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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Papier, Karton oder ähnlichen Materialien, um diese wasserabweisend zu machen, wobei eine Beschichtungslösung oberflächlich auf das Material aufgebracht wird, die Molke enthält.
In vielen Bereichen der Technik ist es erforderlich, saugfähige Materialien so zu behandeln, dass diese möglichst wasserabweisend sind. Dies betrifft beispielsweise Papier, Karton oder andere Produkte, deren Eigenschaften sich durch Wasseraufnahme in nachteiliger Weise verändern. An eine solche Beschichtung werden in den meisten Fällen vielerlei Ansprüche gestellt, wie - einfache und kostengünstige Anwendbarkeit; - möglichst geringer Beeinflussung der Oberfläche des Materials; - möglichst geringe Beeinflussung der Luftdurchlässigkeit; - Dauerhaftigkeit ; - hohe Wirksamkeit, d. h. möglichst geringe Wasseraufnahme unter Feuchtigkeitseinfluss.
Zusätzlich zu den obigen Kriterien wird in zunehmenden Masse auch eine ökologische Verträglichkeit verlangt, die die Benutzung von giftigen oder umweltschädlichen Stoffen ausschliesst, um keine Beeinträchtigung der Recyclierbarkeit der behandelten Materialien zulässt.
Es ist bekannt, Beschichtungslösungen zu verwenden, die hauptsächlich auf der Basis von Molke aufgebaut sind. Molke ist ein bekanntes Naturprodukt, das im Wesentlichen aus Fett, Eiweiss und Mineralstoffen sowie Wasser besteht. Beispielsweise wird hierbei auf die GB 2 326 115B, die EP 0 845 060 B und die US 2001/0050150 A1 verwiesen. Bei Molke handelt es sich um ein Naturprodukt, das hervorragende ökologische Eigenschaften aufweist und bei richtiger Anwendung eine relativ hohe Wirksamkeit im Hinblick auf die Wasseraufnahme gewährleistet. Nachteilig bei den bekannten Verfahren ist jedoch, dass die Beschichtungslösung entweder heiss aufgetragen werden muss oder das beschichtete Material nach der Beschichtung einer Wärmebehandlung unterzogen werden muss, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.
Dies macht die Verfahren aufwendig und kann bei empfindlichen Materialien zu einer Qualitätsbeeinträchtigung führen. Ausserdem wird bei den bekannten Verfahren eine oberflächliche Schicht auf das Material aufgebracht, so dass sich die Oberfläche in bisweilen unerwünschter Weise verändert. Dies hat ausserdem den Nachteil, dass bei mechanischer Beanspruchung der Oberfläche die Gefahr besteht, dass die Wirksamkeit der Beschichtung verloren geht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren anzugeben, das die oben aufgestellten Kriterien in optimaler Weise erfüllt.
Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass die Beschichtungslösung vor dem Aufbringen auf einen pH-Wert zwischen 7 und 14, vorzugsweise zwischen 8 und 11 und besonders vorzugsweise auf etwa 9 eingestellt wird und danach erwärmt wird. Überraschenderweise ergibt sich aus der Kombination der Einstellung des pH-Wertes und der Wärmebehandlung der Beschichtungslösung vor dem Aufbringen eine wesentliche Verbesserung der Produkteigenschaften. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führen dies darauf zurück, dass durch die erfindungsgemässe Behandlung der Beschichtungslösung eine spezifische Denaturierung der Molke erfolgt.
Diese Denaturierung bewirkt, dass die Beschichtungslösung beim Auftragen wesentlich tiefer in die Poren der des Grundmaterials eindringt, und damit nicht eine oberflächliche Beschichtung erzeugt, sondern eine tiefer gehende Behandlung der beschichteten Materialien. Daher ist die so erzielte Beschichtung wesentlich robuster als bei Verfahren nach dem Stand der Technik, da auch mechanische Beeinflussungen der Oberfläche der Materialien nicht unmittelbar zu einer Zerstörung der Beschichtung führen.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass das beschichtete Material zwar bei Bedarf wärmebehandelt werden kann, jedoch in keiner Weise wärmebehandelt werden muss. Die Temperatur, bei der die Erwärmung der Beschichtungslösung vor dem Auftragen erfolgt, liegt im Allgemeinen zwischen 40 C und 180 C, vorzugsweise zwischen 60 C und 120 C und besonders vorzugsweise bei etwa 80 C. Bei einer Erwärmung auf etwa 80 C beträgt die Dauer der Wärmebehandlung beispielsweise drei Stunden. Bei entsprechend höheren Temperaturen kann sich die Dauer der Wärmebehandlung bis auf etwa 1 Minute verringern, bei niedrigeren Temperaturen können in Einzelfällen auch fünf Stunden erforderlich sein. Bei Anwendung besonderer Verfahren, die mit der Herstellung von UHT-Milch vergleichbar sind, kann die Dauer der Wärmebehandlung auf wenige Sekunden reduziert werden.
Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass der eigentliche Denaturierungs-
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vorgang der Molke nach Einstellung des pH-Wertes und Erwärmung, jedoch vor der Beschichtung der saugfähigen Materialien nicht oder zumindest nicht vollständig stattfindet. Erst im Zuge der Beschichtung wird die Denaturierung vollzogen bzw. abgeschlossen, wodurch die wasserabweisende Wirkung erzielt wird. Die Tatsache dürfte auch ein Grund dafür sein, dass die Lösung tiefer in die zu beschichtenden Materialien eindringt, wodurch die oben dargestellten Vorteile erreicht werden.
Weiters betrifft die vorliegende Erfindung eine Beschichtungslösung zur Beschichtung von Papier, Karton oder ähnlichen Materialien, um diese wasserabweisend zu machen, die im Wesentlichen aus denaturierter Molke besteht. Die erfindungsgemässe Beschichtungslösung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungslösung auf einen pH-Wert zwischen 7 und 11, vorzugsweise auf 9 eingestellt ist. Vorzugsweise wird die Einstellung des pH-Wertes durch Zugabe von Natronlauge vorgenommen.
In weiterer Folge betrifft die vorliegende Erfindung auch beschichtetes Papier bzw. beschichteten Karton.
In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand einiger Beispiele näher erläutert. Die Fig. 1 bis 5 zeigen Diagramme, die die Versuchsergebnisse darstellen.
Beispiel: Beschichtung von Karton
Es wurden insgesamt zwei Pappenchargen untersucht:
Charge 2.1.1, eine Pappe niedriger Qualität und
Charge 2.1.2 eine Pappe hoher Qualität
Die beiden Pappenchargen wurden getaucht, bis etwa 0,4 g der Beschichtungslösung (entweder 10 % Ovalbuminlösung ca. 55% Reinheit oder Vollmolke) aufgetragen waren (ca. 15 s Tauchzeit). Nach einer kurzen Antrocknungszeit (ca. 10 - 15 min) wurden die Proben in einem Wärmeschrank bei 180 C über 5 Minuten bzw. 15 Minuten getrocknet, abkühlen gelassen und bei 23 C / 50 % r.F. gelagert. Zusätzlich wurde die M9-Lösung über 3 Stunden gekocht und Pappen damit beschichtet, um den Einfluss der Kochzeit auf die wasserresistente Wirkung zu erfassen.
Aus der nachfolgenden Tabelle sind die einzelnen Probenchargen der weiteren Untersuchungen zu entnehmen. Dabei stellen die Proben 0-1,0-2, 0-3 und 1-5 Proben dar, die nach Verfahren nach dem Stand der Technik durchgeführt sind, während Probe Nr. 6 nach dem erfindungsgemä- #en Verfahren behandelt worden ist.
Tabelle 1: Probenplan der behandelten Pappen der Charge 2.1.1 und 2.1.2
EMI2.1
<tb>
<tb> Probenbezeichnung <SEP> Trockenzeit <SEP> bei <SEP> 180 <SEP> C
<tb> 0 <SEP> Minuten <SEP> 5 <SEP> Minuten <SEP> 15 <SEP> Minuten
<tb> 0-1 <SEP> X
<tb> z <SEP> 0-2 <SEP> X
<tb> 0-3 <SEP> X
<tb> 1 <SEP> X
<tb> Oval <SEP> 2 <SEP> X <SEP> -
<tb> 3- <SEP> X
<tb> Molke
<tb> 4 <SEP> - <SEP> X <SEP> -
<tb> 5 <SEP> - <SEP> - <SEP> X
<tb> M9 <SEP> 6 <SEP> X <SEP> -
<tb>
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Die Bestimmung des Cobbeo-Wertes erfolgte i.A. an ÖN EN 20535 nach Tabelle 1 an beiden Chargen von jeweils der selben Seite der Pappen um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wobei jeweils eine Doppelbestimmung durchgeführt wurde.
Bei der Charge 2. 1.1 wurden beide Probenseiten getrennt geprüft, um den Einfluss einer hohen und niedrigen Wasseraufnahme der Ausgangspappe auf die wasserabweisende Wirkung der mit Molke beschichteten Proben zu ermitteln. Die Charge 2. 1.2 wurde gewählt um die Grenze der wasserabweisende Wirkung der mit Molke beschichteten Proben bei bereits niedrigen Wasseraufnahmen der Ausgangspappe zu erfassen. Hier wurde nur eine Seite ausgewählt und geprüft, da die Cobb-Werte beider Seiten ähnlich hoch waren. Es wurden alle Proben vor der Bestimmung der Wasseraufnahme bis zur Gewichtskonstanz bei 23 C / 50 % r.F. klimatisiert.
Prüfklima: 23 C / 50 % r. F. Die Ergebnisse sind im Diagramm von Fig. 1 zusammengefasst.
Gezeigt sind die Cobbeo-Werte der behandelten Proben der Charge 2. 1.1 (Pappe niedriger Qualität) aus Tabelle 1 (Prüfseite mit hoher Wasseraufnahme der Ausgangspappe).
Fig. 2 zeigt ein Diagramm der Cobbeo-Werte der behandelten Proben der Charge 2.1.1 aus Tabelle 1 (Prüfseite mit niedriger Wasseraufnahme der Ausgangspappe) und Fig. 3 ein Diagramm der Cobbso-Werte der behandelten Proben der Charge 2.1.2 (Pappe höherer Qualität) aus Tabelle 1.
Es wurde das Nullmuster und die behandelten Pappenchargen nach Gewichtskonstanz für 24 h vollständig in ein mit Wasser befülltes Behältnis getaucht, danach die Proben entnommen und zwischen 2 Löschpapieren das überschüssige Wasser mit der Walze aus dem Cobb-Verfahren durch einmaliges Hin- und Herrollen abgenommen. Die sich dabei ergebene Massezunahme wurde mit einer Laborwaage Sartorius CP 324 S, Gerätenr.: 2200 ermittelt und in Prozent der Trockenmasse festgehalten.
Das Diagramm von Fig. 4 zeigt die Wasseraufnahme der behandelten Pappen der Charge 2. 1.1 über 24 h, und das Diagramm von Fig. 5 Wasseraufnahme der behandelten Pappen der Charge 2. 1.2 über 24 h.
Die Beschichtung unbehandelter Pappe mit der M9-Lösung ergab Cobb-Werte von 42 bzw.
51 g/m2 abhängig von der Probenseite, wodurch eindeutig die wasserabweisende Wirksamkeit dieser Lösung und vor allem des Behandlungsschrittes belegt wurde.
Die Wasseraufnahme der Pappen der Charge 2. 1.1 über 24 h zeigten, dass die unbehandelte Ovalbuminbeschichtung im Vergleich zur Nullprobe eine Verbesserung um 8 % und die M9-Lösung eine Verbesserung um 30 % erwirkte. Die wärmebehandelten Ovalbumin- und Molkebeschichtungen zeigten ähnlich hohe Wasseraufnahmen, welche max. 20 % geringer waren als jene der vergleichbaren Nullproben. Bei der Charge 2. 1.2 wurden keine signifikanten Verbesserungen der Wasseraufnahme aufgrund der Ovalbuminbeschichtung bzw. der M9-Lösung erkannt. Bei objektiver Betrachtung der Proben viel auf, dass die mit Ovalbumin behandelten Proben sehr steif waren, die Lösung aber in die Pappen eindrang. Die mit Molke beschichteten Pappen zeigten diese enorme Festigkeitszunahme nicht.
Die wasserresistente Wirkungsweise von Ovalbuminbeschichtungen und jene von Vollmolkebeschichtungen bei saugfähigen Materialien ist nicht ident und zeigte grosse Eigenschaftsunterschiede auf.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Beschichtung von Papier, Karton oder ähnlichen Materialien, um diese was- serabweisend zu machen, wobei eine Beschichtungslösung oberflächlich auf das Material aufgebracht wird, die Molke enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungslö- sung vor dem Aufbringen auf die saugfähigen Materialien auf einen pH-Wert zwischen 7 und 14, vorzugsweise zwischen 8 und 11 und besonders vorzugsweise auf etwa 9 einge- stellt wird und danach erwärmt wird.