СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УПАКОВОЧНОГО МАТЕРИАЛА С ПОКРЫТИЕМ С ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНИМ БАРЬЕРНЫМ СЛОЕМ ДЛЯ ГИДРОФОБНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
METHOD FOR PRODUCTION OF PACKING MATERIAL COATED WITH AT LEAST ONE BARRIER LAYER FOR HYDROPHOBIC COMPOUNDS

Изобретение относится к способу получения упаковочного материала с нанесенным покрытием, а также упаковочного материала с по меньшей мере одним барьерным слоем для гидрофобных соединений.
Недавно стала известной проблема, связанная с упаковкой на основе целлюлозы, которая заключается в переходе (миграции) компонентов минеральных масел из упаковочного материала в упакованный продукт. При этом в упаковочных материалах на основе целлюлозы компоненты минеральных масел происходят чаще всего из газетных и упаковочных печатных красок основанных на макулатуре переработанных материалов, которые в упаковочной области по экологическим причинам применяются в непрерывно растущем объеме. Имеющиеся в переработанных материалах компоненты минеральных масел при известных условиях могут накапливаться в упакованном продукте, который хранится без дополнительной упаковки в упаковочном материале.
Из уровня техники известны различные упаковочные материалы с барьерными слоями от гидрофобных соединений. Например, в DE 69532378 T2 раскрывают ткань из целлюлозных волокон, которая в качестве барьерного слоя имеет слой, который обладает непрерывным расположением направленных случайным образом целлюлозных волокон, а также содержащий циклодекстрин слой, причем содержащий циклодекстрин слой со своей стороны действует как барьерный слой или ловушка против прохода проникающих гидрофобных соединений, таких как, например, минеральные масла, ароматические углеводороды, печатные краски и подобные.
Недостатком известных упаковочных материалов является то, что они относительно дороги и требуют больших затрат при получении.
Задачей данного изобретения является создание простого и не требующего больших затрат способа получения упаковочного материала на основе целлюлозы с барьерным слоем для гидрофобных соединений. Следующей задачей данного изобретения является создание упаковочного материала, получаемого простым способом и без больших затрат, на основе целлюлозы с барьерным слоем для гидрофобных соединений.
Согласно данному изобретению данную задачу решают с помощью способа по п. 1 формулы изобретения для получения упаковочного материала с покрытием, а также с помощью упаковочного материала по п. 11 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления с целесообразными усовершенствованиями данного изобретения указаны в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения, при этом предпочтительные варианты осуществления способа следует также рассматривать как предпочтительные варианты осуществления упаковочного материала и наоборот.
Согласно данному изобретению способ получения упаковочного материала с покрытием включает по меньшей мере следующие стадии: a) получение подложки, которая включает основной материал из целлюлозы, внешнюю сторону, повернутую от продукта, который упаковывают, а также внутреннюю сторону, повернутую к продукту, который упаковывают, b) покрытие внутренней стороны подложки по меньшей мере одним слоем водной композиции, которая содержит по меньшей мере поливиниловый спирт и сшивающее средство и имеет содержание твердых веществ самое большее 25 мас.%, и с) сушку слоя и сшивание поливинилового спирта с помощью сшивающего средства с образованием барьерного слоя для гидрофобных соединений. При этом под основным материалом из целлюлозы в рамках данного изобретения понимают материал, который по меньшей мере преобладающим образом, что означает по меньшей мере на 51%, в частности, по меньшей мере на 75% и предпочтительно по меньшей мере на 90%, состоит из целлюлозы, при этом в рамках данного изобретения данные в процентах принципиально понимают как массовые проценты, если только не указано по другому. Основной материал принципиально может не иметь покрытия или уже быть покрытым одним или несколькими слоями, причем по меньшей мере на внутренней стороне предпочтительно основной материал не имеет покрытия. Например, основной материал может представлять собой мелованную или немелованую бумагу, мелованный или немелованый картон или мелованный или немелованый плотный картон. Под поливиниловым спиртом в рамках данного изобретения понимают термопластичный полимер, который по меньшей мере преобладающим образом состоит из соединенных голова к голове и/или голова к хвосту мономеров общей формулы
В рамках данного изобретения применяемые поливиниловые спирты, например, получают известным способом гидролиза сложных виниловых полиэфиров, в частности, поливинилацетата. Среди распространенных торговых марок поливиниловых спиртов для осуществления данного изобретения пригодны, например, Elvanol, Gohsenol, Polyviol, Poval или Mowiol. Под сшивающим средством в рамках данного изобретения понимают соединения, которые благодаря реакции с поливиниловым спиртом способствуют образованию трехмерной сетки. Принципиально в качестве сшивающего средства применяют индивидуальные химические вещества или смеси различных химических соединений. Пригодные сшивающие средства включают, в частности, би-, три- или мультифункциональные соединения, которые могут реагировать с гидроксильными группами поливинилового спирта. Водная композиция, которая также обозначается как покрытие или краска для бумаги, принципиально может не содержать наполнителей и/или пигментов или альтернативно может включать наполнители и/или пигменты. Однако следует отметить, что общее содержание твердых веществ в водной композиции, включая возможно имеющиеся наполнители/пигменты, всегда меньше 25 мас.%, так как водную композицию применяют как низковязкую краску для бумаги, которая позволяет получать особенно высокую скорость нанесения одновременно при небольших расходах на получение. Для нанесения водной композиции, например, можно применять известные способы контурного нанесения, при этом изобретение относительно применяемых на стадии b) способов нанесения принципиально не имеет ограничений. Способ по изобретению в отличие от способов, соответствующих уровню техники, может проводиться особенно просто и с небольшими затратами, так как требуются только не требующие больших расходов исходные материалы, которые можно перерабатывать с помощью распространенного производственного оборудования быстро и просто.
Благодаря сшиванию поливинилового спирта на внутренней стороне упаковочного материала образуется барьерный слой, который действует как преграда и/или ловушка по отношению к гидрофобным соединениям и который миграцию данных гидрофобных соединений с внешней стороны упаковочного материала и/или из основного материала во внутреннее пространство упаковки предотвращает полностью или по меньшей мере почти полностью. Барьерный слой по причине поперечной сшивки поливинилового спирта является влагостойким, вследствие чего блокирующее действие выгодным образом сохраняется в течение всего срока службы изготовленной из упаковочного материала по изобретению упаковки. Кроме того, полученный согласно данному изобретению упаковочный материал может разлагаться как аэробными, так и анаэробными бактериями, так как включает как материал на основе целлюлозы, так и покрытие с гидрофильной поверхностью, которое, вместе с этим, может подвергаться бактериальному разложению. Так как барьерный слой образуется на внутренней стороне упаковочного материала, то, кроме всего, барьерный слой особенно надежно защищен от механических повреждений при транспортировке или во время хранения полученной из упаковочного материала по изобретению упаковки. Полученный способом по изобретению упаковочный материал обеспечивает по причине его грунтовочного действия по отношению к гидрофобным соединениям, таким как компоненты минеральных масел из вторично переработанных материалов или компоненты минеральных масел из печатных красок, кроме всего, например, гарантию чистоты пищевых упакованных продуктов. Одновременно можно получить экологическое преимущество основанной на переработанной бумаге упаковки и обеспечить перерабатываемость основного материала с нанесенным покрытием.
2
2
2
2
2
2
В предпочтительном варианте осуществления данного изобретения предусмотрено, чтобы применялся основной материал с массой единицы поверхности от 5 до 2000 г/м, в частности от 100 до 1000 г/м и предпочтительно от 200 до 800 г/м. Таким образом, упаковочный материал можно особенно гибко приспосабливать к различным областям применения. Если основной материал имеет массу единицы поверхности от примерно 5 до примерно 150 г/м, то в рамках данного изобретения он обозначается как бумага. Основной материал с массой единицы поверхности от примерно 150 до 800 г/м в рамках данного изобретения обозначают как картон, в то время как основной материал с массой единицы поверхности от примерно 800 до 2000 г/м обозначают как плотный картон.
Дополнительные преимущества получаются, если применять поливиниловый спирт со степенью гидролиза от 75% до 100%, в частности от 80 до 99,9% и/или степенью полимеризации от 500 до 3000. Под степенью гидролиза от 75% до 100% в рамках данного изобретения понимают степень гидролиза 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% или 100%, а также соответствующие промежуточные значения. Под степенью полимеризации от 500 до 3000 в рамках данного изобретения понимают степень полимеризации 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000, 1050, 1100, 1150, 1200, 1250, 1300, 1350, 1400, 1450, 1500, 1550, 1600, 1650, 1700, 1750, 1800, 1850, 1900, 1950, 2000, 2050, 2100, 2150, 2200, 2250, 2300, 2350, 2400, 2450, 2500, 2550, 2600, 2650, 2700, 2750, 2800, 2850, 2900, 2950 или 3000, а также соответствующие промежуточные значения. Принципиально для получения барьерного слоя также можно применять смесь поливиниловых спиртов с различными степенями гидролиза и/или полимеризации. С помощью степени гидролиза и степени полимеризации можно подбирать химические и физические свойства барьерного слоя точно к соответствующим целям применения упаковочного материала, а также к применяемому для нанесения водной композиции способу нанесения. Благодаря изменениям степени гидролиза и/или степени полимеризации можно, например, регулировать пористость, растворимость и кристалличность слоя в соответствии с требуемой областью применения. Таким образом, в частности, можно подбирать гибкость и эластичность получаемого барьерного слоя оптимально к соответствующим требованиям.
В следующем предпочтительном варианте осуществления данного изобретения водная композиция имеет содержание твердых веществ самое большее 15 мас.%, если она не содержит наполнителей и/или пигментов. В частности, водная композиция имеет содержание твердых веществ 15%, 14%, 13%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2% или 1%, если она не содержит наполнителей и/или пигментов. Таким образом достигают особенно низкой вязкости, которая позволяет получать соответственно высокую скорость нанесения. Альтернативно предусмотрено, чтобы водная композиция имела содержание твердых веществ самое большее 25 мас.%, если она включает наполнители и/или пигменты. Таким образом, также возможна высокая скорость нанесения, при этом с помощью наполнителя и/или пигмента можно устанавливать дополнительные свойства упаковочного материала. Например, с помощью наполнителей и/или пигментов можно целенаправленно изменять прозрачность, цвет, свойства поверхности или объемную плотность нанесенного покрытия.
Дополнительное преимущество получается, если применять водную композицию с содержанием твердых веществ от 3 до 25 мас.%, в частности от 10 до 22 мас.% Под содержанием твердых веществ от 3 мас.% до 25 мас.%, в частности понимают содержание твердых веществ 3 мас.%, 4 мас.%, 5 мас.%, 6 мас.%, 7 мас.%, 8 мас.%, 9 мас.%, 10 мас.%, 11 мас.%, 12 мас.%, 13 мас.%, 14 мас.%, 15 мас.%, 16 мас.%, 17 мас.%, 18 мас.%, 19 мас.%, 20 мас.%, 21 мас.%, 22 мас.%, 23 мас.%, 24 мас.% или 25 мас.%, а также соответствующие промежуточные значения. Применяя водную композицию с содержанием твердых веществ от 3 до 25 мас.%, в частности от 10 до 22 мас.%, можно получить низковязкую краску для покрытия, которая особенно хорошо пригодна для контурного нанесения с высокой скоростью нанесения. Далее, можно выгодным образом с помощью изменения содержания твердых веществ регулировать скорость реакции поперечной сшивки. В зависимости от применяемого или применяемых сшивающих средств, а также в зависимости от выбранного содержания твердых веществ, сшивание поливинилового спирта может происходить уже во время сушки. Альтернативно или дополнительно может происходить сшивание поливинилового спирта после окончания сушки.
Альтернативно или дополнительно, предпочтительно применять водную композицию с содержанием воды по меньшей мере 75 мас.%, в частности по меньшей мере 80 мас.%. Под содержанием воды по меньшей мере 75 мас.%, в частности, понимают содержание воды 75 мас.%, 76 мас.%, 77 мас.%, 78 мас.%, 79 мас.%, 80 мас.%, 81 мас.%, 82 мас.%, 83 мас.%, 84 мас.%, 85 мас.%, 86 мас.%, 87 мас.%, 88 мас.%, 89 мас.%, 90 мас.%, 91 мас.%, 92 мас.%, 93 мас.%, 94 мас.%, 95 мас.%, 96 мас.%, 97 мас.%, 98 мас.% или 99 мас.%, а также соответствующие промежуточные значения. С помощью регулирования содержания твердых веществ и/или содержания воды в рамках упомянутых выше значений можно получать краску для покрытия, вязкость которой оптимально подходит к применяемому способу нанесения. Дополнительно к этому можно получать особенно хорошо стабилизированные растворы, которые имеют необходимую для применения стабильность при хранении. Также таким образом можно контролировать скорость реакции поперечной сшивки поливинилового спирта.
В следующем предпочтительном варианте осуществления данного изобретения предусмотрено, чтобы в качестве сшивающего средства применяли по меньшей мере одно олефиновое насыщенное и/или ненасыщенное соединение с по меньшей мере одной функциональной группой, которое выбирают из альдегидов, карбоновых кислот, ангидридов кислот и соединений с аминогруппой, и/или хлорида железа и/или алкилортосиликата, в частности тетраэтилортосиликата, и/или мочевиноформальдегидной смолы. Таким образом, можно химические и физические свойства барьерного слоя особенно точно подбирать к цели применения упаковочного материала, а также к соответствующим способам нанесения покрытия и сушки. Пригодными олефиновыми насыщенными и/или ненасыщенными сшивающими средствами являются, например, глиоксаль, глутаровый альдегид, акрилальдегид, малоновая кислота, глутаровая кислота, адипиновая кислота, лимонная кислота, бутантетракарбоновая кислота, акриловая кислота, полиакриловая кислота, метакриловая кислота, малеиновая кислота, сложный метиловый эфир метакриловой кислоты или гидроксиэтилметакрилат, а также любые смеси, а также полимеризаты и/или сополимеризаты указанных веществ. Например, в качестве отвердителя можно применять полиакриловую кислоту и/или полиметакриловую кислоту (в дальнейшем обобщенные под обозначением «поли(мет)акриловая кислота»), у которых кислотные группы этерифицированы с спиртовыми группами поливинилового спирта. Принципиально также, конечно, можно применять другие полиалкилакриловые кислоты, такие как, например, полиэтилакриловая кислота.
3
Альтернативно или дополнительно можно в качестве сшивающего средства применять хлорид железа (FeCl), тетраэтилортосиликат и/или мочевиноформальдегидную смолу. Применение хлорида железа имеет преимущество, в частности, при получении упаковочного материала для продуктов питания, так как в данном случае можно получить водную композицию, которая не содержит нежелательных в области продуктов питания соединений, таких как, например, хроматы или подобные. Предпочтительна мочевиноформальдегидная смола на водной основе для того, чтобы обеспечить хорошую смешиваемость в водной композиции. Такие мочевиноформальдегидные смолы известны и коммерчески доступны, например, под торговым названием Urecoll.
Дополнительное преимущество получается при применении водной композиции, которая по отношению к 100 массовым частям поливинилового спирта содержит от 0,01 до 55 массовых частей сшивающего средства и/или которая по отношению к 100 массовым частям поливинилового спирта содержит от 1 до 60 массовых частей наполнителя и/или пигмента. Под массовыми частями от 0,01 до 60, в частности, понимают массовые части 0,01, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59 или 60, а также соответствующие промежуточные значения. Если массовые части сшивающего средства находятся в упомянутой области от 0,01 до 55 массовых частей, то можно степень сшивания поливинилового спирта и вместе с этим эластичность и блокирующие свойства барьерного слоя оптимально подбирать к соответствующим целям применения. В качестве наполнителей и/или пигментов принципиально пригодны органические, неорганические, а также органические-неорганические модифицированные частицы, которые обладают или не обладают способностью к набуханию в воде. Применение наполнителей и/или пигментов, кроме всего, позволяет подбирать оптическую печать на упаковочном материале, а также улучшает печатные свойства. Кроме того, пригодные наполнители и/или пигменты образуют дополнительный «механический» барьер против проникновения гидрофобных соединений. Таким образом, блокирующее действие барьерного слоя можно выгодным образом повысить с помощью добавления наполнителей и/или пигментов. В качестве неорганического наполнителя пригодны, в особенности, каолин, слоистые силикаты, такие как монтмориллонит, бентонит, вермикулит, лапонит, гекторит, сапонит, а также диоксид кремния и алюмосиликаты. В качестве органических наполнителей можно применять целлюлозу, например, в форме волокон или в виде микро- и нанофибриллированной целлюлозы, а также другие полисахариды, например, хитозан, производные целлюлозы, гемицеллюлозы или модифицированные/немодифицированные крахмалы. Физическое сшивание, основанное на образовании водородных мостиков с поливиниловым спиртом, также достижимо с помощью применения наполнителей и пигментов, которые на поверхности в водной среде обладают OH-группами и/или могут их образовывать.
Дополнительные преимущества получаются, если применяют наполнитель и/или пигмент, который стабилен в кислоте и/или имеет по меньшей мере по существу сферическую и/или пластинчатую форму частиц. При этом стабильность в кислоте наполнителей и/или пигментов, в частности предпочтительна, если поливиниловый спирт сшивается в кислой среде. В частности, в данном случае предпочтительно, если водная композиция не содержит чувствительных к кислоте соединений, таких как, например, крахмал, или подобных. Благодаря сферической и/или пластинчатой форме частиц можно достичь особенно высокого блокирующего действия, так как путь прохождения гидрофобных соединений через подобное лабиринту расположение частиц наполнителей и/или пигментов в барьерном слое значительно удлиняется.
В следующем предпочтительном варианте осуществления данного изобретения к водной композиции добавляют ПАВы, реологические вспомогательные средства и/или пеногасители. Это обеспечивает оптимальную перерабатываемость водной краски для покрытия способом контурного нанесения. Пригодным ПАВом для снижения поверхностного натяжения водной композиции является, например, коммерчески доступный под торговым названием Envirogem (Air Products).
В следующем предпочтительном варианте осуществления данного изобретения предусмотрено, чтобы pH-значение водной композиции перед нанесением на подложку регулировалось до значения в области от 1 до 7, в частности, от 1,5 до 3,5, и/или чтобы водную композицию перед нанесением на подложку подвергали дегазации. Если устанавливать значение pH водной композиции на значение 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 3,5, 4,0, 4,5, 5,0, 5,5, 6,0, 6,5 или 7,0 или на соответствующие промежуточные значения, то можно целенаправленно изменять скорость сшивания поливинилового спирта. Таким образом, можно способ оптимально подбирать к свойствам применяемого основного материала, к применяемому способу нанесения водной композиции, а также к применяемому способу сушки. С помощью дегазации водной композиции надежно предотвращают возможное образование пузырьков в барьерном слое и достигают одинакового постоянного высокого блокирующего действия на всей покрытой поверхности подложки.
Следующее преимущество получается, если применять водную композицию, которая имеет вязкость от 200 до 1500 мПа·с. Таким образом можно оптимально подбирать водную композицию к применяемому способу нанесения, так что в каждом случае можно достичь сплошного слоя с равномерной толщиной. Низкая вязкость, в частности в области от 200 до 600 мПа·с, при этом пригодна, в частности, для следующих способов нанесения: нанесение способом налива, обливания, распыления. Высокая вязкость, в частности в области от 600 до 1500 мПа·с, напротив, позволяет улучшить нанесение с помощью ракеля, шпателя и/или пленочного пресса. При применении нанесения способом налива предпочтительно, чтобы не применялось многослойного налива покрытий. Таким образом, возможно избыточную водную композицию просто собирать и применять для нового процесса покрытия, без того, чтобы происходило нежелательное смешивание водных композиций различных составов.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Следующее преимущество получается, если водную композицию таким образом наносят на подложку, что получается масса сухой единицы поверхности от 1 до 20 г/м, в частности, от 3 до 15 г/м. Под массой сухой единицы поверхности от 1 г/м до 20 г/м в рамках данного изобретения, в частности, понимают массу сухой единицы поверхности 1 г/м, 2 г/м, 3 г/м, 4 г/м, 5 г/м, 6 г/м, 7 г/м, 8 г/м, 9 г/м, 10 г/м, 11 г/м, 12 г/м, 13 г/м, 14 г/м, 15 г/м, 16 г/м, 17 г/м, 18 г/м, 19 г/м или 20 г/м, а также соответствующие промежуточные значения. Таким образом, можно подбирать блокирующее действие барьерного слоя к различным содержащим гидрофобные соединения основным материалам или условиям упаковки. Для основных материалов с небольшим содержанием гидрофобных веществ или для упаковочных материалов, которые ожидаемо будут содержать небольшое количество гидрофобных соединений, требуется, соответственно, небольшое количество наносимого покрытия. Наоборот, можно применять большое количество нанесенного покрытия для того, чтобы увеличить блокирующее действие соответствующего барьерного слоя. Наряду с этим можно количество наносимого покрытия изменять в зависимости от применяемого способа нанесения для того, чтобы получать равномерный барьерный слой с достаточно высоким блокирующим действием. При этом из-за поперечной сшивки поливинилового спирта в отличие от уровня техники принципиально достаточно значительно меньшего количества наносимого покрытия для того, чтобы достичь удовлетворительного блокирующего действия. Таким образом, в частности, при массовом производстве упаковочных материалов получается значительная экономия затрат. Кроме того, в отличие от уровня техники принципиально не требуется образовывать комбинированные многослойные системы слоев на поверхности подложки для того, чтобы обеспечить удовлетворительное блокирующее действие.
Альтернативно или дополнительно можно предусмотреть, чтобы водную композицию таким образом наносили на подложку, чтобы слой имел толщину влажного покрытия после нанесения от 1 мдо 1000 мкм, в частности от 10 и 200 мкм. Таким образом, можно водную композицию, в частности, в зависимости от водопоглощающей способности соответствующего основного материала равномерно наносить и соответственно равномерно сушить. Кроме того, избегают бесполезных потерь водной композиции во время нанесения покрытия, так что таким образом можно получить особенно экономичный барьерный слой одновременно с высоким качеством.
В следующем предпочтительном варианте осуществления данного изобретения предусмотрено, чтобы водную композицию наносили на подложку с помощью выравнивающего способа нанесения, в частности, с помощью ракеля, лезвия и/или пленочного пресса, и/или с помощью способа контурного нанесения, в частности, с помощью обливания, распыления, налива и/или с помощью воздушного шабера. Применение выравнивающего способа нанесения покрытия позволяет получить выравнивание материала и является особенно целесообразным после необязательного применения бесконтактного способа нанесения контура на поверхность подложки. Это означает, что грубый контур поверхности основного материала или, соответственно, подложки выравнивается с помощью выравнивающего способа нанесения покрытия. Как правило, достигают тем более высокого качества продукта, чем более гладкая поверхность материала. В этой связи предпочтительно, чтобы для большинства областей применения подложку сначала выравнивали, а затем наносили барьерный слой в качестве дополнительно выравнивающего грубый контур барьерного слоя. Благодаря применению выравнивающего или сглаживающего способа нанесения покрытия можно объединить получение гладкой поверхности на грубой подложке. Эта гладкая поверхность особенно пригодна для последующего применения контурного способа нанесения покрытия.
Применение контурного способа нанесения покрытия имеет принципиальное преимущество, заключающееся в том, что на месте контакта основного материала и водной композиции не наносят печать, так что избегают глубокого проникновения водной композиции в основной материал. Таким образом, можно получать особенно равномерные барьерные слои. Также при этом необходимо особенно небольшое количество наносимой водной композиции для того, чтобы достигнуть желаемого действия барьерного слоя, вследствие чего способ можно проводить особенно экономично.
Дополнительное преимущество получается, если подложку с нанесенным покрытием на стадии c) сушат до остаточной влажности от 3 до 10%, в частности, от 5 до 7% в основном материале. Благодаря остаточной влажности в области 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9% или 10% обеспечивается то, что упаковочный материал обладает оптимальными механическими свойствами и может дальше без повреждений перерабатываться в упаковку.
3
В следующем предпочтительном варианте осуществления данного изобретения предусмотрено, чтобы подложку с нанесенным покрытием на стадии c) сушили с помощью облучения инфракрасными лучами, и/или конвекции, и/или с помощью УФ-облучения. Таким образом, можно оптимально регулировать сушку нанесенного слоя и сшивание поливинилового спирта в зависимости от применяемого сшивающего средства и, кроме того, точно устанавливать желаемое содержание остаточной влажности. При этом облучение УФ-светом можно проводить альтернативно или дополнительно к облучению инфракрасными лучами и/или конвекции, что является предпочтительным, в частности, применением хлорида железа (FeCl) в качестве сшивающего средства для того, чтобы инициировать реакцию поперечной сшивки.
В следующем варианте осуществления данного изобретения на стадии a) получают подложку, которая включает основной материал, у которого внешняя сторона и/или внутренняя сторона снабжена кондиционирующим слоем и/или грунтовочным слоем. Другими словами, предусмотрено, чтобы на стадии b) покрываемый водной композицией основной материал уже был снабжен слоем, на который наносят барьерный слой из поперечно сшитого поливинилового спирта. Кондиционирующий слой и/или грунтовочный слой может, например, представлять собой содержащий поливиниловый спирт слой, который предпочтительно наполнен сферическим или пластинчатым пигментом. При этом предпочтительно, чтобы кондиционирующее покрытие уже имело блокирующие свойства по отношению к гидрофобным веществам и благодаря образующемуся на кондиционирующем покрытии барьерному слою с поперечно сшитым поливиниловым спиртом дополнительно было защищено от повреждений.
Дополнительное преимущество получается, если кондиционирующий слой и/или грунтовочный слой включают несшитый поливиниловый спирт и/или состоят из несшитого поливинилового спирта. В частности, может быть предусмотрено, чтобы кондиционирующий слой и/или грунтовочный слой получали без поперечно сшитого поливинилового спирта, при этом не исключено, чтобы кондиционирующий слой и/или грунтовочный слой наряду с несшитым поливиниловым спиртом необязательно содержали дополнительные компоненты, такие как, например, наполнители и/или пигменты. Таким образом, можно выгодно увеличить эластичность и гибкость упаковочного материала. Кроме того, таким образом обеспечивают то, что барьерный слой, который на следующей стадии способа наносят на кондиционирующий слой и/или грунтовочный слой, при последующей переработке упаковочного материала, например при вырубке, вырезании или склеивании, не повреждается и его блокирующее действие сохраняется. Если кондиционирующий слой и/или грунтовочный слой включают несшитый поливиниловый спирт или, соответственно, полностью состоят из несшитого поливинилового спирта, или не содержат поперечно сшитого поливинилового спирта, то блокирующее действие барьерного слоя по отношению к гидрофобным соединениям дополнительно улучшается без того, чтобы мириться с ограничениями, связанными со способностью к биологическому разложению упаковочного материала.
В следующем варианте осуществления данного изобретения предусмотрено, чтобы стадии b) и c) повторяли по меньшей мере один раз и/или самое большее три раза. Таким образом, можно на внутренней стороне основного материала получать систему слоев из двух, трех или четырех барьерных слоев, вследствие чего достигают особенно высокого блокирующего действия. Это, например, предпочтительно для упаковок, которые транспортируют морским путем, или для упаковок, которые длительное время подвергаются различным климатическим условиям. При этом барьерные слои принципиально могут быть одинаковыми или различными. Если стадии b) и c) несколько раз проводят друг за другом, то можно избыточную водную композицию просто собирать и применять снова для следующих повторов стадий, вследствие чего можно существенно снизить стоимость способа.
Дополнительное преимущество получается, если подложку перед стадией a) и/или после стадии c) покрывать дополнительной композицией, при этом дополнительная композиция содержит по меньшей мере поливиниловый спирт, имеет содержание твердых веществ самое большее 25 мас.% и не содержит сшивающих средств. Таким образом, можно получить основной и/или грунтовочный слой из несшитого поливинилового спирта, вследствие чего образованная на основном материале подложки система слоев будет обладать улучшенной гибкостью и эластичностью. Если дополнительная композиция имеет содержание твердых веществ самое большее 15 мас.% при том, что она не содержит добавок, таких как наполнители и/или пигменты, или если дополнительная композиция имеет общее содержание твердых веществ самое большее 25 мас.% при том, что она содержит наполнители и/или пигменты, то вязкость дополнительной композиции можно оптимально подбирать к соответствующим применяемым способам нанесения. Дополнительно, благодаря этому улучшается стабильность при хранении водной композиции.
В следующем варианте осуществления данного изобретения предусмотрено, чтобы подложку после нанесения дополнительной композиции подвергали сушке. Вследствие этого предотвращают нежелательное набухание барьерного слоя и/или основного материала из-за поглощения воды.
В следующем аспекте данное изобретение относится к упаковочному материалу, включающему подложку, которая включает основной материал из целлюлозы, внешнюю сторону, повернутую от продукта, который упаковывают, а также внутреннюю сторону, повернутую к продукту, который упаковывают, а также расположенную на внутренней стороне подложки систему слоев с по меньшей мере одним барьерным слоем для гидрофобных соединений, при этом барьерный слой содержит поперечно сшитый поливиниловый спирт. Согласно данному изобретению упаковочный материал обладает исключительным блокирующим действием по отношению к гидрофобным соединениям при одновременно высокой влагостойкости и в отличие от уровня техники может быть получен особенно просто и без больших затрат, так как требуются только недорогие исходные материалы, и его можно перерабатывать с помощью распространенного производственного оборудования быстро и просто. Кроме того, упаковочный материал по изобретению обеспечивает по причине его барьерного действия по отношению к гидрофобным соединениям, таким как компоненты минеральных масел из вторично переработанных материалов или из печатных красок, гарантию чистоты пищевых упакованных продуктов. Одновременно получают экологическое преимущество основанной на переработанной бумаге упаковки. Следующие преимущества можно взять из предшествующего описания, при этом предпочтительные варианты осуществления данного способа следует рассматривать как предпочтительные варианты осуществления упаковочного материала и наоборот.
Дополнительные преимущества получаются, если барьерный слой по меньшей мере преимущественно состоит из поперечно сшитого поливинилового спирта. Другими словами, предусмотрено, чтобы барьерный слой на 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%, 60%, 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% или 100% был образован из поперечно сшитого поливинилового спирта. Таким образом, в частности, можно гибкость, эластичность, блокирующее действие и пригодность для печати барьерного слоя особенно просто подбирать к соответствующим целям применения.
Дополнительно, улучшенного блокирующего действия в следующем варианте осуществления данного изобретения достигают тем, что система слоев включает по меньшей мере два барьерных слоя из поперечно сшитого поливинилового спирта.
Особенно специфичного блокирующего действия по отношению к различным гидрофобным соединениям в следующем предпочтительном варианте осуществления данного изобретения достигают, если по меньшей мере два барьерных слоя содержат поливиниловые спирты с различными степенями сшивания, и/или поливиниловые спирты с различными степенями гидролиза, и/или поливиниловые спирты, сшитые различными сшивающими средствами.
В следующем предпочтительном варианте осуществления данного изобретения предусмотрено, чтобы содержащий поливиниловый спирт барьерный слой включал органические, неорганические и/или органические-неорганические модифицированные частицы, которые имеют сферическую или пластинчатую форму частиц. Применение таких частиц, кроме прочего, позволяет подбирать оптические свойства печати на упаковочном материале, а также улучшить способность для нанесения печати. Кроме того, пригодные частицы образуют дополнительный «механический» барьер против проникновения гидрофобных соединений. Таким образом, можно блокирующее действие барьерного слоя благодаря добавлению данных частиц, которые действуют как наполнители и/или пигменты, повысить выгодным образом. В частности, при этом предпочтительны каолин, слоистые силикаты, такие как монтмориллонит, бентонит, вермикулит, гекторит, сапонит, лапонит, а также диоксид кремния и алюмосиликаты или, соответственно, смеси указанных веществ.
Далее, оказалось предпочтительным, если система слоев включает по меньшей мере один слой, который содержит несшитый поливиниловый спирт. Предпочтительно данный слой не содержит поперечно сшитого поливинилового спирта или, соответственно, образуется без добавления сшивающего средства. Таким образом выгодно повышается гибкость и эластичность системы слоев, так что особенно надежно предотвращается возможное повреждение барьерного слоя при последующей переработке упаковочного материала по изобретению.
В следующем предпочтительном варианте осуществления данного изобретения предусмотрено, чтобы содержащий несшитый поливиниловый спирт слой располагался непосредственно на внутренней стороне подложки, и/или между двумя барьерными слоями, и/или на повернутой от основного материала стороне барьерного слоя. Другими словами, предусмотрено, чтобы содержащий несшитый поливиниловый спирт слой по отношению к основному материалу образовывал первый и/или заключительный грунтовочный слой и/или располагался между двумя содержащими поперечно сшитый поливиниловый спирт барьерными слоями. Это позволяет особенно хорошо подбирать упаковочный материал к различным целям применения и наряду с гибкостью и эластичностью системы слоев также повышать блокирующее действие по отношению к гидрофобным соединениям.
В следующем предпочтительном варианте осуществления данного изобретения предусмотрено, чтобы упаковочный материал получали способом согласно одному из описанных выше вариантов осуществления. Вытекающие из этого признаки и преимущества указаны в приведенных выше описаниях.
Следующие признаки данного изобретения следуют из пунктов формулы изобретения, примеров вариантов осуществления, а также из приведенного изображения. Вышеупомянутые в описании признаки и комбинации признаков, а также нижеследующие в примерах вариантов осуществления признаки и комбинации признаков применимы не только в указанных комбинациях, а также и в других комбинациях без того, чтобы выходить за рамки данного изобретения.
На фигуре изображено:
фиг. 1 - схематический поперечный разрез упаковочного материала по изобретению согласно примеру варианта осуществления.
2
На фиг. 1 представлен схематический поперечный разрез упаковочного материала 10 по изобретению согласно примеру варианта осуществления. Данный упаковочный материал включает подложку 12, которая состоит из основного материала 14 и имеет внешнюю сторону 16, повернутую от продукта, который упаковывают, а также внутреннюю сторону 18, повернутую к продукту, который упаковывают. В случае основного материала 14 в данном примере варианта осуществления речь идет о картоне с массой единицы поверхности 400 г/м. На внутренней стороне 18 подложки 12 образована система слоев 20, которая получена нанесением первого барьерного слоя 22a, второго барьерного слоя 22b, а также слоя 24, действующего как грунтовочный. Барьерные слои 22a, 22b включают поперечно сшитый поливиниловый спирт. Барьерный слой 22a включает, кроме того, пластинчатые или сферические частицы или их смесь в качестве наполнителя и/или пигмента. Барьерные слои 22a, 22b препятствуют или предотвращают по меньшей мере в значительной степени миграцию гидрофобных соединений через систему слоев 20. Подробно описанная ниже поперечная сшивка поливинилового спирта при этом способствует повышенной механической стабильности и предотвращает набухание барьерных слоев 22a, 22b при контакте с влагой.
В качестве наполнителей и/или пигментов принципиально пригодны органические, неорганические, органические-неорганические модифицированные частицы, которые имеют или не имеют способности к набуханию в воде. В данном примере варианта осуществления барьерный слой 22a содержит каолин. Каолин имеет преимущество, состоящее в том, что он является стабильным в кислоте и не набухает в воде. Кроме того, применяемый каолин состоит из пластинчатых частиц, которые образуют механический барьер и таким образом дополнительно затрудняют или препятствуют миграции соединений через барьерный слой 22a. Второй барьерный слой 22b состоит, напротив, исключительно из поперечно сшитого поливинилового спирта, при этом для получения обоих барьерных слоев 22a, 22b применяли поливиниловые спирты с различными степенями гидролиза и полимеризации и данные спирты сшивали различными сшивающими средствами. Конечно, принципиально оба барьерных слоя 22a, 22b могут также содержать одинаковые поперечно сшитые поливиниловые спирты. Заключительный слой 24, который позднее в полученной из упаковочного материала 10 упаковке находится в контакте с упакованным продуктом, напротив, состоит из несшитого поливинилового спирта и, в частности, повышает гибкость и эластичность системы слоев 20. Альтернативно или дополнительно может быть предусмотрено, чтобы слой 24 был образован непосредственно на подложке 12 и/или между барьерными слоями 22a, 22b.
Внешняя сторона 16 подложки 12 в изображенном примере варианта осуществления не имеет покрытия. Однако также принципиально на внешней стороне 16 может быть предусмотрен один или несколько слоев для того, чтобы достичь определенных свойств упаковочного материала 10, например улучшенной пригодности для печати, или газо- и/или влагонепроницаемых свойств.
Далее приведены различные примеры вариантов осуществления для получения упаковочного материала 10 с барьерными свойствами по отношению к неполярным химическим соединениям.
1. Получение водного раствора поливинилового спирта
Если поливиниловый спирт не находится уже растворенным в воде, то получение раствора поливинилового спирта проводят следующим образом:
Сначала берут определенное количество холодной воды. Затем определенное количество необязательно тонко размолотого порошка поливинилового спирта со степенью гидролиза предпочтительно от 80 до 99,9% перемешивают при сильном перемешивании (2000 об/мин) при температуре от 75 до 80°C в течение от 30 до 45 минут с помощью интенсивной мешалки или дисольвера. Процесс растворения заканчивают, как только раствор становится прозрачным. Еще теплый раствор охлаждают до 25°C. Перед дальнейшим применением определяют точное содержание твердых веществ в растворе, например с помощью термовесов, и при необходимости доводят до значения от 5 до 15 мас.%. Определение и доведение содержания твердых веществ служит основой для дальнейшего проведения способа и, в частности, для определения толщины нанесенного на подложку слоя, а также для определения количества добавляемых реагентов для сшивания. Значение pH полученного раствора поливинилового спирта находится в нейтральной области.
После окончания охлаждения при необходимости устанавливают значение pH свежеприготовленного раствора поливинилового спирта. Установка значения pH происходит известным способом добавления пригодной кислоты или основания. Пригодными являются, например, минеральные кислоты, такие как концентрированная соляная кислота, или основания, такие как гидроксид натрия.
2. Получение водной композиции
2.1. Глиоксаль в качестве сшивающего средства
К полученному согласно пункту 1 раствору поливинилового спирта добавляют 40% раствор глиоксаля при комнатной температуре (25°C) при сильном перемешивании в течение примерно 15 минут при одновременной установке значения pH раствора на значение pH=3 для того, чтобы получить водную композицию для покрытия подложки 12. Количество добавляемого глиоксаля может колебаться между 5 и 40 мас.% по отношению к 100 мас.% поливинилового спирта.
После 15 минут водную композицию при начальном пониженном давлении -200 мбар, которое затем медленно увеличивают до значения от -500 мбар до -600 мбар, подвергают дегазации. Если повышать вакуум еще дальше (например, выше -800 мбар, то есть до давления примерно 200 мбар), вода начинает кипеть и конденсат оседает на стенках вакуумной емкости. В конце водную композицию подвергают дегазации при давлении примерно 100 мбар без перемешивания.
После окончания дегазации водную композицию можно наносить на подложку 12, при этом поливиниловый спирт с помощью глиоксаля поперечно сшивается.
2.2 Адипиновая кислота (AS), глутаровая кислота (GS) и/или малеиновая кислота (MS) в качестве сшивающего средства
Добавление указанных дикарбоновых кислот можно разделить на две подгруппы:
AS и GS принадлежат к группе насыщенных дикарбоновых кислот, при этом AS в холодной воде (20°C) растворяется плохо (24 г/л), а GS хорошо (640 г/л). Реакция конденсации обеих кислот с поливиниловым спиртом предпочтительно проходит с каталитической поддержкой посредством добавления минеральных кислот (например, соляной кислоты), при этом значение pH водной композиции устанавливают на значение pH=3.
MS является ненасыщенной дикарбоновой кислотой, которая очень хорошо растворяется в воде (788 г/л, 20°C) и в водном растворе имеет сильную кислую реакцию. MS находится в цис-форме. При УФ-облучении и длительном нагреве при 150°C она переходит в транс-форму (фумаровая кислота), что нужно учитывать при необходимости при реакции поперечной сшивки. Поэтому при применении MS, как правило, нет необходимости в дополнительной установке значения pH водной композиции. Значение pH в зависимости от применяемого количества находится в области от 1,6 до 3,2, в зависимости от количества растворенного в водном растворе поливинилового спирта. Добавляемое общее количество дикарбоновой кислоты принципиально может колебаться от 5 до 25 мас.% по отношению к 100 мас.% поливинилового спирта.
Водную композицию, которая содержит поливиниловый спирт и одну или несколько указанных дикарбоновых кислот, затем нагревают до 70°C, 15 минут при 70°C интенсивно перемешивают, а затем охлаждают до 25°C. Значение pH можно устанавливать при необходимости с помощью соответствующей применяемой дикарбоновой кислоты. После установки значения pH водной композиции производят описанную выше стадию дегазации.
3
2.3. Хлорид железа (FeCl) в качестве сшивающего средства
3
3
3
Добавление FeCl к раствору поливинилового спирта предпочтительно происходит при 25°C при сильном перемешивании. FeCl может находиться в виде твердого вещества или уже быть растворенным в воде. Добавляемое количество FeCl может колебаться между 1 и 15 мас.% по отношению к 100 мас.% поливинилового спирта. Время смешивания составляет 15 минут при 25°C. Установка значения pH не является необходимой, если только не предусмотрено другого сшивающего средства. Перед нанесением на покрываемую подложку 12 в данном случае также рекомендуется стадия дегазации.
2.4. Полиакрилаты в качестве сшивающего средства
Под полиакрилатами в рамках данного изобретения понимают производные полиакриловой кислоты общей формулы
,
где R представляет собой водород или незамещенную или замещенную алкильную группу, в частности метил-, этил-, 1-пропил-, 2-пропил-, 1-бутил-, 2-бутил- и/или трет-бутил-. Предпочтительно применяют полиакриловые кислоты с молекулярной массой в области от 2000 до 1500000 г/моль, в частности от 50000 до 500000 г/моль, так как данный класс относительно хорошо растворяется в холодной воде (20°C). Добавляемое количество полиакриловой кислоты может колебаться между 0,01 и 10 мас.%. Время перемешивания составляет приблизительно 15 мин при от 25°C до 60°C. Значение pH смеси при необходимости можно повысить добавлением основного вещества, такого как KOH, NaOH или подобного. Перед нанесением рекомендуется стадия дегазации.
2.5. Смеси поливинилового спирта с описанными в пунктах с 2.1. по 2.4. сшивающими средствами
3
Упомянутые выше сшивающие средства принципиально можно смешивать в любых соотношениях, например, FeCl c ди- и/или поликарбоновыми кислотами и/или диальдегидами.
2.6. Введение наполнителя и/или пигмента
Наполнители и/или пигменты предпочтительно со сферическими и/или пластинчатыми частицами в количестве в области 5-60 массовых процентов по отношению к 100 мас.% поливинилового спирта (PVOH) добавляют к водной композиции. В качестве наполнителя и/или пигмента принципиально пригодны органические, неорганические и/или органические-неорганические модифицированные частицы, которые набухают или не набухают в воде.
2
Можно применять сферические частицы, такие как частицы диоксида кремния с удельной поверхностью 200-500 г/м. Частицы диоксида кремния находятся в твердой форме или в водной дисперсии. Размер частиц может колебаться между 5-10 нм. Можно применять как немодифицированные, так и (гидрофильные) модифицированные частицы. Добавляют частицы в количестве в области 10-60% по отношению к 100 мас.% PVOH.
Альтернативно можно добавлять смесь из сферических и пластинчатых частиц. Пластинчатые частицы, такие как каолин и слоистые силикаты (частично или полностью расслоившиеся), можно применять немодифицированными или модифицированными. Слоистые силикаты можно функционализировать алкоксисиланами, которые содержат амино-, эпокси- или меркаптановые группы. Наряду с каолином можно применять монтмориллонит, бентонит, вермикулит, гекторит, сапонит, лапонит и т.д., или их смеси. При применении каолина применяют так называемый «hyper-platy», наноразмерный тип с коэффициентом формы по меньшей мере 40. Предпочтительно коэффициент формы находится в области от 60 до 100, а размер составляет максимум 1 мкм.
Можно добавлять другие наполнители, такие как природные и/или синтетические алюмосиликаты с определенным объемом пор 3-10 , 8-13  и 10-15  или более ангстрем, индивидуально или в комбинации со сферическими или пластинчатыми наполнителями, или в виде смеси указанных наполнителей.
Далее, в качестве наполнителя можно применять природные органические наполнители, такие как волокна целлюлозы и/или вторично переработанные волокна целлюлозы, в частности, микро- и нанофибриллированную целлюлозу. Данные наполнители можно применять индивидуально или в комбинации с одним или несколькими другими наполнителями.
В следующем варианте осуществления предусмотрено, чтобы водная композиция принципиально не содержала соединений бора, таких как, например, бура, не содержала способных набухать в воде силикатов, в частности, способных набухать в воде слоистых силикатов, и/или не содержала аддуктов гидросульфитов для того, чтобы обеспечить высокую химическую и механическую стойкость при одновременно высокой совместимости с продуктами питания получаемого барьерного слоя 22.
3. Нанесение водной композиции
2
2
Полученную согласно описанной выше рецептуре водную композицию наносят на мелованную или предпочтительно немелованную подложку 12. Основной материал 14 подложки 12 состоит из картона и имеет массу единицы поверхности от 200 г/м до 800 г/м.3.1. Возможности нанесения и расположение слоев
3.1.1. Количество нанесенной влажной пленки при однослойном нанесении
Подложку 12 для получения единичного барьерного слоя 22 покрывают водной композицией, состоящей из следующих компонентов:
- поливиниловый спирт + глиоксаль;
- поливиниловый спирт + дикарбоновые кислоты;
- поливиниловый спирт + полиакриловые кислоты;
- поливиниловый спирт + дикарбоновые кислоты + наполнители и/или пигменты;
- поливиниловый спирт + полиакриловые кислоты + дикарбоновые кислоты + наполнители и/или пигменты;
3
- поливиниловый спирт + FeCl; или
- поливиниловый спирт + смесь различных сшивающих средств;
- поливиниловый спирт + смесь различных сшивающих средств + наполнители и/или пигменты,
2
при этом количество нанесенной влажной пленки составляет от 3 до 15 г/м. При этом следует отметить, что подложка 12 альтернативно принципиально может состоять из уже покрытого несшитым поливиниловым спиртом основного материала 14, при этом к несшитому поливиниловому спирту при необходимости могут быть добавлены наполнители и/или пигменты.
Следующие примеры вариантов осуществления применяемой в рамках данного изобретения водной композиции указаны в таблице 1. При этом снова следует отметить, что содержание твердых веществ в любой водной композиции должно быть самое большее 25% масс., включая возможно имеющиеся наполнители и/или пигменты. Предпочтительно содержание твердых веществ любой водной композиции должно составлять самое большее 15%, если водная композиция не содержит наполнителей и/или пигментов. Приведенные в таблице 1 количества поливинилового спирта в каждом случае указаны как 100 частей. Количества сшивающего средства в каждом случае относятся к 100 частям поливинилового спирта.
Таблица 1Компоненты водной композиции
<img file="00000006.TIF" he="193" wi="160" img-content="undefined" img-format="TIF" />
3.1.2. Многослойное нанесение
2
При необходимости можно получать многослойную систему слоев 20 с двумя, тремя, четырьмя или пятью нанесенными друг после друга барьерными слоями 22. Водный раствор поливинилового спирта без сшивающего средства в данном случае можно применять в качестве первого кондиционирующего слоя или, соответственно, в качестве грунтовочного слоя. Альтернативно или дополнительно можно наносить слой несшитого поливинилового спирта между двумя барьерными слоями 22 и/или, как показано на фиг. 1, в качестве заключительного слоя 24. Слои несшитого или сшитого поливинилового спирта могут быть наполнены наполнителями и/или пигментами. Сухая масса каждого слоя 24 и/или барьерного слоя 22 может составлять от 3 до 15 г/м.
3.2. Система нанесения
Описанные в 3.1.1. и 3.1.2. системы слоев 20 можно наносить с помощью распространенных в области покрытий или в бумажной промышленности устройств для нанесения способами распыления, налива, нанесения ракелем или равноценным способом контурного нанесения покрытия. Пригодные значения параметров, например:
Роликовый ракель: 10, 20, 40, 60, 80 мкм толщина влажной пленки после нанесения;
Аппликатор: переменный зазор, 0-1000 мкм толщина влажной пленки после нанесения;
Аппликатор: фиксированный зазор: 60, 120 мкм толщина влажной пленки после нанесения.
Данные устройства для нанесения применяют с помощью системы нанесения с регулируемым приводом с максимальной скоростью движения подложки 12 до 1000 м/мин для равномерного нанесения.
Альтернативно или дополнительно применяют систему нанесения через форсунку, которая одновременно наносит по меньшей мере один барьерный слой 22 или слой 24 и максимально четыре слоя на движущуюся в горизонтальном направлении картонную подложку 12. Смешивание водной композиции может происходить в форсуночной камере, в зазоре форсунки (ширина зазора, например, 0,1-1,0 мм) или за пределами форсунки у подложки 12. Толщина нанесенного влажного слоя, полученного данным способом, может составлять более 200 мкм. Исходя из параметров «толщина слоя» и «максимальная скорость» линейного привода, получают необходимое подаваемое количество водной композиции.
4. Сушка и сшивание влажной пленки с помощью ИК-облучения (ИК), конвекционной сушки (KV) и/или УФ-облучения (УФ)
Растворитель (вода) из нанесенной на подложку 12 водной композиции удаляется с помощью инфракрасной и/или конвекционной сушки. Оба типа сушки можно применять отдельно, вместе, друг за другом или независимо друг от друга. Температуру сушки при обоих типах сушки выбирают, например, от 60°C до 200°C. Режимы подходящего и отходящего воздуха и температуру сушки или комбинации разных типов сушки предпочтительно выбирают таким образом, что образуется не содержащая пузырьков система слоев 20. Остаточная влажность 5-7 мас.% на подложке 12 может являться критерием точной установки температуры.
Все барьерные слои 22 или слои 24 предпочтительно сначала сушат с помощью ИК и/или KV. В случае водных композиций, у которых в качестве сшивающего средства применяют диальдегид и/или дикарбоновые кислоты, поликислоты и/или их смеси (см. от 2.1 до 2.5), таким образом, подводимого тепла достаточно для того, чтобы происходила поперечная сшивка поливинилового спирта практически количественно.
3
2
Реакция сшивания с FeCl является двухстадийным процессом. После удаления по меньшей мере большего количества растворителя в значительной мере высохшее покрытие облучают УФ-светом. Для этого, например, применяют Hg-лампу высокого давления. Облучение УФ-активного слоя поливинилового спирта длится при интенсивности 75% приблизительно 10 сек при мощности примерно 0,4 Вт/см.
Принципиально рекомендуется все водные композиции, которые содержат УФ-активное сшивающее средство, перед, во время и/или после термической сушки облучать УФ-светом.
5. Способ испытания
5.1. Измерение блокирующего действия по отношению к гидрофобным углеводородам
Изображенный на фиг. 1 упаковочный материал 10 подвергали исследованию миграции с помощью симулятора продуктов питания Tenax по образцу стандартов на методы испытаний DIN EN 1186-13 и DIN EN 14338, при этом Tenax наносили на систему слоев 20 упаковочного материала 10. После инкубации начала миграции при определенной температуре и времени мигрирующие вещества с помощью н-гексана элюировали из Tenax и оделяли углеводороды минерального масла с помощью жидкостной хроматографии специфично в двух различных фракциях, а именно фракции насыщенных углеводородов (насыщенные углеводороды минерального масла, MOSH) и фракции ароматических углеводородов (ароматические углеводороды минерального масла, MOAH). Обе таким образом полученные фракции анализировали способом газовой хроматографии и учитывали в виде суммарного параметра, при этом для оценки сумм сигналов поверхностей применяли дейтерированный н-нонадекан или диэтилнафталин. Относительно экстрагируемого исходного количества углеводородов минерального масла из исходного упаковочного материала, которое определяет сумму всех способных к миграции компонентов, в элюате Tenax обнаружили менее 1% способных к миграции веществ. Таким образом, миграция гидрофобных углеводородов предотвращена более чем на 99%, и поэтому для минерального масла всегда ниже значения 0,6 мг/кг упакованного продукта питания.
5.2. Строение слоев
Для характеристики строения слоев системы слоев 20 изготавливали полутонкий срез, на котором спектроскопически идентифицировали отдельные слои 22a, 22b и 24 с помощью оптического и ИК- или рамановского микроскопа.
6. Примеры вариантов осуществления
Далее приведены примеры вариантов осуществления для упаковочного материала 10 по изобретению. Если не указано по-другому, получение происходило описанным выше способом.
6.1. Пример 1
Далее, сначала разъясняется получение покрытой подложки 12:
2
Основной материал 14: картон с массой единицы поверхности 200-800 г/м, предпочтительно немелованный;
Композиция (не сшиваемая) для покрытия:
- водный раствор поливинилового спирта (Elvanol 90-50 или Elvanol 85-82, Dupont или их смесь),
- содержание твердых веществ: 10,00 масс. %;
Покрытие картонного основного материала 14 композицией (40-200 мкм толщина нанесенного влажного слоя);
Способ нанесения: ракель, воздушный шабер, форсунка;
Скорость подложки 12: до 1000 м/мин;
Сушка: ИК и конвекция до достижения 5-7% остаточной влажности в основном материале 14.
Таким образом, полученную подложку 12 можно применять как исходный материал для нанесения одного или нескольких барьерных слоев 22.
6.2. Пример 2
2
Основной материал 14: картон с массой единицы поверхности 200-800 г/м, предпочтительно немелованный;
Водная композиция (сшиваемая):
- водный раствор поливинилового спирта (Elvanol 90-50 или Elvanol 85-82, Dupont или их смесь), пигменты (согласно пункту 2.5),
- в качестве сшивающего средства применяют описанные в пункте 3.1.1 сшивающие средства или их смеси,
- содержание твердых веществ: до 25,00 мас.%;
Покрытие картонного основного материала 14 водной композицией (40-200 мкм толщина нанесенного влажного слоя);
Способ нанесения: ракель, воздушный шабер, форсунка;
Скорость подложки 12: до 1000 м/мин;
Сушка: ИК и конвекция до достижения 5-7% остаточной влажности в основном материале 14.
6.3. Пример 3
2
Основной материал 14: картон с массой единицы поверхности 200-800 г/м, предпочтительно не мелованный; Композиция (не сшиваемая):
- водный раствор поливинилового спирта (Elvanol 90-50 или Elvanol 85-82, Dupont или их смесь), наполненный пигментами (см. пункт 2.5),
- содержание твердых веществ: до 25,00 мас.%;
Покрытие картонного основного материала 14 или подложки 12 композицией (40-200 мкм толщина нанесенного влажного слоя);
Способ нанесения: ракель, воздушный шабер, форсунка;
Скорость подложки 12: до 1000 м/мин;
Сушка: ИК и конвекция до достижения 5-7% остаточной влажности в основном материале 14.
6.4. Пример 4
2
Основной материал 14: картон с массой единицы поверхности 200-800 г/м, предпочтительно немелованный;
Композиция (физически сшиваемая):
- водный раствор поливинилового спирта (Elvanol 90-50 или Elvanol 85-82, Dupont или их смесь), наполненный алюмосиликатом и карбоксиметилцеллюлозой,
- содержание твердых веществ: 12 мас.%;
Покрытие картонного основного материала 14 композицией (40-200 мкм толщина нанесенного влажного слоя);
Способ нанесения: форсунка, однослойное нанесение;
Скорость основного материала: до 1000 м/мин;
Сушка: ИК и конвекция до достижения 5-7% остаточной влажности в картоне.
6.5. Пример 5
2
Подложка 12: картон с массой единицы поверхности 200-800 г/м, мелованный или предпочтительно немелованный;
Водная композиция (термически сшиваемая или отверждаемая):
- водный раствор PVOH, содержание твердых веществ 10 мас.% (Elvanol 85-82 или Elvanol 90-50 и их смесь, Dupont), 100 частей,
- малеиновая кислота высшей очистки (Sigma), 5 частей по отношению к 100 частям PVOH;
Покрытие подложки водной композицией (однослойное нанесение, 40-200 мкм толщина нанесенного влажного слоя);
Способ нанесения: форсунка, однослойное нанесение;
Скорость подложки 12: до 1000 м/мин;
Сушка: ИК и конвекция до достижения 5-7% остаточной влажности в основном материале 14.
6.6. Пример 6
2
Основной материал 14: картон с массой единицы поверхности 200-800 г/м, мелованный или предпочтительно не мелованный;
Водная композиция (УФ-отверждаемая):
- водный раствор PVOH, содержание твердых веществ 10 мас.% (Elvanol 85-82 или Elvanol 90-50 и их смесь, Dupont), 100 частей,
3
- водный раствор FeCl (Donau Chemie), содержание твердых веществ 46,33 мас.%, 6,7 частей по отношению к 100 частям PVOH;
Покрытие подложки водной композицией (однослойное нанесение, 40-200 мкм толщина нанесенного влажного слоя);
Способ нанесения: форсунка, однослойное нанесение;
Скорость основного материала: до 1000 м/мин;
2
УФ отверждение с помощь Hg-лампы высокого давления, освещение 10 сек, мощность 0,4 Вт/см.
6.7. Пример 7
2
Основной материал 14: картон с массой единицы поверхности 200-800 г/м, мелованный или предпочтительно не мелованный;
Водная композиция (термически отверждаемая):
- водный раствор PVOH, содержание твердых веществ 10 мас.% (PVOH-8582 или Elvanol 9050 и их смесь, Dupont), 100 частей,
- глиоксаль (40% водный раствор, BASF), 12,6 частей по отношению к 100 частям PVOH;
Покрытие подложки водной композицией (однослойное покрытие, 40-200 мкм толщина нанесенного влажного слоя);
Способ нанесения: форсунка, однослойное нанесение;
Скорость основного материала: до 1000 м/мин;
Сушка: ИК и конвекция до достижения 5-7% остаточной влажности в картонном основном материале 14.
6.8. Пример 8
2
Основной материал 14: бумага с массой единицы поверхности 50-150 г/м, мелованный или предпочтительно не имеющая покрытия;
Водная композиция (термически отверждаемая):
- водный раствор PVOH, содержание твердых веществ 10 мас.% (PVOH-8582 или Elvanol 9050 или их смесь, Dupont), 100 частей,
- полиакриловая кислота, 0,01-5,0 частей по отношению к 100 частям PVOH;
Покрытие подложки водной композицией (однослойное нанесение, 40-200 мкм толщина нанесенного влажного слоя);
Способ нанесения: форсунка, однослойное нанесение;
Скорость основного материала: до 1000 м/мин;
Сушка: ИК и конвекция до достижения 5-7% остаточной влажности в основном материале 14.
6.9. Пример 9
2
Основной материал 14: картон с массой единицы поверхности 2 00-800 г/м, мелованный или предпочтительно не мелованный;
Композиции: комбинации из примера 1 и примера 2, примера 1 и примера 3, примера 1 и примера 4, примера 1 и примера 5, примера 1 и примера 6, примера 1 и примера 7 или примера 1 и примера 8.
Покрытие из примера 1 наносят как нижний слой на основной материал, на него наносят покрытие согласно рецептуре из примеров 2, 3, 4, 5, 6, 7 или 8 и/или комбинацию из двух или трех указанных примеров.
Многослойное нанесение, для каждого слоя 80-200 мкм толщина нанесенного влажного слоя.
Скорость основного материала: до 1000 м/мин;
Способ нанесения: ракель, форсунка.
6.10. Пример 10
2
Основной материал: картон с массой единицы поверхности 200-800 г/м, мелованный или предпочтительно не мелованный;
Композиции: комбинации из 2 покрытий (водных композиций) из примера 1 и покрытия из примеров 2-8. Покрытие из примера 1 служит как кондиционирующее покрытие и грунтовочное покрытие для того, чтобы сглаживать внутреннюю сторону 18 подложки 12 и на внешней стороне 16 подложки 12 оказывать защитное действие против вытягивания и сжимания (сил, которые возникают при процессах нарезания и вырубки). Грунтовочный слой легко склеивается и на него легко наносить печать.
Многослойное нанесение, у каждого слоя 80-200 мкм толщина нанесенного влажного слоя;
Способ нанесения: ракель, форсунка;
Скорость основного материала: до 1000 м/мин;
Сушка: ИК и конвекция до достижения 5-7% остаточной влажности в картоне.
Указанные в документах значения параметров для определения условий проведения процессов и измерений для характеристики специфических свойств объектов данного изобретения следует рассматривать также в рамках отклонений, например, по причине погрешностей измерений, систематических ошибок, погрешностей взвешивания, допускаемых отклонений DIN и подобных, как включенных в рамки данного изобретения.