabile Siegelnaht zu erzeugen, und nicht die Stabilität einer bereits bestehenden Siegelnaht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Materialien zu beheben und ein Material bereitzustellen, dass sich als Verpackungsmaterial, insbesondere für feuchteempfindliche Nahrungsmittel eignet, und auch bei Fettkontakt seine Wasserdampfdurchlässigkeit auf niedrigem Niveau beibehält bzw. möglichst wenig zunehmen lässt. Zudem muss es für Heißsiegelanwendungen verwendbar sein. Insbesondere wird hierbei eine Siegelnahtfestigkeit von größer 4 N/ 15mm und eine Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR) mit Zielwerten von < 20 g/m ² /d (38°C, 90% r.F.) bzw. von < 8 g/m ² /d (23°C, 50% r.F.) angestrebt.

Ferner soll das erfindungsgemäße Material möglichst einfach herstellbar sein, mit möglichst kleinen Auftragsgewichten auskommen und nach Möglichkeit eine Recycel barkeit über den Papierfaserstrom ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Barrierepapier gemäß Anspruch 1 gelöst, d.h. durch ein Barrierepapier, umfassend ein Basispapier und mindestens eine mittelbar oder unmittelbar auf dem Basispapier aufgebrachte Streichfarbenschicht Sl, wobei die Streichfarbenschicht Sl mindestens ein polymeres Bindemittel und mindestens ein Wachs umfasst, und wobei die Streichfarbenschicht Sl mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: a) Veränderung der Oberflächenspannung von nicht mehr als +10 mN/m, vorzugsweise von nicht mehr als +6 mN/m, b) Veränderung des polaren Anteils der Oberflächenspannung von nicht mehr als -0,65 mN/m, vorzugsweise von nicht mehr als -0,60 mN/m, c) Veränderung des polaren Anteils der Oberflächenspannung von nicht mehr als - 3,0 %-Punkten, vorzugsweise von nicht mehr als -1,5 %-Punkten. wobei die jeweilige Veränderung durch Messung und Vergleich der Messwerte der Oberflächenspannung des polaren Anteils der Oberflächenspannung vor und nach einer Temperaturbehandlung des Barrierepapiers bei 105 °C für 3 min bestimmt wird. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Ein derart beschichtetes Papier zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass es sich besonders gut als Verpackungsmaterial für feuchteempfindliche und fettige Objekte, insbesondere Nahrungsmittel, eignet und für Heißsiegelanwendung verwendet werden kann.

Ferner können mit einem solchen Barrierepapier die vorstehend definierten Richtwerte bezüglich Heißsiegelbarkeit und Wasserdampfdurchlässigkeit erreicht werden.

Das erfindungsgemäße Barrierepapier lässt sich schließlich relativ einfach und mit geringen Auftragsgewichten herstellen und über den Altpapierkreislauf wiederverwerten.

Nachfolgend werden auch zahlreiche spezifische Details erörtert, um ein umfassendes Verständnis des vorliegenden Gegenstands zu ermöglichen. Es ist jedoch für den Fachmann offensichtlich, dass der Gegenstand auch ohne diese spezifischen Details praktiziert und nachgearbeitet werden kann.

Alle Merkmale einer Ausführungsform können mit Merkmalen einer anderen Ausführungsform kombiniert werden, wenn die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen nicht unvereinbar sind.

Die in der Beschreibung der vorliegenden Offenbarung verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht als Einschränkung des Gegenstands zu verstehen. Wie in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, sind die Singularformen "ein", "eine" und "die" so zu verstehen, dass sie auch die Pluralformen einschließen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas Anderes vorgibt. Dies gilt auch umgekehrt, d.h. die Pluralformen schließen auch die Singularformen ein. Es versteht sich auch, dass der Begriff "und/oder", wie er hier verwendet wird, sich auf alle möglichen Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgelisteten Elemente bezieht und diese einschließt. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe "beinhaltet", "einschließlich", "umfasst" und/oder "umfassend", wenn sie in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.

In der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen können die Begriffe "beinhaltet", "umfasst" und/oder "umfassend" auch „bestehend aus" bedeuten, d.h. das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen wird ausgeschlossen.

In der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen kann der Begriff „einschließlich" damit auch „ausschließlich" bedeuten.

Sofern nicht anders angegeben beziehen sich Angaben in „%" im Rahmen von Formulierungen und/oder Zusammensetzungen auf „Gew.-%", insbesondere bezogen auf das jeweilige Gesamtgewicht der jeweiligen Formulierungen und/oder Zusammensetzungen.

Wie vorstehend erwähnt, umfasst das erfindungsgemäße Barrierepapier ein Basispapier und mindestens eine mittelbar oder unmittelbar auf dem Basispapier aufgebrachte Streichfarbenschicht Sl, wobei die Streichfarbenschicht S1 mindestens ein polymeres Bindemittel und mindestens ein Wachs umfasst, und wobei die Streichfarbenschicht Sl mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: a) Veränderung der Oberflächenspannung von nicht mehr als +10 mN/m, vorzugsweise von nicht mehr als +6 mN/m, b) Veränderung des polaren Anteils der Oberflächenspannung von nicht mehr als -0,65 mN/m, vorzugsweise von nicht mehr als -0,60 mN/m, c) Veränderung des polaren und des dispersen Anteils der Oberflächenspannung von nicht mehr als -3,0 %-Punkten, vorzugsweise von nicht mehr als -1,5 %- Punkten, wobei die jeweilige Veränderung durch Messung und Vergleich der Messwerte der Oberflächenspannung des polaren Anteils der Oberflächenspannung vor und nach einer Temperaturbehandlung des Barrierepapiers bei 105 °C für 3 min bestimmt wird. Wird die Streichfarbenschicht S1 unmittelbar auf das Basispapier aufgebracht, so bedeutet dies, dass zwischen dem Basispapier und der Streichfarbenschicht S1 keine weiteren Beschichtungen oder Substanzen vorliegen.

Wird die Streichfarbenschicht S1 mittelbar auf das Basispapier aufgebracht, so bedeutet dies, dass zwischen dem Basispapier und der Streichfarbenschicht S1 weiteren Beschichtungen oder Substanzen vorliegen.

In Laborversuchen hat sich gezeigt, dass es zwar möglich ist, die Streichfarbenschicht S1 direkt auf Rohpapiere zu streichen, insbesondere auf kalandrierte Rohpapiere mit Oberflächenstärke und niedrigem Cobb-Wert. Für einen besseren Stand (Hold-Out) der Streichfarbe und zur Minimierung des erforderlichen Strichauftrags ist die vorherige Applizierung eines Basisstrichs bevorzugt. Letztendlich entscheiden auch wirtschaftliche und produktionstechnische Überlegungen, welche Vorgehensweise im Einzelfall bevorzugt ist.

Die Bestimmung der Oberflächenspannung (alternativ auch Oberflächenenergie genannt) von Festkörpern kann über Kontaktwinkelmessungen mit mindestens zwei verschiedenen Flüssigkeiten bestimmt werden. Der Hersteller von Messgeräten, die auf diesem Prinzip basieren, wie z. B. die Firma DataPhysics Instruments GmbH (D-70794 Filderstadt) beschreibt die Zusammenhänge auf ihrer Website die folgendermaßen:

„Der Zusammenhalt von Atomen und Molekülen, der die Oberflächenspannung einer Substanz bedingt, ist auf unterschiedliche Arten von Wechselwirkungen zurückzuführen. Insbesondere kann zwischen dispersen und polaren Wechselwirkungen unterschieden werden. Die Wechselwirkungen aufgrund von zeitlichen Fluktuationen der Ladungsverteilung der Atome/Moleküle werden als disperse Wechselwirkungen bezeichnet (Van-der-Waals-Wechselwirkungen). Unter polaren Wechselwirkungen werden Coulomb-Wechselwirkungen zwischen permanenten Dipolen oder zwischen permanenten und induzierten Dipolen zusammengefasst (z.B. Wasserstoffbrückenbindungen). Entsprechend setzt sich auch die Oberflächenspannung additiv aus einem dispersen und einem polaren Anteil zusammen. Werden für zwei Phasen jeweils das Verhältnis von dispersem zu polarem Anteil der Oberflächenspannung verglichen, so können daraus Vorhersagen über die Haftung der beiden Phasen aneinander abgeleitet werden. Je stärker die dispersen und polaren Anteile übereinstimmen, desto mehr Wechselwirkungsmöglichkeiten gibt es zwischen den Phasen und mit umso stärkerer Haftung ist zu rechnen."

Zeigt der Vergleich der Messwerte, dass a) keine wesentliche Veränderung der Oberflächenspannung, d.h. von nicht mehr als +10 mN/m, und/oder b) bzw. c) keine wesentliche Veränderung des polaren Anteils der Oberflächenspannung, d.h. von nicht mehr als -0,65 mN/m bzw. von nicht mehr als -3,0 %-Punkte, bestimmt werden konnte, weist das Barrierepapier die vorteilhaften Eigenschaften auf.

Die Erfinder gehen davon aus, dass in einer Streichfarbenschicht, die wenigstens ein polymeres Bindemittel und wenigstens ein Wachs umfasst oder daraus besteht, die Trocknung der Streichfarbenschicht auch eine zumindest partielle Entmischung und/oder partielle Verfilmung der Streichfarbenschicht bewirkt und ggf. auch eine ungleichmäßige Verteilung von Wachs innerhalb der Streichfarbenschicht vorliegen kann. Für ein und dieselbe Zusammensetzung der Streichfarbenschicht ergeben sich verschiedene Eigenschaften der Streichfarbenschicht und somit auch des Barrierepapiers, je nachdem wie die Trocknungsparameter gewählt werden.

Diese Erkenntnisse haben die Erfinder auf die Streichfarbenschicht S1 übertragen, wobei mindestens eines der folgenden Merkmale der getrockneten Streichfarbenschicht S1 a) Veränderung der Oberflächenspannung von nicht mehr als +10 mN/m, vorzugsweise von nicht mehr als +6 mN/m, b) Veränderung des polaren Anteils der Oberflächenspannung von nicht mehr als -0,65 mN/m, vorzugsweise von nicht mehr als -0,60 mN/m, c) Veränderung des polaren Anteils der Oberflächenspannung von nicht mehr als -3,0 %-Punkten, vorzugsweise von nicht mehr als -1,5 %-Punkten. als Indikator für die Güte der Streichfarbenschicht S1 im Hinblick auf die in der Aufgabe genannten Eigenschaften angesehen werden kann, insbesondere im Hinblick, ob eine partielle Entmischung und/oder partielle Verfilmung der Streichfarbenschicht S1 vorliegt oder ob eine ungleichmäßige Verteilung von Wachs innerhalb der Streichfarbenschicht S1 vorliegt.

Mit anderen Worten in der Aufgabenstellung genannten Eigenschaften eines Barrierepapiers hängen nicht nur von der Zusammensetzung einer Streichfarbenschicht S1 ab, sondern auch davon, wie diese Streichfarbenschicht S1 getrocknet wurde. Neben der Zusammensetzung muss daher die getrocknete Streichfarbenschicht S1 mindestens eines der folgenden strukturellen Merkmale aufweisen: a) Veränderung der Oberflächenspannung von nicht mehr als +10 mN/m, vorzugsweise von nicht mehr als +6 mN/m, b) Veränderung des polaren Anteils der Oberflächenspannung von nicht mehr als -0,65 mN/m, vorzugsweise von nicht mehr als -0,60 mN/m, c) Veränderung des polaren und des dispersen Anteils der Oberflächenspannung von nicht mehr als -3,0 %-Punkten, vorzugsweise von nicht mehr als -1,5 %-Punkten, wobei die jeweilige Veränderung durch Messung und Vergleich der Messwerte der Oberflächenspannung des polaren Anteils der Oberflächenspannung vor und nach einer Temperaturbehandlung des Barrierepapiers bei 105 °C für 3 min bestimmt wird.

Die Trocknungsparameter (Temperatur, Zeit) sind hierbei für eine bestimmte Streichfarbenzusammensetzung S1 vorzugsweise so zu wählen, dass nach der Trocknung die Streichfarbenschicht S1 mindestens eines der Merkmale a) bis c) aufweist, vorzugsweise mindestens zwei Merkmale und besonders bevorzugt alle drei Merkmale. Die Trocknungsparameter kann ein Fachmann anhand einfacher Trocknungsversuche bestimmen.

Bevorzugt für eine erfolgreiche Trocknung ist, dass die Bahntemperatur der sich im Trocknungsprozess befindlichen Beschichtung den Schmelzbereich des Wachses für einen ausreichend langen Zeitraum überschreitet.

Wie in zahlreichen Laborversuchen mit verschiedenen Polymer-Wachs-Gemischen gefunden wurde, liegt die Oberflächenspannung der Streichfarbenschicht S1 vorzugsweise zwischen 15 und 40 mN/m, insbesondere zwischen 20 und 35 mN/m. Der polare Anteil der Oberflächenspannung der Streichfarbenschicht S1 beträgt vorzugsweise 0 bis 12 %, insbesondere 0 bis 6 %, bevorzugt 0 bis 3% und besonders bevorzugt 0 bis 1%, wobei in einer bevorzugten Ausführungsform die Werte 0% als untere Grenze gerade ausgeschlossen sind.

Der disperse Anteil der Oberflächenspannung der Streichfarbenschicht S1 beträgt vorzugsweise 88 bis 100 %, insbesondere 94 bis 100 %, bevorzugt 97 bis 100 % und besonders bevorzugt 99 bis 100%

Die Oberflächenspannung und die Bestimmung des polaren und des dispersen Anteils der Oberflächenspannung wird nach DIN EN ISO 19403-2 (2020-04) bestimmt:

Kontaktwinkelmessgerät OCA 20 (DataPhysics) mit Software SCA 20, Messprinzip: OWRK-Methode (Owens, Wendt, Rabel, Kaelble).

Verwendete Messflüssigkeiten und Herkunft der eingegeben Materialkonstanten:

Wasser und Diiodmethan (nach Buscher) sowie 1,5-Pentandiol (nach Gebhardt). Im Gegensatz zur DIN EN ISO 19403-2 (2020-04) wird als 3. Messflüssigkeit 1,5- Pentandiol verwendet, da es auf Papieroberflächen im Gegensatz zu anderen unpolaren Messflüssigkeiten noch messbare Kontaktwinkel zulässt, bevor die Flüssigkeit vom Papier aufgesaugt wird.

Die Temperaturbehandlung des Barrierepapiers bei 105 °C für 3 min erfolgt vorzugsweise in einem Heißluftofen (Trockenofen), wobei vorzugsweise darauf zu achten ist, dass das Papier tatsächlich für einen Zeitraum von 3 min den 105°C ausgesetzt ist. Dazu sollte der Ofen vorzugsweise vorgeheizt sein und ein ausreichendes Innenvolumen (z.B. > 100 dm ³ , z. B. Breite x Höhe x Tiefe 60 cm x 48 cm x 37 cm) besitzen, damit beim kurzzeitigen Öffnen (2-3 s) der Fronttür, um das Papier hineinzulegen kein nennenswerter Temperaturabfall erfolgt. Das Barrierepapier wird vorzugsweise auf ein in der mittleren Höhe des Trockenofens befindliches Metallgitter, auf dem vorzugsweise ein Karton als Unterlage liegt, gelegt. Metallgitter und Karton sollten vorher bereits die Ofentemperatur angenommen haben und für mindestens 15 min vor Beginn der Temperaturbehandlung in den bereits auf 105°C vorgeheizten Ofen gelegt worden sein. Es ist zu bemerken, dass die Dauer der Temperaturbehandlung auf vorzugsweise 3 min gelegt wurde, damit einerseits sichergestellt ist, dass das Barrierepapier Zeit genug hat, wirklich die 105°C anzunehmen, und andererseits die Behandlung des Papiers nicht zu lange anhält, damit sich keine Zersetzungsprozesse einstellen. Nach der Entnahme der Barriepapiere aus dem Ofen wurden dieses für mindestens 12 h bei 23°C und 50% r.F. gelagert (klimatisiert), bevor weitere Messungen vorgenommen wurden.

Bei dem Wachs in der Streichfarbenschicht S1 handelt es sich vorzugsweise um ein Wachs gemäß folgender Definition der Deutschen Gesellschaft für Fettforschung (DGF).

„Wachse sind Stoffe, die heute durch ihre mechanisch-physikalischen Eigenschaften definiert werden. Ihre chemische Zusammensetzung und Herkunft sind hingegen sehr unterschiedlich. Ein Stoff wird als Wachs bezeichnet, wenn er bei 20 °C knetbar, fest bis brüchig hart ist, eine grobe bis feinkristalline Struktur aufweist, farblich durchscheinend bis opak, aber nicht glasartig ist, über 40 °C ohne Zersetzung schmilzt, wenig oberhalb des Schmelzpunktes leicht flüssig (wenig viskos) ist, eine stark temperaturabhängige Konsistenz und Löslichkeit aufweist sowie unter leichtem Druck polierbar ist." Ist mehr als eine der oben aufgeführten Eigenschaften nicht erfüllt, ist der Stoff nach der DGF (DGF- Einheitsmethode M-I 1 (75)) kein Wachs.

Wie eigene Laborstudien gezeigt haben, spielt die chemische Zusammensetzung der verwendeten Wachse keine entscheidende Rolle. Sie sollten lediglich so ausgewählt werden, dass sie unter den jeweils technisch möglichen Trocknungsbedingungen in der Beschichtungsanlage schmelzen. Es hat sich gezeigt, dass es von Vorteil für die Ausbildung der Wasserdampfbarriere ist, wenn die Schmelztemperatur unterhalb des Siedepunkts des Wassers (100°C) liegt, besser noch unter 90°C.

Das polymere Bindemittel in der Streichfarbenschicht S1 ist prinzipiell nicht beschränkt, sondern umfasst alle polymeren Bindemittel, die zur Bindung von Wachsen in Papierbeschichtungen dem Fachmann bekannt sind.

Prinzipiell können hydrophobe Polymere zum Einsatz kommen. Es ist jedoch auch möglich, dass polare wasserlösliche Bindemittel synthetischen, natürlichen Ursprungs oder Derivate davon geeignet sein können, sofern die hydrophilen funktionellen Gruppen durch die ebenfalls in der Beschichtung vorkommende Wachse abgeschirmt werden, und die Wasserdampfsperre die Beschichtung nicht beeinträchtigen.

In Laborversuchen wurden folgende Zusammenhänge ermittelt: Je niedriger der Wachsanteil, desto besser ist die Heißsiegelbarkeit, insbesondere auch der Hot- Tack. Ein niedriger Wachsgehalt hat allerdings eine höhere Wasserdampfdurchlässigkeit und eine vergleichsweise hohe Empfindlichkeit der Wasserdampfbarriere gegenüber Fettkontakt zur Folge. Soll mit wenig Wachs ausgekommen werden, so sollte die wässrige Beschichtung so getrocknet werden, dass Wachs an die Oberfläche migriert, um eine gute, wenig fettempfindliche Wasserdampfbarriere zu erhalten.

In einer Ausführungsform ist der Wachsanteil der Streichfarbenschicht S1 derart gewählt, dass das Barrierepapier mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: a) eine Siegelnahtfestigkeit (Cold-Tack) Streichfarbenschicht S1 gegen Streichfarbenschicht S1 von > 4 N/15mm, erzeugt mit den Heißsiegelparametern T = 130 - 150°C, Siegeldauer = 0,3 see, Siegeldruck = 3,3 bar oder bei Ultraschallsiegelparametern, die eine T von 130 - 150°C im Siegelmedium hervorrufen und einer Siegeldauer von 0,3 s und einem Siegeldruck von 3,3 bar b) eine Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR) < 20 g/m ² /d (38°C, 90% r.F), c) eine Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR) < 8 g/m ² /d (23°C, 50% r.F.), d) eine Erhöhung der Wasserdampfdurchlässigkeit (38°C, 90% r.F.) nach Durchführung des Palmkernfetttest nach DIN 53116 2003-02 (unter den Prüfbedingungen 10 min Einwirkzeit und Druckbelastung von 2000 N/m ² ), um nicht mehr als 70 g/m ² /d, bevorzugt nicht von nicht mehr als 60 g/m ² /d, e) eine Erhöhung der Wasserdampfdurchlässigkeit nach Durchführung des Palmkernfetttest nach DIN 53116 2003-02 (unter den Prüfbedingungen 60 min Einwirkzeit und 2000 N/m ² ) von nicht mehr als einem Faktor von 6, f) einen statischen Reibkoeffizienten (Streichfarbenschicht S1 gegen Streichfarbenschicht Sl) von < 0,9 g) einen kinetischen Reibkoeffizienten (Streichfarbenschicht Sl gegen Streichfarbenschicht Sl) von < 0,6 wobei die Werte für a) bis g) für ein Flächengewicht der Streichfarbenschicht Sl von < 12 g/m ² bestimmt werden.

Hierbei ist das Flächengewicht der Streichfarbenschicht Sl nicht auf Werte von < 12 g/m ² beschränkt, sondern die oben genannten Parameter müssen lediglich bei solchen Flächengewichten erfüllt sein. Bei höheren Flächengewichten sind die Parameter entsprechend anzupassen.

Der Parameter a) eine Siegelnahtfestigkeit (Cold-Tack) Streichfarbenschicht Sl gegen Streichfarbenschicht Sl, wird dabei vorzugsweise so verstanden, dass ein Blatt Barrierepapier so gefaltet wird, dass die Streichfarbenschicht Sl mit sich selbst im Siegelnahtbereich zur Deckung kommt oder dass zwei Blätter Barrierepapier so übereinandergelegt werden, dass die Streichfarbeschichten Sl der beiden Blätter im Siegelnahtbereich zur Deckung kommen.

In einer Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Barrierepapier vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserdampfdurchlässigkeit (38°C, 90% r.F.) eine Veränderung von maximal -40%, vorzugsweise von < -30% aufweist, wobei die Veränderung durch Messung und Vergleich der Messwerte der Wasserdampfdurchlässigkeit vor und nach einer Temperaturbehandlung des Barrierepapiers bei 105 °C für 3 min (analog zu den vorstehenden Ausführungen) bestimmt wird.

In einer Ausführungsform ist das Wachs ein Wachs gemäß DGF (DGF- Einheitsmethode M-I 1 (75)), wie vorstehend definiert.

In einer Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Barrierepapier vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wachs ein Wachs auf Basis von Mischungen oder Reinstoffen fossiler oder natürlicher kurz- bis mittel kettiger Kohlenwasserstoffe, deren Säuren, Estern, Amiden und Diamiden, hydrierter Pflanzenöle, durch Hydrierung oder Teilhydrierung von Pflanzenölen und tierischen Ölen oder Fetten hergestellter Wachse und/oder Metallseifen, vorzugsweise Heneicosan, Docosan, Tricosan, Tetracosan, Pentacosan, Hexacosan, Heptacosan, Octacosan, Nonacosan, Triacontan, Hentriacontan, Dotriacontan, Tritriacontan, Tetratriacontan, Pentatriacontan, Hexatriacontan, Heptatriaontan, Octatriacontan, Nonatriacontan, Montanwachse, Carnaubawachs, Bienenwachs, Candelillawachs, Reiskleiewachs, Zuckerrohrwachs, aus Sonnenblumenkernpresskuchen gewonnenes Wachs, besonders bevorzugt Bienenwachs und/oder Wachs gewonnen durch Hydrierung von Sojaöl, und/oder Paraffinwachse mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von mindestens 500 Dalton und einer Viskosität von mindestens 11 cSt bei 100°C, umfasst

Bienenwachs und/oder Paraffinwachs sind besonders bevorzugt, da diese gemäß BfR XXVI vom 01.04.2021, Kapitel C, Abschnitt IV, Punkt 2 mit Verweis auf BfR. XXV. vom 01.06.2019, Bundesinstitut für Risikobewertung des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft, Deutschland, für den direkten Lebensmittelkontakt zugelassen sind.

Bei Verwendung von Paraffinwachsen sind diejenigen besonders bevorzugt, die in der Verordnung der EU-Kommission Nr. 10/2100 vom 14. Januar 2011 „über Materialien und Gegenstände aus Kunststoff, die dazu bestimmt sind, mit Lebensmitteln in Berührung zu kommen" der FCM-Stoff-Nr. 94 angehören.

In einer Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Barrierepapier vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wachs in einer Menge von 0,01 bis 10 Gew.-%, bevorzugt von 0,01 bis < 8,0 Gew.-%, bevorzugt von 0,01 < 6,0 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,01 bis < 5,0 Gew.-%, und ganz besonders bevorzugt von 0,01 < 2,0 Gew.-% bevorzugt ist die unter Grenze mindestens 0,1 Gew.-%, besonders bevorzugt mindestens 0,2 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Streichfarbenschicht Sl, in dieser enthalten ist.

In einer Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Barrierepapier vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine polymere Bindemittel in der Streichfarbenschicht Sl ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Polyacrylate und Copolymere mit ungesättigten Kohlenwasserstoffen, Polyolefine, Copolymere bestehend aus ungesättigten Kohlenwasserstoffen und Acrylsäure oder deren Salze, (teilweise carboxylierte) Styrol-Butadien-Copolymere, Styrol-Butadien- Copolymere, Styrol-Butadiene, Polyvinylacetate, teilverseifte Polyvinylacetate, Polyester, beispielsweise Polylactide und (aus Glucose hergestellte) Polyhydroxyalkanoate, Polyamide, Polyurethane, Polyether, Polyethylenimine, und/oder Polyvinylamide, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Polymethylacrylate, Polymethylmethacrylate, Polyethylarylate, Polyethylmethacrylate, Poly(n-, iso-, tert.-)butyl-acrylate, Poly(n-, iso-, tert.-) butylmethacrylate, Polycyclohexylmethacrylate, Polyethylhexylacrylate und deren Copolymere, Pfropfpolymere, sowie Copolymere davon mit Styrol, Acrylnitril, Methylstyrol und/oder Vinyltoluol, besonders bevorzugt Styrolacrylat/Methylacrylat/Butylacrylat/Ethylhexylacrylat-C opolymer, und/oder natürliche Polymere, wie (modifizierte) Polysaccharide, Proteine, Lignin(derivate) und andere natürliche Makromoleküle, wie beispielsweise Schellack.

In einer Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Barrierepapier vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine polymere Bindemittel in einer Menge von 99,9 bis > 92% Gew.-%, besonders bevorzugt > 95 Gew. % und ganz besonders bevorzugt, > 98 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Streichfarbenschicht Sl, in dieser enthalten ist.

In einer Ausführungsform umfasst die Streichfarbenschicht Sl lediglich das Wachs und das polymere Bindemittel.

In einer anderen Ausführungsform umfasst die Streichfarbenschicht Sl neben dem Wachs und dem polymeren Bindemittel noch weitere Bestandteile bzw. Additive.

Weitere mögliche Bestandteile der Streichfarbenschicht Sl umfassen beispielsweise Pigmente, insbesondere anorganische Pigmente, wie Ca-Carbonat (GCC oder PCC), Talkum, Kaoline, natürliche und/oder synthetische Silikate.

Solche Pigmente sind vorzugsweise in einer Menge von 0 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der trockenen Streichfarbenschicht Sl, in dieser enthalten. Damit die Heißsiegelfähigkeit der Streichfarbenschicht Sl nicht zu stark beeinträchtigt wird, sind Mengen von 0 bis 50 Gew.-%, besser 0 bis 30 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt von 0 bis 10 Gew.-% zu wählen.

Bevorzugt ist hierbei der Wert 0 Gew.-% als untere Grenze gerade ausgeschlossen. Bevorzugt sind plättchenförmige Pigmente zu wählen, da diese bei laminarer Ausrichtung parallel zur Beschichtung einen Beitrag zur Verbesserung der Barriere leisten können. Die Teilchengröße ist vorzugsweise so zu wählen, dass die Partikel bei laminarer Ausrichtung vollständig in die Schicht eingeschlossen sind. Das Aspektverhältnis (Verhältnis mittlerer Durchmesser zur Dicke, auch Formfaktor genannt) sollte größer 10, bevorzugt, größer 100 und besonders bevorzugt größer 1000 sein.

Sonstige mögliche Additive umfassen beispielsweise Verdicker, Tenside, Vernetzer und/oder Rheologiemodifikatoren.

Diese Additive sind vorzugsweise jeweils in einer Menge von 0 bis 2 Gew.-%, bevorzugt von 0 bis 1 Gew-% bezogen auf das Gesamtgewicht der trockenen Streichfarbenschicht Sl, in dieser enthalten. Bevorzugt ist hierbei der Wert 0 Gew.-% als untere Grenze gerade ausgeschlossen.

Die Glätte der Streichfarbenschicht Sl (gemäß Bekk (ISO 5627, 1995-03)) beträgt vorzugsweise von 400 s bis 2500 s vorzugsweise von 500 bis 2000 s.

Die Rauigkeit der Streichfarbenschicht Sl (gemäß Parker-Print-Surf (PPS) DIN ISO 8791-4, 2008-05) beträgt vorzugsweise von 0,8 bis 2,0 pm vorzugsweise von 1,0 bis 1,8 pm.

Die Auftragsmenge (ISO 536, 2020-05) der Streichfarbenschicht Sl beträgt vorzugsweise 4 bis 20 g/m ² , bevorzugt 6 bis 15 g/m ² und besonders bevorzugt 8 bis 12 g/m ² . Die Menge bezieht sich auf die getrocknete Streichfarbenschicht Sl in dem finalen Produkt.

In einer Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Barrierepapier vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Wachs in der Streichfarbenschicht Sl an der vom Basispapier abgewandten Seite angereichert ist.

Unter angereichert wird hier insbesondere verstanden, dass die lokale Konzentration an Wachs in der Streichfarbenschicht Sl an der vom Basispapier abgewandten Seite größer ist als die lokale Konzentration an Wachs in der Streichfarbenschicht Sl an der zum Basispapier zugewandten Seite, was indirekt dadurch nachgewiesen wird, dass sich bei einer Nachtrocknung der polare Anteil der Oberflächenenergie nicht wesentlich weiter erniedrigt.

Ein weiterer Nachweis der Wachsanreicherung kann mittels Elektronenspektroskopie (ESCA, auch XPS abgekürzt) durchgeführt werden. Die Anreicherung von Wachs in der Streichfarbenschicht S1 an der vom Basispapier abgewandten Seite wurde auch durch folgend Versuche erkannt.

Bei Beschichtungsversuchen auf einer Pilotstreichanlage wurden nicht die aufgrund von Laborbeschichtungen von Einzelblättern erreichbaren niedrigen Wasserdampfdurchlässigkeiten erreicht. Um zu prüfen, ob eine schlechte Qualität der Beschichtung (Defekte, Luftblasen, Benetzungsstörungen) oder einfach nur unzureichende Trocknung und Verfilmung die Ursache war, wurden einzelne Blätter im Trockenofen schonend, aber ausreichend lange (3 min, 105°C) nachgetrocknet. Die Wasserdampfdurchlässigkeiten der nachgetrockneten Papiere (Vergleichsbeispiele 1 und 2) verbesserten sich und der polare Anteil der Oberflächenspannung verringerte sich. Da in der Beschichtung keine chemische Reaktion zu erwarten ist, kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass das unpolare Wachs durch die Nachtrocknung an die Grenzfläche gewandert ist.

Das in dem erfindungsgemäßen Barrierepapier verwendete Basispapier ist prinzipiell nicht beschränkt.

Es ist bevorzugt, dass das Basispapier ein Flächengewicht von 20 bis 120 g/m ² , vorzugsweise von 40 bis 100 g/m ² , aufweist.

Ferner ist es bevorzugt, dass das Basispapier einen Langfaseranteil von 10 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise von 20 bis 50 Gew.-%, und einen Kurzfaseranteil von 20 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise von 50 bis 80 Gew.-%, aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht des Basispapiers, wobei eine Langfaser eine Faser mit einer Faserlänge von 2,6 bis 4,4 mm und eine Kurzfaser eine Faser mit einer Faserlänge von 0,7 bis 2,2 mm ist.

Der Langfaseranteil sorgt insbesondere für die Festigkeit des vergleichsweise dünnen Papiers, während der Kurzfaseranteil das Papier insbesondere dichter und geschlossener macht und ihm ein gleichmäßiges Erscheinungsbild verschafft. Durch eine weitere Erhöhung des Langfaseranteils würde das Papier zu steif werden. Eine weitere Rolle spielt der niedrigere Preis von Kurzfaserzellstoff gegenüber Langfaserzellstoff.

Zudem können 0 Gew.-% bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0 Gew.-% bis 5 Gew.-%, an Füllstoffen, wobei vorzugsweise der Wert 0 Gew.-% ausgeschlossen ist, wie GCC (gemahlenes Calciumcarbonat), das beispielsweise unter dem Handelsnamen Hydrocarb 60 oder Hydroplex 60 bekannt ist, PCC (gefälltes Calciumcarbonat), das beispielsweise unter dem Handelsnamen Precarb 105 bekannt ist, natürliches Kaolin und/oder Talkum.

Ferner können übliche Hilfsstoffe, wie Retentionsmittel und/oder Leimungsmittel, enthalten sein.

Der Vorteil eines solchen Basispapiers ist zum einen seine hohe Flexibilität und zum anderen seine gute Verarbeitbarkeit auf bestehenden Verpackungsanlagen für flexible Materialien, wie Kunststofffolien, die Aufrechterhaltung der hohen Maschinenverfügbarkeit und die Erzielung der notwendigen Durchstoßfestigkeit.

Insbesondere für den Kontakt mit Lebensmitteln umfasst das Basispapier mindestens 60 Gew.%, vorzugsweise mindestens 75 Gew.-% Faserstoffe, höchstens 25 Gew.-%, vorzugsweise höchstens 10 Gew.-% Füllstoffe und höchstens 15 Gew.-% Hilfsstoffe. Zusätzlich können unvermeidliche oder auch notwendige Spuren von Verarbeitungshilfsmitteln (z.B. Reagenzien, Dispersionsmitteln, Antischimmelmitteln usw.) im Basispapier vorhanden sein.

In einer Ausführungsform ist das Barrierepapier dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine mittelbar oder unmittelbar zwischen dem Basispapier und der Streichfarbenschicht S1 aufgebrachte weitere Streichfarbenschicht S2 aufweist, insbesondere zur Ausbildung einer Mineralöl- und/oder Fettbarriereschicht und/oder auch eine Sauerstoffbarriereschicht, umfassend mindestens ein hydrophiles Polymer.

Wird die Streichfarbenschicht S2 unmittelbar zwischen dem Basispapier und der Streichfarbenschicht S1 aufgebracht, so bedeutet dies, dass die Streichfarbenschicht S2 auf der einen Seite mit dem Basispapier und auf der anderen Seite mit der Streichfarbenschicht S1 in Kontakt steht. Wird die Streichfarbenschicht S2 mittelbar zwischen dem Basispapier und der Streichfarbenschicht S1 aufgebracht, so bedeutet dies, dass die Streichfarbenschicht zwischen dem Basispapier und der Streichfarbenschicht S1 vorliegen muss, jedoch nicht zwingend in direktem Kontakt mit diesen stehen muss; weitere dazwischenliegende Schichten sind somit nicht ausgeschlossen.

Vorzugsweise dient die Streichfarbenschicht S2 zur Ausbildung einer Mineralöl- und/oder Fettbarriereschicht und umfasst mindestens ein hydrophiles Polymer.

Bevorzugte Zielwerte für die Mineralölbarriere sind n-Hexandurchlässigkeiten von < 30 g/m ² /d. Bevorzugter Zielwert für die Fettdichtigkeit für Nahrungsmittel, die nicht sofort verzehrt werden, ist das Bestehen des Palmkernfetttest gemäß DIN 53116 Kat. 1 (keine Durchtritte auch nach mehr als 24 h Testdauer).

Hydrophile Polymere sind häufig vernetzt und dadurch wenig flexibel. Für die Beschichtung von flexiblen Verpackungen sind jene vorzugsweise so zu wählen, dass sie Knicke bis zu 180° nach innen (Beschichtung zu Beschichtung) und im Idealfall auch nach außen überstehen, ohne dass danach Fett durchtritt.

Die Streichfarbenschicht S2 sollte vorzugsweise im trockenen Zustand mit der (wässrigen) Beschichtungsmasse der Streichfarbenschicht S1 überstrichen werden können.

Dazu sollte sie vorzugsweise während des Überstreichvorgangs möglichst kein Wasser aufnehmen oder quellen, damit einerseits ihre eigene Barrierewirkung (Mineralöl, Fett und im besonderen Fall auch Sauerstoff) nicht beeinträchtigt wird und andererseits auch eine optimale defektfreie Beschichtung der Streichfarbenschicht S1 möglich ist.

Da eine polymerbasierte Sauerstoffbarriere (immer gleichzeitig auch Mineralöl- und Fettbarriere) in der Regel hydrophil ist, lässt sie sich nur überstreichen, wenn zumindest ein Teil der freien hydrophilen Gruppen bei der Trocknung der Beschichtung kovalent vernetzt wird. Dazu werden vorzugsweise reaktive Zusatzstoffe wie bi- oder multifunktionale Aldehyde, Carbonsäuren, Epoxide oder anorganischer Vernetzer, wie z. B. Zirconate oder Borate, eingesetzt. Eine weitere mögliche Gruppe von Vernetzern stellen die auch als Nassfestmittel für Basispapiere gebräuchlichen PAE-Harze (Polyamidamin-Epichlorhydrin) dar. Die Verwendung dieser Zusatzstoffe ist entweder für den Kontakt mit Lebensmitteln verboten oder limitiert.

Daher fällt die Wahl bei der Suche nach Rohstoffen für Mineralöl- und Fettbarrieren in der Regel nicht auf wasserlösliche Polymere, sondern vorzugsweise auf Polymerdispersionen, die von den Herstellern durch Funktionalisierung so eingestellt sind, dass sie die entsprechende Barrierewirkung besitzen, ohne nennenswert wasserlöslich zu sein, oder durch Zusatz eines Unterschusses von wasserlöslichen Polymeren, die für die insgesamt oleophobe Wirkung sorgen oder diese verstärken.

Beispiele von geeigneten Polymeren sind Copolymere aus Polyvinylalkohol und Polyvinylacetat, Acrylat(co)polymere, Acrylnitrilcopolymere.

Ebenfalls geeignet ist die Verwendung vernetzter oder teilhydrophobierter Polyvinylalkohole, Ethylenvinylalkohole, oder anderer Copolymere des Vinylalkohols (beispielsweise solche, die in EP 4041548 Al beschrieben sind) Kohlenhydrate und/oder Proteine.

Bevorzugte Polymere sind (gemäß EP 4041548 Al) teilverseifte Polyvinylalkohole und/oder teilverseifte Polyvinylalkohol-Copolymere, jeweils mit einer mittels DSC bestimmten Onset-Temperatur von kleiner als 210°C und vorzugsweise einem mittleren Molekulargewicht (M _w ) von kleiner als 100.000 g/mol, , wobei die Onset Temperatur mittels DSC nach DIN EN ISO 11357-1:2010-03 als Schnittpunkt der extrapolierten Basislinie und der Wendetangente zu Beginn des Schmelz- oder Kristallisationspeaks definiert ist

Polyvinylalkohole eignen sich aufgrund ihrer hohen Oberflächenspannung Oberflächenenergie) um insbesondere zusätzlich dünne Metallschichten, die eine wesentlich niedrigere und überwiegend disperse Oberflächenspannung besitzen, aufzubringen

Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Barrierepapiere wenigstens eine weitere Schicht umfassen, die aus Metallen besteht oder diese umfasst, insbesondere Aluminium. So kann insbesondere die Barrierewirkung weiter verbessert werden. Diese weitere Schicht kann als Zwischenschicht oder als Deckschicht ausgebildet seine. Als Zwischenschicht ausgebildet befindet sich diese Schicht vorzugsweise unmittelbar unter oder über einer heißsiegelbaren Schicht, beispielsweise der Streichfarbenschicht Sl.

Besonders bevorzugt sind hierbei Polyacrylate, die vorzugsweise ein stärkebasiertes Schutzkolloid enthalten. Ein geeignetes Polyacrylat ist unter dem Handelsnamen Epotal SP 101 D bekannt.

Ferner geeignet sind Polyacrylate oder Polyacrylnitrile, die beispielsweise unter dem Handelsnamen Rhobarr 214 bekannt sind.

Solche Polymere haben den Vorteil, dass sie bei Wasserkontakt wenig quellen, denn bei Quellung erzielt eine darauf gestrichene Schicht nicht ihre optimale Wasserdampfbarriere.

In einer Ausführungsform ist das hydrophile Polymer in einer Menge von 30 bis 100 Gew.-%, oder von 50 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Streichfarbenschicht S2, in dieser enthalten.

Weitere mögliche Bestandteile der Streichfarbenschicht S2 umfassen beispielsweise Pigmente, insbesondere anorganische Pigmente, wie Ca-Carbonat (GCC oder PCC), Talkum, Kaoline, natürliche und/oder synthetische Silikate.

Solche Pigmente sind vorzugsweise in einer Menge von 0 bis 70 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Streichfarbenschicht S2, in dieser enthalten. Vorzugsweise ist der Wert 0 Gew.-% als untere Grenze gerade ausgeschlossen.

Bevorzugt sind plättchenförmige Pigmente zu wählen, da diese bei laminarer Ausrichtung parallel zur Beschichtung einen Beitrag zur Verbesserung der Barriere leisten können. Die Teilchengröße ist vorzugsweise so zu wählen, dass die Partikel bei laminarer Ausrichtung vollständig in die Schicht eingeschlossen sind. Das Aspektverhältnis (Verhältnis mittlerer Durchmesser zur Dicke, auch Formfaktor genannt) sollte größer 10, bevorzugt, größer 100 und besonders bevorzugt größer 1000 sein. In einer Ausführungsform umfasst die Streichfarbenschicht S2 ferner weitere Additive. Mögliche Additive umfassen beispielsweise Verdicker, Tenside, Vernetzer und/oder Rheologiemodifikatoren.

Solche Additive sind vorzugsweise in einer Menge von 0 bis 2 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0 bis Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Streichfarbenschicht S2, in dieser enthalten. Vorzugsweise ist der Wert 0 Gew.-% als untere Grenze gerade ausgeschlossen.

Vorzugsweise enthält die Streichfarbenschicht S2 kein Glyoxal.

Die Oberflächenspannung der Streichfarbenschicht S2 beträgt vorzugsweise 45 bis 70 mN/m, insbesondere 50 bis 65 mN/m und ganz besonders 57 bis 61 mN/m.

Der polare Anteil der Oberflächenspannung der Streichfarbenschicht S2 beträgt vorzugsweise 60 bis 95 %, insbesondere 70 bis 90% und besonders bevorzugt 78 bis 84 %.

Der disperse Anteil der Oberflächenspannung der Streichfarbenschicht S2 beträgt vorzugsweise von 5 bis 40 %, insbesondere 10 bis 30% und besonders bevorzugt von 16 bis 22 %.

Die Oberflächenspannung und die jeweiligen Anteile werden dabei wie vorstehend definiert bestimmt.

Vorzugsweise ist die Oberflächenspannung der Streichfarbenschicht S2 um mindestens 5 mN/m, in der Regel um 20 bis 30 mN/m größer als die der Streichfarbenschicht Sl, und hat vorzugsweise einen wesentlich höheren polaren Anteil, da dieser aufgrund des Wachsansteils in der Streichfarbenschicht Sl insbesondere bei maximal 12% liegen kann, wie Messungen ergaben.

Die Auftragsmenge (ISO 536, 2020-05) der Streichfarbenschicht S2 beträgt vorzugsweise 3 bis 12 g/m ² und besonders bevorzugt 8 bis 10 g/m ² . Die Menge bezieht sich auf die getrocknete Streichfarbenschicht S2 in dem finalen Produkt.

Die Glätte der Streichfarbenschicht S2 (gemäß Bekk (ISO 5627, 1995-03)) beträgt vorzugsweise 80 bis 500 s, vorzugsweise von 100 bis 200 s. Die Rauigkeit der Streichfarbenschicht S2 (gemäß Parker-Print-Surf (PPS) DIN ISO 8791-4, 2008-05) beträgt vorzugsweise 2 bis 4 pm, vorzugsweise 2,5. bis 3,5 pm.

In einer Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Barrierepapier dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar auf dem Basispapier eine weitere Streichfarbenschicht S3, vorhanden ist, insbesondere eine Streichfarbenschicht, die mindestens ein anorganisches Pigment und ein polymeres Bindemittel umfasst oder daraus besteht.

Das anorganische Pigment ist bevorzugt plättchenförmig und umfasst insbesondere ein Talkum, präzipitiertes Calciumcarbonat oder Silikat, vorzugsweise ein Schichtsilikat und ganz besonders bevorzugt ein Kaolin.

Das Aspektverhältnis (Verhältnis mittlerer Durchmesser zu Dicke, auch Formfaktor genannt) sollte etwa 7 bis 40 zu 1, vorzugsweise etwa 15 bis 30 zu 1, betragen.

Die Teilchengröße des plättchenförmigen Pigments wird vorzugsweise so eingestellt, dass mindestens etwa 70%, vorzugsweise mindestens etwa 85%, der Teilchen eine Teilchengröße von etwa < 2pm aufweisen (Sedigraph). Der pH-Wert des plättchenförmigen Pigments in wässriger Lösung beträgt vorzugsweise 6 bis 8.

Als geeignete polymere Bindemittel sind insbesondere Acrylat-basierte oder Styrol-/Butadien-basierte Bindemittel zu nennen. Prinzipiell sind alle Polymere, die als Bindemittel für Pigmentstriche in der Papierindustrie verwendet werden können, geeignet. Auch der Einsatz von Bindemitteln auf Stärkebasis (Lösungen modifizierter Stärken, Dispersionen vernetzter Stärken, sog. Biolatices) und Polymer-Stärke-Hybrid-Latices ist möglich.

Das polymere Bindemittel umfasst vorzugsweise ein polymeres Bindemittel auf Basis eines Polyacrylats.

Das polymere Bindemittel umfasst vorzugsweise ein Styrol-Acrylat-Copolymer, vorzugsweise ein Styrol-Butylacrylat-Copolymer, insbesondere ein Styrol-n- Butylacrylat-Copolymer. Ein geeignetes Styrol-n-Butylacrylat-Copolymer ist beispielsweise unter dem Handelsnamen Acronal S 305 FD bekannt.

Die Streichfarbenschicht S3 kann insgesamt ein hydrophober Vorstrich sein.

In einer anderen Ausführungsform ist die Streichfarbenschicht S3 insgesamt hydrophil.

Die Streichfarbenschicht S3 enthält vorzugsweise 5 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, polymeres Bindemittel. Die Menge bezieht sich auf die getrocknete Streichfarbenschicht in dem finalen Produkt.

Die Streichfarbenschicht S3 enthält ferner vorzugsweise 50 bis 95 Gew.-%, bevorzugt 70 bis 90 Gew.-%, anorganisches Pigment. Die Menge bezieht sich auf die getrocknete Streichfarbenschicht in dem finalen Produkt.

Zudem kann die Streichfarbenschicht S3 Additive, wie Verdicker, z.B. Acrylat- basierte Verdicker, Tenside und/oder Rheologiemodifikatoren enthalten. Auch der Einsatz von Vernetzern ist denkbar. Bevorzugt enthält die Streichfarbenschicht einen Zirkoniumbasierten Vernetzer und ist selbst mit Formaldehyd vernetzt.

Diese Additive sind vorzugsweise jeweils in einer Menge von 0 bis 2 Gew.-%, vorzugsweise von größer 0 bis 2 Gew.-%, enthalten, wobei der Wert 0 Gew.-% vorzugsweise ausgeschlossen ist. Die Menge bezieht sich auf die getrocknete Streichfarbenschicht S3 in dem finalen Produkt.

Die Auftragsmenge (ISO 436, 2020-05) der Streichfarbenschicht S3 beträgt vorzugsweise 1 bis 10 g/m ² und besonders bevorzugt 2 bis 6 g/m ² . Die Menge bezieht sich auf den getrockneten Streichfarbenschicht in dem finalen Produkt.

Wird eine solche Streichfarbenschicht S3, auch Vorstrich oder Primer genannt, aufgetragen, so hat dies den Vorteil, dass die Papieroberfläche verschlossen wird und die weitere darauf gestrichene Streichfarbenschicht nur geringfügig in das Papier migriert. Des Weiteren verringert dieser Streichfarbenschicht die mittlere Rautiefe des Basispapiers und bietet einen vorteilhaften Streichfarbenstand (holdout), der sich durch einen flächendeckenden Auftrag und eine definierte Oberflächenenergie auszeichnet, so dass sich eine aufgestrichene Streichfarbenschicht optimal ausbilden kann und mit möglichst wenig Auftrag eine optimale Barriere ausbilden kann, was sich vorteilhaft auf die Kostenstruktur auswirkt Außerdem ist der Vorstrich so beschaffen, dass die Lagenhaftung zwischen Basispapier und der Streichfarbenschicht nicht wesentlich reduziert wird, was für spätere Siegelanwendungen von Bedeutung sein kann.

Die Oberflächenspannung der Streichfarbenschicht S3 beträgt vorzugsweise 15 bis 40 mN/m, insbesondere 22 bis 30 mN/m.

Der polare Anteil der Oberflächenspannung der Streichfarbenschicht S3 beträgt vorzugsweise 10 bis 50 %, insbesondere 15 bis 30 %.

Der disperse Anteil der Oberflächenspannung der Streichfarbenschicht S3 beträgt vorzugsweise 50 bis 90 %, insbesondere 70 bis 85 %.

Die Oberflächenspannung und die jeweiligen Anteile werden dabei wie vorstehend definiert bestimmt.

Für eine gute Benetzung und Lagenhaftung sollte die Oberflächenspannung des Vorstrichs höher oder zumindest polarer sein als die der darauf liegenden Schicht.

Sofern eine Ausführungsform mit einer Schicht S2 vorliegt, kann dies ggf. nicht gewährleistet werden, da die Streichfarbenschicht S2 selbst bereits eine hohe Oberflächenspannung und einen hohen polaren Anteil besitzt. Eine stark polare Streichfarbenschicht S3 würde bei Beschichtung mit einer wässrigen Streichformulierung zu stark quellen, was zu Rissen nach der Trocknung führen könnte. Daher haben sich insbesondere die angegeben Daten zur Oberflächenspannung der Streichfarbenschicht S3 als universelle Grundlage für die direkte Beschichtung der Streichfarbenschicht S1 bzw. der Streichfarbenschicht S2 bewährt.

Die Glätte der Streichfarbenschicht S3 (gemäß Bekk (ISO 5627, 1995-03)) beträgt vorzugsweise 80 bis 200 s vorzugsweise 90 bis 120 s

Die Rauigkeit der Streichfarbenschicht S3 (gemäß Parker-Print-Surf (PPS) DIN ISO 8791-4, 2008-05) beträgt vorzugsweise 2,8 bis 4,0 pm vorzugsweise 3,2 bis 3,6 pm. In einer Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Barrierepapier neben den vorstehend beschriebenen Streichfarbenschichten SI, S2 und S3 noch weitere Schichten umfassen.

50 kann beispielsweise die nicht-beschichtete Seite des Papiers mit einer oder mehreren Beschichtungen versehen werden, die besser bedruckbar sind als die lediglich mit einem Stärkefilm versehene Oberfläche des Basispapiers.

Um insgesamt die Barrieren eines Papiers zu verbessern, können glatte Oberflächen mit Metallen oder Metalloxiden bedampft werden (z. B. über Vakuumdampfphasenabscheidung).

Voraussetzung dafür sind vorzugsweise glatte Oberflächen, wie in diesem Fall die Streichfarbenschicht S2 oder auch die Streichfarbenschicht Sl, oder auch ein glatter Druckstrich auf der unbeschichteten Seite des Barrierepapiers.

Auch sind Barrierelacke bekannt, die z. B. auch ein Weiterverarbeiter flächig oder auch nur auf bestimmte Bereiche aufbringen kann.

Ein Beispiel wäre das Produkt HYDRO-LAC GA Sauerstoffbarrierlack des Herstellers Hubergroup Print Solutions. Dieser Lack kann auf die Streichfarbenschicht Sl oder auf die unbeschichtete Seite des Barrierepapiers, besser noch auf einen glatten Druckstrich aufgebracht werden.

Das Barrierepapier kann als heißsiegelbares Barrierepapier genutzt werden, es besteht jedoch weiter die Möglichkeit, auf eine der beiden Seiten Kaltsiegelkleber aufzutragen, insbesondere wenn das Papier auf einer für Kaltsiegelklebung ausgelegten Verpackungsanlage verwendet werden soll.

Vorzugsweise kann auch eine der beiden Seiten, vorzugsweise die Druckseite mit einem weiteren Heißsiegelkleber ausgestattet werden kann, mit dem Ziel einer Siegelung zwischen Vorder- und Rückseite (A/B-Siegelung).

In einer Ausführungsform umfasst das Barrierepapier die Streichfarbenschichten

51 und S3, wie vorstehend definiert. In einer Ausführungsform umfasst das Barrierepapier die Streichfarbenschichten SI, S2 und S3, wie vorstehend definiert.

Auch hier kann die Streichfarbenschicht S3 wie vorstehend beschrieben, in zwei oder mehreren Beschichtungen aufgetragen werden.

Das erfindungsgemäße Barrierepapier lässt sich wirtschaftlich mit allen bekannten Verfahren der Papierherstellung- und Beschichtung (Filmpresse mit oder ohne Vordosierung, Walzenauftrag, Rakel, Blade, Curtaincoater, Spraycoater) gewinnen.

Es ist jedoch bevorzugt, das erfindungsgemäße Barrierepapier mit einem Verfahren zu gewinnen, bei dem auf das Basispapier, bevorzugt beschichtet mit einer Streichfarbenschicht S3, eine wässrige Suspension oder Lösung, umfassend die Ausgangsmaterialien der jeweiligen Streichfarbenschicht Sl, oder Streichfarbenschichten S2+S1, aufgetragen werden, wobei die wässrige Auftragssuspension oder Lösung einen Feststoffgehalt von 15 bis 55 Gew.-%, bevorzugt von 20 bis 45 Gew.%, aufweist, und mit einem Vorhangbeschichtungsverfahren (Curtain-Coating), im Falle der Streichfarbenschichten S2 + Sl können die beiden Beschichtungen nacheinander mit Zwischentrocknung oder vorzugsweise mit einem Doppelvorhangbeschichtungsverfahren (Double-Curtain-Coating) bei einer Betriebsgeschwindigkeit der Streichanlage von mindestens 100 m/min, bevorzugt > 200 m/min, aufgetragen werden.

Anschließend wird das Barrierepapier vorzugsweise getrocknet, wobei das Trocknen schonend erfolgen sollte, so dass die Bahntemperatur nie die 90°C übersteigt, da ansonsten Siedebläschen entstehen können, die die Qualität der Barrieren verschlechtern oder im Extremfall zerstören. Bewährt haben sich kontaktlose Trocknungen bestehend aus einer Gruppe von Infrarottrocknern, deren Trocknungsleistung individuell eingestellt werden kann, gefolgt von mehreren Heißlufthauben, die ebenfalls individuell eingestellt werden können. Optional kann im Anschluss ein zweiter Abschnitt mit IR-Trocknern eingebaut werden, um eine bessere Verfilmung zu erreichen.

Dieses Verfahren ist insbesondere unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten vorteilhaft und aufgrund des gleichmäßigen Auftrags über die Papierbahn. Wird der Wert des Feststoffgehaltes von etwa 15 Gew.-% unterschritten, dann verschlechtert sich die Wirtschaftlichkeit, da eine große Menge an Wasser durch schonende Trocknung in kurzer Zeit entfernt werden muss, was sich nachteilig auf die Streichgeschwindigkeit auswirkt. Wird auf der anderen Seite der Wert von 55 Gew.-% überschritten, dann führt dies lediglich zu einem erhöhten technischen Aufwand, um die Stabilität des Streichfarben-Vorhangs während des Beschichtungsprozesses und die Trocknung des aufgetragenen Filmes, da die Maschine in diesem Fall wieder sehr schnell laufen muss, zu gewährleisten.

Beim Curtain-Coating-Beschichtungsverfahren (Vorhang beschichtungsverfahren) wird ein frei fallender Vorhang einer Beschichtungsdispersion gebildet. Durch freien Fall wird die in Form eines dünnen Filmes (Vorhangs) vorliegende Beschichtungsdispersion auf ein Substrat „gegossen", um die Beschichtungsdispersion auf das Substrat aufzubringen. Die DE 10 196 052 TI offenbart den Einsatz des Curtain-Coating-Beschichtungsverfahrens bei der Herstellung von Informationsaufzeichnungsmaterialien, wobei mehrschichtige Aufzeichnungsschichten durch Aufbringen des aus mehreren Beschichtungsdispersionsfilmen bestehenden Vorhangs auf Substrate realisiert werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die wässrige entlüftete Auftragssuspension eine Viskosität von etwa 100 bis etwa 400 mPas (Brookfield, 100 U/min, 20 °C) auf. Wird der Wert von etwa 80 mPas unterschritten bzw. der Wert von etwa 500 mPas überschritten, dann führt dies zu einer mangelhaften Lauffähigkeit der Streichmasse am Streichaggregat. Besonders bevorzugt beträgt die Viskosität der wässrigen entlüfteten Auftragssuspension etwa 150 bis etwa 300 mPas.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann zur Optimierung des Verfahrens die dynamische Oberflächenspannung der wässrigen Auftragssuspension auf etwa 35 bis etwa 55 mN/m, bevorzugt auf etwa 38 bis etwa 52 mN/m (gemessen 50 ms nach Blasenbildung) in Anlehnung an die Norm zur Blasendrucktensiometrie (ASTM D 3825-90), wie nachstehend beschrieben), eingestellt werden. Eine bessere Kontrolle über das Streichverfahren erhält man, wenn man die dynamische Oberflächenspannung der Streichfarbe bestimmt und gezielt durch Auswahl des geeigneten Tensids und durch Ermittlung der erforderlichen Tensidmenge einstellt. Die Ausbildung der einzelnen Beschichtungen kann on-line auf einer Papiermaschine mit Streichwerk oder in einem separaten Streichvorgang off-line auf einer Streichmaschine erfolgen. Zu Entwicklungszwecken und zur Herstellung von Prototypen kann das Papier auch im Labormaßstab durch Handrakel und anschließende Trocknung im Trockenschrank hergestellt werden. Die Trocknung kann z. B. analog der zuvor beschriebenen Temperaturbehandlung für 3 min bei 90°C im Trockenschrank erfolgen. Da bei diesem langsamen Trocknungsvorgang die Gefahr der Bildung von Siedebläschen geringer ist, kann auch eine Temperatur von größer 100°C eingestellt werden, vorzugsweise 105°C.

In weiteren Ausführungsformen können die einzelnen Streichfarbenschichten auch mittels der folgenden Verfahren auf das Basispapier aufgebracht werden:

Eine Streichfarbenschicht kann mittels Druckverfahren (z. B. Flexodruck und Tiefdruck) auf das Basispapier und/oder auf bereits vorliegende Streichfarbenschichten aufgebracht werden.

Die Streichfarbenschicht kann wasserfrei als Schmelze mittels Extrusion auf das Basispapier und/oder auf bereits vorliegende Streichfarbenschichten aufgebracht werden.

Diese Technik hat den Vorteil, dass damit deutlich mehr Material aufgetragen werden kann, was aber nur dann von Interesse ist, wenn das Gesamtprodukt nicht als Papier recycelbar zu sein braucht. Nachteile sind dagegen niedrigere Auftragsgeschwindigkeiten, höherer Energieverbrauch und ein höheres minimales Auftragsgewicht.

Die Streichfarbenschicht kann mittels Laminierung bzw. Kaschieren von Papier, z.B. in Form von Kunststofffolien auf das Basispapier und/oder auf bereits vorliegende Streichfarbenschichten, aufgebracht werden.

Die Streichfarbenschichten können auch nacheinander über mehrere Applikationsschritte aufgebracht werden. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Barrierepapier, welches mit den vorstehend geschilderten Verfahren erhältlich ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich auch die Verwendung eines Barrierepapiers wie vorstehend beschrieben als Verpackungsmaterial oder als Bestandteil von Verpackungsmaterial, insbesondere heißsiegelbarem Verpackungsmaterial aber auch durch Auftrag von Kaltsiegellack oder anderen Medien zum Verschließen von flexiblen Verpackungen, vorzugsweise für Lebensmittel, insbesondere zum Verpacken von fettigen und feuchteempfindlichen Lebensmitteln, Genussmittel wie Tabak, Kaffee, Tee, Heilkräuter, sowie Haushaltsartikel, Kosmetikprodukte, sonstige feuchteempfindliche Konsumgüter wie Waschpulver, Kaffeepads, Damenbinden, Babywindeln und Taschentücher und zu deren Schutz vor Mineralöldämpfen aus der Umgebung.

Das erfindungsgemäße Barrierepapier kann dabei auf allen gängigen Verpackungsanlagen eingesetzt werden. Zu nennen wären hier beispielsweise vertikale und horizontale Schlauchbeutelmaschinen (Form-Fill-Seal) zur Herstellung von u.a. Standbeuteln, Flowpacks oder Pillowpacks, Luftplosterbeutel bzw. Kissen als Ersatz für Kunsstoffluftpolsterbeutel bzw. -Kissen Maschinen, die zwei Bahnen gleicher oder verschiedener Materialien zusammenführen und durch Heißsiegelung verbinden, z. B. auch Traysealer, Kammerbandmaschinen (auch mit Vakuum), Beutelfüll- und verschließmaschinen, Tiefziehverpackungsmaschinen, Linearfüllmaschinen, die zum Verschließen Lids durch Heißsiegelung anbringen, Einschlagmaschinen mit finalem Heißsiegelschritt, Blisterverpackungsmaschinen und X-Fold-Verpackungsmaschinen.

In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das erfindungsgemäße beschichtete Papier auf Karton oder Pappe aufgebracht, insbesondere durch Kaschieren, Laminieren oder Verkleben.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner auch ein Verpackungsmaterial, insbesondere ein heißsiegelbares Verpackungsmaterial, bestehend aus oder umfassend ein(em) Barrierepapier wie vorstehend beschrieben Die Erfindung wird nachfolgend anhand nicht beschränkender Beispiele im Detail erläutert.

Beispiele

Für die Vergleichsbeispiele 1 bis 3 und die Beispiele 1 bis 5 wurden Basispapiere aus einer Produktionslinie verwendet.

Auf der dazugehörigen Papiermaschine wurde das reine Basispapier hergestellt (38 Gew.-% Langfaser, 57 Gew.-% Kurzfaser, 5 Gew.-% Calciumcarbonat als Füllstoff, vollgeleimt mit Alkylketendimer auf Wassercobb 25 g/m ² ), geglättet mittels eines Glättwerks und mit einer Filmpresse beidseitig enzymatisch teilweise abgebaute kationisch modifizierte Kartoffelstärke (ca. 1 g/m ² ) aufgetragen.

Die Papiermaschine ist mit einem Glättzylinder (Yankee-Zylinder) ausgestattet und damit in der Lage, einseitig glattes Papier herzustellen.

Als zweiter Schritt wurde dieses Papier auf einer Produktionsstreichmaschine mit einer Streichfarbenschicht S3 versehen, die mittels Bladecoater auf die weniger glatte Seite, die beim Glättvorgang auf der vom Glättzylinder abgewandten Seite lag, aufgetragen wurde (Vergleichsbeispiele 1 bis 3 und Beispiele 1 bis 3).

Für die Beispiele 4 und 5 wurde die Streichfarbe S3 in zwei Schritten aufgetragen. 4 g/m ² wurden bereits auf der Papiermaschine online auf die weniger glatte Seite aufgetragen, während weitere 4 g/m ² wie in den vorhergehenden Beispielen und Vergleichsbeispielen mittels Bladecoater unmittelbar darauf aufgetragen wurden

Für die Vergleichsbeispiele 1, 2 und 3 wurden die Streichfarbenschicht S2 und danach unmittelbar auf die Streichfarbenschicht S2 einzeln die Streichfarbenschicht S1 in getrennten Beschichtungsversuchen auf einer Pilotstreichanlage beide mittels Curtain-Coater aufgebracht.

Beim Vergleichsbeispiel la sowie den Beispielen 4 und 5 wurde die Streichfarbenschicht S1 in gleicher Weise direkt auf die Streichfarbenschicht S3 aufgetragen.

Die Trocknungseinheit besteht aus einer Reihe von elektrischen Infrarottrocknern, gefolgt von einem Block Lufthauben (Heißlufttrocknung). Die Angaben zur Länge der Trockenstrecken, zur Bahntemperatur der Papieroberfläche und zur Verweilzeit im jeweiligen Trockenbereich können den Tabellen 1 und 2a entnommen werden, wobei die Herstellungsparameter nur für den Auftrag der Streichfarbenschicht S1 angegeben werden

Die Beispiele 1, 2 und 3 wurden auf einer Produktionsstreichmaschine ebenfalls mittels Curtain-Coater hergestellt. Auch dort besteht die Trocknungseinheit aus einem Block von Infrarottrocknern, hier jedoch mit Erdgas betrieben, wiedergefolgt von einem Block bestehend aus Lufthauben. Beispiel 2 enthält keine Streichfarbenschicht S2. Die Streichfarbenschicht S1 wird unmittelbar auf die Streichfarbenschicht S3 aufgetragen. Während die Beispiele 1 und 3 noch eine Streichfarbenschicht S2 beinhalten.

Die Angaben zur Länge der Trockenstrecken, zur Bahntemperatur der Papieroberfläche und zur Verweilzeit im jeweiligen Trockenbereich können der Tabelle 2 entnommen werden, wobei die Herstellungsparameter nur für den Auftrag der Streichfarbenschicht S1 angegeben werden. Die Trocknung der Streichfarbenschicht S2 ist anspruchsloser, so dass sich keine Unterschiede der Mineralöl- und Fettbarriere zwischen der Herstellung auf der Pilot- oder Produktionsstreichanlage ergeben.

Herstellung der Streichfarbe S1 (Vergleichsbeispiele 1 bis 3 und Beispiele 1 bis 3) (Rezept von Pilotanlage, für Produktionsanlage identisch hochskaliert) Wässrige Auftragssuspensio mit einem Feststoffgehalt von 20 bis 60%:

Es werden 38,1 kg Wasser vorgelegt und mit 452,8 kg Styrolacrylat/Methyl- acrylat/Butylacrylat/Ethylhexylacrylat 97,8 Gew.-% und Bienenwachs 2,0 Gew.-%, im Falle von Vergleichsbeispiel 3 Styrolacrylat/Methyl- acrylat/Butylacrylat/Ethylhexylacrylat 91,82 Gew.-% und Bienenwachs 8,0 Gew.- % vermischt. Als Additive folgen 0,523 kg des Dehnrheologiehilfsmittels Sterocoll DF 4 (BASF SE, Polyacrylamid, W/O-Emulsion) und 0,188 kg des Entschäumers Genapol PF 10 (Clariant Produkte (Deutschland) GmbH, Polymerisationsprodukt aus Propylenoxid und Ethylenoxid). Es ergibt sich ein pH-Wert von ca. 8,5 und eine Viskosität (Brookfield) von ca. 160 mPas.

Herstellung der Streichfarbe S 1 (Beispiele 4 und 5):

Wässrige Auftragssuspension mit einem Feststoffgehalt von 20 bis 60%: Es werden 16 kg Wasser vorgelegt und mit 267 kg einer wässrigen Suspension bestehend aus 90 Teilen eines carboxylierten Styrol-Butadien-Polymers und 10 Teilen eines Paraffinwachses mit Kettenlängen C 21 - C 38 vermischt. Als Verdicker folgen Lösungen von 6,5 kg Polyvinylalkohol des Typs 8-88 und 15,6 kg Polyvinylalkohol des Typs 28-99. Als Additive folgen 0,2 kg des Dehnrheologiehilfsmittels Sterocoll DF 4 (BASF SE, Polyacrylamid, W/O-Emulsion) und 0,7 kg des Entschäumers Genapol PF 10 (Clariant Produkte (Deutschland) GmbH, Polymerisationsprodukt aus Propylenoxid und Ethylenoxid). Als Tensid werden 1,7 kg Dynawet 2050 (CTP GmbH), eine nicht-ionische Tensidzubereitung mit CAS-# 160875-66-1 als Hauptwirkstoff, zugegeben. Es ergibt sich eine Viskosität von 230 mPas und ein pH-Wert von 6,5.

Herstellung der Streichfarbe S2: (Rezept von Pilotanlage, für Produktionsanlage identisch hochskaliert).

Es werden 77 kg Wasser vorgelegt und mit 228,6 kg Epotal SP 101 D (BASF SE, Polyacrylat mit stärkebasiertem Schutzkolloid) vermischt. Als Additive folgen 0,957 kg des Verdickers Texturecel 100 GA (DDP Specialty Products Germany GmbH, Carboxymethylcellulose), 0,081 kg des Dehnrheologiehilfsmittels Sterocoll DF 4 und 0,210 kg des Entschäumers Genapol PF 10. Durch Zugabe von Natronlauge wird ein pH-Wert von 8,8 eingestellt, und es resultiert eine Viskosität (Brookfield) von ca. 200 mPas.

Beide Streichfarben sind für Curtain-Coater geeignet und werden im Arbeitsbehälter der Streichmaschinen vor dem Streichen durch Vakuum entlüftet.

Herstellung der Streichfarbe S3:

Die Zusammensetzung ergibt sich aus der Tabelle 1: Für den Fachmann sind diese Angaben ausreichend, um eine streichbare Beschichtungsmasse herzustellen.

Die Zusammensetzung der jeweiligen Streichfarbenschichten, die Trocknungsparameter und die ermittelten Eigenschaften der Barrierepapiere sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefasst. Beschreibung der Messmethoden, zu denen keine Norm bekannt ist bzw. eigene Prozeduren entwickelt wurden:

Heißsiegelbarkeit: Während die Prüfung der Siegelnahtfestigkeit einer bereits bestehenden Siegelnaht durch z. B. DIN 55529: 2012-09 klar definiert ist, gibt es keine genormte Methode, mit der man die Eignung eines Materials zur Heißsiegelbarkeit zu prüfen hat. Das liegt offensichtlich daran, dass Verpacker bevorzugt eigene Eingangskontrollen für heißsiegelbare Folien oder Papiere angepasst an ihre Verpackungsanlagen entwickeln.

Aufgrund von Brancheninformationen wurden verhältnismäßig kritische Siegelbedingungen angewandt (Siegeldauer 0,3 s, Siegeldruck 3,33 bar, glatte Siegelbacken). Die Siegelbarkeit wird so geprüft, dass die beiden siegelbaren Beschichtungen eines Papieres gegen sich selbst gesiegelt werden. Zur Ermittlung der optimalen Siegeltemperatur werden Prüflinge hergestellt, die bei verschiedenen Temperaturen der Siegelbacken (100- 200°C) gesiegelt wurden.

Hot-Tack (Heißnahtfestigkeit): Wird durchgeführt entsprechend DIN 55571-2- Verfahren C. Zusätzlich ist anzumerken, dass dieselben Siegelbedingungen wie bei der Prüfung der Heißsiegelbarkeit gelten. Als Abkühlzeit zwischen Siegelung und Kraftmessung wurden 80 ms gewählt. Die Kraftmessung erfolgt über eine Zuglänge von 80 mm.

Palmkernfetttest nach DIN 53116: Es wurde die Prüfbedingung I (Druck 2000 N/m ² und Einwirkdauer > 24 h gewählt, Praxis 25 h). Als Anzeigepapier wird die Druckseite eines CIS-Papiers der Marke NexCoat-Smart 60 g/m ² (Koehler Paper SE) verwendet.

Prüfung des Palmkernfetttest an einem geknickten Papier: Bei geknickten Proben wird ein Knick von 180° mit einer Walze erzeugt, die auf den entstehenden Knick eine Belastung von 330 g/cm ausübt und bei denen sich die Beschichtung innen (Innenknick) oder außen (Außenknick) befinden kann.

Hexandurchlässigkeit (HVTR, hexane vapor transmission rate): Hierbei wird n- Hexan in einen Becher (lösemittelbeständig) gefüllt, mit dem Prüfling dicht verschlossen und die Gewichtsabnahme über die Zeit verfolgt. Die Prüfung erfolgt bei 23°C und 50% Luftfeuchtigkeit. Die beschichtete Seite weist nach innen zur Hexandampfatmosphäre. Entsprechende Becher mit PTFE-Dichtungen sind im Fachhandel erhältlich.

Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit nach ISO/FDIS 2528: Auch hier ist anzumerken, dass die beschichtete Seite des Prüflings zum Trockenmittel hinzeigt.

Abhängigkeit der Wasserdampfdurchlässigkeit der Beschichtung von Fettkontakt: Der Prüfling wird zunächst analog DIN 53116 2003-02 einem Palmkernfetttest unterzogen. Die entsprechenden Prüfbedingungen sind angegeben. Am Ende der Einwirkzeit, nach Abwischen des Fetts, wird von dem Papier die Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR) nach ISO/FDIS 2528 bestimmt. Nach dem Abwischen des Fetts (welches standardmäßig einen roten Farbstoff enthält), bleibt ein gewisser Teil in oder auf der Wasserdampfbarrierebeschichtung. Dies führt aber zu keiner weiteren Veränderung der WVTR, da sich im Verlauf der Messung eine konstante Wasserdampfdurchlässigkeit einstellt.

Die Bestimmung der dynamischen Oberflächenspannung der trockenen Papierbeschichtungen wird in der Beschreibung erläutert.

Zu den Tabellen 1, 2 und 2a:

Die mit * markierten Spalten enthalten die Messwerte des jeweils links angegeben Papiers nach einer 3-minütigen Behandlung im Heißlufttrockenschrank bei 105°C Verwendet wurde ein Trockenofen der Binder Typ E 115 mit folgenden Innenmaßen Breite x Höhe x Tiefe: 60 x 48 x 40 cm (Innenvolumen 115 dm ³ ), Trockenofentemperaturbereich: 0 - 250°C, natürliche Konvektion, kein Umluftgebläse). Im Ofen befindet sich in mittlerer Höhe ein Metallgitter und ein darauf liegender Karton von ca. 2 mm Dicke. Nun wird der Ofen wird mindestens 30 min auf 105°C vorgeheizt. Während des kurzzeitigen Öffnens der Tür (< 2 s) wird der Prüfling auf den Karton gelegt. Nach 3 min entnimmt man den Prüfling und klimatisiert ihn für mindestens 12 h bei 23°C und 50% r.F, bevor weitere Messungen vorgenommen werden. Tabelle 1: Vergleichsbeispiele

* Nachtrocknung: 105 °C, 3 min

** keine Streichfarbenschicht S2

Tabelle 2: Beispiele

* Nachtrocknung: 105 °C, 3 min

** keine 2. Streichfarbenschicht

Tabelle 2a: Beispiele

* Nachtrocknung: 105 °C, 3 min

Beispiel 2: (Beispiel 2 aus Tabelle 1)

Es wurde ein weiteres erfindungsgemäßes heißsiegelbares Papier mit Wasserdampfbarriere für flexible Verpackungen geprüft.

Das Papier eignet sich für verschiedene Anwendungsmöglichkeiten als Sekundärverpackung und Primärverpackung, insbesondere für Produkte aus den Bereichen Food und Non-Food, die eine Wasserdampfbarriere erfordern.

Vorteile des Papiers sind:

- Ohne optische Aufheller

- Wasserdampfbarriere für optimalen Produktschutz

- Gute Siegelbarkeit

- Hervorragende Festigkeitseigenschaften

- Geeignet für den direkten Lebensmittelkontakt

- 100 % Frischfaserzellstoff

- Sehr gute Laufeigenschaften auf Converting und Verpackungsanlagen

- Recyclierbar im Papierkreislauf

- Besonders geeignet für Flexo-, Tief- und Digitaldruck

Die Eigenschaften des Papiers sind in der nachfolgenden Tabelle 3 zusammengefasst.

Tabelle 3: Beispiel 3: (Beispiel 1 aus Tabelle 1)

Es wurde ein weiteres erfindungsgemäßes heißsiegelbares Papier aus Frischfaserzellstoff mit Barrieren gegen Wasserdampf, Fett und Mineralölrückstände geprüft.

Das Papier eignet sich für verschiedene Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Tabakindustrie für besonders anspruchsvolle Tabakprodukte.

Vorteile des Papiers sind:

- Hoher Weißegrad

- Ohne optische Aufheller

- Glatte Oberfläche

- Gute Siegelbarkeit

- Sehr gute Aromabarriere

- Hohe Knick-Bruch-Beständigkeit

- Hervorragende Festigkeitseigenschaften

- Geeignet für den direkten Lebensmittelkontakt

- 100 % Frischfaserzellstoff

- Hervorragender Druck- und Lackstand

- Sehr gute Laufeigenschaften auf Converting und Verpackungsanlagen

- Besonders geeignet für Flexo- und Tiefdruck

Die Eigenschaften des Papiers sind in der nachfolgenden Tabelle 4 zusammengefasst.

Tabelle 4:

Beispiel 4: (Beispiel 1 aus Tabelle 1)

Es wurde ein weiteres erfindungsgemäßes heißsiegelbares Papier mit Wasserdampfbarriere für flexible Verpackungen geprüft.

Das Papier eignet sich für verschiedene Anwendungsmöglichkeiten als Sekundärverpackung und Primärverpackung für Tabakprodukte wie Tabak- Volumenbeutel, Tabakbeutel und gestrichene Tabakinnerliner mit Barriere.

Vorteile des Papiers sind:

- Ohne optische Aufheller

- Wasserdampfbarriere für optimalen Produktschutz

- Gute Siegelbarkeit

- Hervorragende Festigkeitseigenschaften

- Geeignet für den direkten Lebensmittelkontakt

- 100 % Frischfaserzellstoff

- Sehr gute Laufeigenschaften auf Converting und Verpackungsanlagen

- Recyclierbar im Papierkreislauf

- Besonders geeignet für Flexo- und Tiefdruck

Die Eigenschaften des Papiers sind in der nachfolgenden Tabelle 5 zusammengefasst.

Tabelle 5: Beispiel 5: (Beispiel 1 aus Tabelle 1)

Es wurde ein weiteres erfindungsgemäßes fettresistentes heißsiegelbares Papier aus Frischfaserzellstoff mit einer Wasserdampfbarriere und einer Mineralölbarriere geprüft.

Das Papier eignet sich für verschiedene Anwendungsmöglichkeiten bei flexiblen Verpackungen für trockene und pulvrige Füllgüter aus dem Bereich Food und Non Food.

Vorteile des Papiers sind:

- Hoher Weißegrad

- Ohne optische Aufheller

- Glatte Oberfläche

- Gute Siegelbarkeit

- Hohe Knick-Bruch-Beständigkeit

- Hervorragende Festigkeitseigenschaften

- Geeignet für den direkten Lebensmittelkontakt

- 100 % Frischfaserzellstoff

- Hervorragender Druck- und Lackstand

- Sehr gute Laufeigenschaften auf Converting und Verpackungsanlagen

- Besonders geeignet für Flexo-, Tief- und Digitaldruck

Die Eigenschaften des Papiers sind in der nachfolgenden Tabelle 6 zusammengefasst.

Tabelle 6: