Lösungsweg Im Rahmen dieses Projektes werden zwei Projektteile bearbeitet - das der Klebstoffentwicklung und das der Klebstoffapplikation, die in einer gemeinsa-men Bewertung hinsichtlich Funktionstest der trägerpapierlosen Etiketten, de-ren Verarbeitbarkeit sowie Untersuchungen zum Recycling münden.
Zunächst wurden auf Grund einer Rohstoffrecherche geeignete Materialien für die Untersuchungen ausgewählt. Daraufhin erfolgte die Entwicklung und For-mulierung induktiv aktivierbarer Dispersionsklebstoffe und deren Evaluierung.
Des Weiteren wurde eine geeignete Auftragstechnik für die Dispersionsklebstof-fe entwickelt und die Eigenschaften der Klebeschichten evaluiert.
Darauf folgte die Entwicklung von Auftragskonzepten, die für die Anwendung geeignet erschienen. Eine Optimierung der Induktionsparameter für die Klebe-schichten sowie ein Funktionstest wurden durchgeführt. Die Kriterien der Verar-beitbarkeit und der Rezyklierbarkeit wurden letztendlich überprüft.
Papieranalytisch
e Normverfahren Die folgenden Messverfahren wurden angewandt:
Tabelle 1: angewandte standardisierte Messverfahren
Parameter Messmethode
flächenbezogene Masse DIN EN ISO 2286-2 Reflexionsfaktor (Weißgrad) DIN 54145
Opazität DIN 53146
Farbmessung (L-a-b-Werte) ISO 5631
Viskosität (Brookfield) DIN EN ISO 2555 Verschleißwirkung von Pigmenten
(Abrasion) ZM V/27.7/90
Schälkraft (Klebkraft) FINAT-Testmethode Nr. 1 Auftragen der
Klebstoff-schichten
Die Klebstoffmassen wurden mit Hilfe eines Drahtrakelgerätes (Control Coater der Firma Erichsen GmbH & Co. KG, siehe Abbildung 2) auf den Karton aufge-tragen. Zum Auftragen wurde das Etikettenpapier in eine dafür vorgesehene Halterung geklemmt.
Abbildung 2: Halbautomatisches Drahtrakelgerät für Streich- und Beschich-tungsversuche im Labor
Je nach gewünschtem Strichgewicht wurde ein geeignetes Rakel (Rakel 1 bis 8 mit abgestufter Drahtstärke bzw. Tiefe der gefrästen Rille) ausgewählt und die dafür passende Geschwindigkeit (Geschwindigkeit 1 bis 10) ermittelt. Wenn nicht anders erwähnt, wurden die Papiermuster nach dem Beschichten an der Luft bei Raumklima getrocknet.
Für die Beschichtungen wurden die Rakelnummern 3, 5 und 7 verwendet, was
eine Nassschichtdicke von 24 µm, 50 µm bzw. 75 µm ergab. Beschichtet wur-den jeweils die Rückseiten der Etikettenpapiere.
Jagenberg-Coater (Bladeauf-trag)
Die Beschichtungsversuche wurden im kleintechnischen Maßstab an einer halbtechnischen Anlage durchgeführt. Dabei handelte es sich um eine Be-schichtungsmaschine der Fa. Jagenberg.
Eine Übersicht über die technischen Möglichkeiten der Jagenberg-Anlage gibt folgende Tabelle.
Tabelle 2: Technische Daten des eingesetzten Jagenberg-Coaters Parameter Bereich/Spezifikation
Arbeitsbreite 300 mm
Betriebsgeschwindigkeit 0 - 60 m/min
Basispapier 40 - 300 g/m²
Rollendurchmesser max. 400 mm Hülseninnendurchmesser 76 mm Auftragswerke 1 Filmpresse
Auftragswerke 2 Auftragswalze mit Stahlblade
Trocknung Infrarot-Trockner der Fa. Heraeus (4 Radiato-ren auf einer Fläche von 250 x 500 mm)
Abbildung 3: Bild der kleintechnischen Beschichtungsanlage der Fa. Jagenberg
Bedruckbarkeit
(Probedrucke) Für die Beurteilung der Bedruckbarkeit hinsichtlich Wegschlagverhalten, Rupfen und Mottling wurde ein Mehrzweck-Probedruckgerät verwendet.
Abbildung 4: Mehrzweck-Probedruckgerät MZ II der Prüfbau Dr.-Ing. H. Dürner GmbH
Material und
Methoden Die mehrfach eingesetzten Materialien sind im Kap. 5 beschrieben. Speziell eingesetzte Materialien und Methoden sind im Vorfeld der jeweilig durchgeführ-ten Untersuchung aufgeführt.
5 R ohs toffrecherche und –aus wahl Vorgehen zur
Rohstoffauswahl Auswahl wässriger Heißsiegelklebstoffe, die kommerziell verfügbar sind und hinsichtlich der rheologischen Eigenschaften, der Verblockungsnei-gung der beschichteten Etiketten und der Mindestaktivierungstempera-tur mit Blick auf eine schnelle Etikettierbarkeit geeignet sind.
Auswahl potentiell geeigneter Klebrohstoffe zur Formulierung von Kleb-stoffen mit bekannter Zusammensetzung. Als Klebrohstoffe kommen wässrige Polymerdispersionen auf unterschiedlicher Polymerbasis (z.B. EVA, PU), Wachs- und Harzdispersionen sowie Füllstoffe in Fra-ge.
Die unterschiedlichen MagSilica – Qualitäten sind festgelegt und dienen zur an-teiligen Formulierung der Klebstoffe.
Etiketten Hier wurden die Rohstoffe für den weiteren Projektverlauf recherchiert und aus-gewählt. Es kamen drei einseitig gestrichene Etikettenpapiere zum Einsatz:
• P1 (einseitig gestrichenes Etikettenpapier 80g/m²),
• P2 (einseitig gestrichenes Etikettenpapier 130 g/m²) und
• P3 (einseitig gestrichenes Etikettenpapier 220 g/m²).
Die ausgewählten Muster kamen im DIN A4-Format zum Einsatz.
Da auf Grund der gefärbten Klebschicht Probleme bei den optischen Eigen-schaften erwartet wurden und eine thermische Abschirmung als günstig erwar-tet wurde, wurden folgende Zusatz-„Pigmente“ für eine Opazitäts- bzw. Ther-moschicht ausgewählt:
• SP 1 - Latexhohlpigmente
• SP 2 - Blähglasprodukt, Körnung 0,1 – 0,4mm
• SP 3 / Sp 4 - Calciumsilikat-Hydrat (Pigment als Pulver und Slurry) Zur Formulierung streichfähiger Dispersionen auf Basis von Klebstoffdispersio-nen und für die Streichfarbeherstellung wurden weitere Additive je nach Bedarf eingesetzt.
Klebstoffdispersi
onen Auf Empfehlung des projektbegleitenden Ausschusses sollten die Klebstoffsys-teme vorzugsweise auf teilkristallinen EVA- oder PUR- Polymeren basieren, weil dadurch längere offene Wartezeiten gehalten werden können und geringe-re Viskositäten der Klebeschicht eine bessegeringe-re Benetzung erlauben. Ferner be-stand die Möglichkeit verschiedene Dispersionen anteilig zu mischen bzw. ei-nen Schichtauftrag mit teilkristalliner Basis und amorpher Deckschicht zu wäh-len. Bei den amorphen Systemen kamen kostengünstige Acrylatdispersionen mit Glasübergangstemperaturen ab 50 °C in Frage.
Die niedrigschmelzende Basis sollte beim Aufheizen mit der höherschmelzen-den Deckschicht interpenetrieren und somit Tack aufbauen. Neben der Benet-zung nach erfolgter Thermoaktivierung war die Blockfreiheit der Klebschicht (bis 50 °C - nach Standardtest der PTS) vor der Aktivierung essentiell.
Dispersionen auf Basis von PUR und auf Basis von EVA wurden von zwei ver-schiedenen Herstellern zur Verfügung gestellt. Im Fall der EVA-Dispersion han-delt es sich um einen bereits fertig eingestellten Heißsiegelklebstoff vertrauli-cher Zusammensetzung mit einer Mindestaktiviertemperatur von 90 °C. Bei den Polyurethandispersionen können neben teilkristallinen Polymeren mit verschie-denen Molmassenverteilungen auch amorphe Systeme eingesetzt oder ge-mischt werden. Auf diese Weise liesen sich Substratbenetzungen und offene Zeiten einstellen. Bei unzureichenden Hafteigenschaften, mussten den Basis-dispersionen Harzseifen oder HarzesterBasis-dispersionen zugesetzt werden. Hierbei war auf die gleiche Stabilisierung im wässrigen Medium zu achten, um Unver-träglichkeiten zu vermeiden.
6 E ntwicklung und Formulierung induktiv aktivierbarer Dis pers ions klebs toffe +