AT526258B1

AT526258B1 - Fettabweisendes papier

Info

Publication number: AT526258B1
Application number: ATA50459/2022A
Authority: AT
Inventors: Schwaiger Dr Elisabeth; Spitzbart Martin; Tripolt Thomas
Original assignee: Mondi Ag
Priority date: 2022-06-24
Filing date: 2022-06-24
Publication date: 2025-10-15
Also published as: EP4544117A1; AT526258A1; WO2023245223A1; CA3259948A1

Abstract

Bei einem fettabweisendes Papier umfassend eine Basispapierschicht sowie auf wenigstens einer Seite der Basispapierschicht eine Deckschicht im Wesentlichen bestehend aus einem natürlichen oder synthetischen, fettabweisenden Polymer sowie gegebenenfalls weiteren Inhaltsstoffen wie Lösungsmitteln oder Wachsen, enthält die Deckschicht zusätzlich zu dem Deckschichtmaterial zwischen 15 und 50 Gewichtsteile, insbesondere zwischen 20 und 30 Gewichtsteile Oberflächenstärke sowie gegebenenfalls wenigstens einen weiteren Bestandteil, wie einen mehrwertigen Alkohol, gewählt aus Zuckeralkoholen wie Glycerin, Sorbit, Polyethylenglykol und/oder eine Substanz gewählt aus natürlicher Tonerde, Aluminiumoxid, Kaolin oder Talkum sowie Verfahren zur Herstellung.

Description

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Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein fettabweisendes Papier umfassend eine Basispapierschicht sowie auf wenigstens einer Seite der Basispapierschicht eine Deckschicht im Wesentlichen bestehend aus einem natürlichen oder synthetischen, fettabweisenden Polymer, welches absolut frei von jeglichen Fluorgehalten ist, sowie gegebenenfalls weiteren Inhaltsstoffe wie Lösungsmittel oder Wachse sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines fettabweisenden Papiers bei welchem eine Basisschicht einer wenigstens einseitigen Beschichtung mit einer im Wesentlichen aus einem natürlichen oder synthetischen, fettabweisenden Polymer sowie gegebenenfalls weiteren Inhaltsstoffe wie Lösungsmitteln oder Wachsen bestehenden Deckschicht oberflächenbeschichtet wird.

[0002] Fettabweisende Papiere oder auch fettabweisende Kartons werden für die verschiedensten Einsatzzwecke verwendet, wie beispielsweise im Lebensmittelbereich, um fetthaltige Produkte wie Käse zu verpacken oder auch fertig zubereitete Speisen, wie beispielsweise Pommes Frites, usw. In eine Verpackung zu geben, welche in der Lage ist, den hohen Fettgehalt dieser Substanz nicht unmittelbar aufzunehmen sondern abzuweisen, so dass weder auf dem für die Verpackung verwendeten Papier Fettflecken entstehen noch ein die Verpackung anfassender Benutzer mit dem Fett unmittelbar in Kontakt gelangt. Analoges gilt für fettabweisende Kartons, die In gleicher Weise wie die fettabweisenden Papiere oberflächenbehandelt werden, um ihnen eine fettabweisende Ausstattung zu verleihen. Derartige Kartons werden häufig in der Verpackung von beispielsweise mit Schmierfett versehenen Maschinenteilen eingesetzt, sie können jedoch auch im Lebensmittelbereich verwendet werden, um beispielsweise formstabile Verpackungen für fetthaltige bzw. in Fett zubereitete Nahrungsmittel bereitstellen zu können.

[0003] Um eine Papier- bzw. Kartonoberfläche fettabweisend zu machen, muss eine Oberflächenbeschichtung auf ein derartiges Papier bzw. einen Karton aufgebracht werden, welche fettabweisende Beschichtung in der Vergangenheit häufig aus fluorhaltigen Chemikalien bzw. diese enthaltende Mischungen gebildet waren. Ein Beispiel für fettabweisende Papiere, die eine Oberflächenbeschichtung mit derartigen fluorhaltigen Chemikalien aufweisen, ist beispielsweise in der EP 3 301 220 A1 beschrieben, gemäß welcher neben einer anionischen fluorhaltigen Chemikalie auch eine Stärkekomponente bzw. Stärkemischung in dem Oberflächenbeschichtungsmaterial enthalten ist. Nachteilig an derartigen fluorhaltigen Oberflächenbeschichtungsmaterialien ist einerseits, dass sie heute für den Lebensmittelkontakt nicht mehr zugelassen sind bzw. Empfehlungen für deren Nicht-Verwendung im Lebensmittelbereich existieren und andererseits das Faktum, dass aus Umweltgründen immer Regelungen existieren, die den Ersatz von fluorhaltigen Chemikalien durch andere geeignete Substanzen fordern. So wurden in letzter Zeit Oberflächenbeschichtungsmaterialien auf dem Markt gebracht, welche keinerlei fluorhaltige Chemikalien enthalten, wie beispielsweise Mischungen aus Polyacrylaten bzw. Polymetacrylaten und Wachsen, aber auch Isocyanaten, organischen Polysiloxanen und Melaminharzen, aus welchen Substanzen fettabweisenden Oberflächenbeschichtungen hergestellt werden können, die jedoch aufgrund ihres hohen Anteils an organischen Chemikalien bei der Aufbringung und insbesondere Lagerung Schwierigkeiten dahingehend mit sich bringen können, dass sie prinzipiell bei relativ hohen Temperaturen aufgebracht werden müssen, lange Trocknungszeiten benötigen und häufig klebrig bleiben, so dass sie nicht nur schwierig bearbeitbar sind sondern oft im getrockneten Zustand entweder eher steife und somit brüchige Oberflächen oder dauerhaft klebrige Oberflächen ausbilden, dass sie weiterhin gegebenenfalls während dem Aufbringen schäumen können und somit dazu tendieren, nicht homogene Beschichtungen auszubilden und derartige Probleme mehr.

[0004] Beispielsweise beschreibt die WO 2016/000830 eine fluorfreie, wasserabweisende Zusammensetzung, welche neben Polyacrylaten auch weitere Substanzen, wie geblockte Isozyanate, Polysiloxane, Melaminharze und dgl. enthält. Ähnliche Zusammensetzungen sind am Markt jedoch auch mit Fluorgehalten erhältlich und dürfen daher im Lebensmittelbereich nicht eingesetzt werden.

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[0005] Schließlich hat sich in letzter Zeit herausgestellt, dass insbesondere Zusammensetzungen enthaltend derivatisierte bzw. durch Temperaturbehandlung veränderte Stärken und weitere Substanzen, wie Wachse als Barrierezusammensetzungen geeignet sind, die die Migration von Fetten durch die zellulosischen Substrate verhindern können.

[0006] Der WO 2019/189229 sind Papierbarrierematerialien entnehmbar, bei welchen mehrere Deckschichten auf das Papier aufgebracht werden, u entweder eine Fett- und/oder Gasbarriere auszubilden. Aus diesem Dokument ergibt sich, dass eine Beschichtung enthaltend eine geringe Menge an Stärke von einer Deckschicht aus Polymeren überlagert wird.

[0007] Der WO 2018/200790 A1 ist ein fettabweisendes Papier aus ungebleichtem Kraftpapier entnehmbar, bei welchem auf wenigstens einer Basisschicht eine Deckschicht aufgebracht ist. Die Beschichtungsmaterialien für das Basispapier umfassen im Wesentlichen Polymere.

[0008] Beispielsweise beschreibt die EP 3 825 368 A1 eine Beschichtungszusammensetzung enthaltend Stärke mit einem mittleren Molekulargewicht zwischen 500 kDa und 20.000 kDa sowie ein synthetisches Latexpolymer zur Ausbildung einer Fettbarriereschicht. Latexpolymere leiden jedoch an dem Nachteil meist auch nach ihrer Verarbeitung klebrig zu bleiben, so dass das Aufbringen einer derartigen Fettbarriereschicht sinnvollerweise nur auf einer Seite des Papiers vorgenommen werden kann, wobei auch in diesem Fall das Zusammenkleben von mehreren Papierlagen, insbesondere auf einem Tambour aufgrund des direkten Kontakts von wenigstens zwei Papierlagen nicht vermieden werden kann.

[0009] Der CN 103 669 105 A ist ein Verfahren zur Herstellung von fettdichtem Papier zu entnehmen, bei welchem auf einer Basispapierschicht eine Stärke, ein Weichmacher, ein Filmbildungs-Hilfsmittel sowie eine fluorhaltige Komponente enthaltende Schicht aufgebracht ist.

[0010] Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, Papier mit fettabweisenden Eigenschaften bereitzustellen, bei welchem die Nachteile des Standes der Technik, insbesondere ein Zusammenkleben der Papierschichten während bzw. nach der Herstellung und während der Lagerung vermieden werden können, sowie weiterhin eine elastische, flexible, insbesondere haltbare Barriereschicht bereitstellen zu können, welche absolut fluorfrei ist und somit im Lebensmittelbereich eingesetzt werden kann.

[0011] Zur Lösung dieser Aufgabe ist die vorliegenden Erfindung im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht zusätzlich zu dem Deckschichtmaterial zwischen 15 und 50 Gewichtsteile, insbesondere zwischen 20 und 30 Gewichtsteile Oberflächenstärke sowie gegebenenfalls wenigstens einen weiteren Bestandteil, wie einen mehrwertigen Alkohol, gewählt aus Zuckeralkoholen wie Glycerin, Sorbit, Polyethylenglykol und/oder eine Substanz gewählt aus natürlicher Tonerde, Aluminiumoxid, Kaolin oder Talkum enthält. Indem die Deckschicht zusätzlich zu den Deckschichtenmaterial gewählt aus einem natürlichen und synthetischen fettabweisenden Polymer sowie gegebenenfalls weiteren Inhaltsstoffen zwischen 15 und 50 Gewichtsteile, insbesondere zwischen 20 und 30 Gewichtsteile Oberflächenstärke sowie gegebenenfalls einen weiteren Bestandteil, wie einen mehrwertigen Alkohol, gewählt aus Zuckeralkoholen, wie Glycerin, Sorbit und/oder Polyethylenglykol oder einer Substanz gewählt aus einer natürlichen Tonerde, Aluminiumoxid, Kaolin oder Talkum enthält, gelingt es überraschend, die Nachteile des Standes der Technik, insbesondere das Ausbilden einer klebrigen, nur schwer trocknenden Oberflächenbeschichtung, zu beseitigen und eine fettabweisende Oberflächenbeschichtung bereitzustellen, welche einfach aufzubringen ist, rasch trocknet und nicht klebrig ist bzw. klebrig bleibt, d.h. nicht zum Blocken neigt. Durch diese überraschende Verringerung der Neigung zum Kleben bzw. Verblocken der gebildeten fettabweisenden Schicht kann ein derartiges fettabweisendes Papier auf herkömmlichen Beschichtungsanlagen, d.h. entweder auf der Papiermaschine selbst oder auch Offline aufgebracht werden, ohne dass die zwingende Notwendigkeit besteht, die Trocknungsleistung der Papiermaschine oder der Beschichtungseinheit zu erhöhen oder insbesondere die Trocknungsstrecke zu verlängern. Auf diese Weise ist eine wesentliche Energieeinsparung durch Aufbringung eines Beschichtungsmaterials enthaltend, zusätzlich zu käuflich erwerbbaren und gängigen Deckschichtmaterialien, zwischen 15 und 50 Gewichtsteile, vorzugsweise zwischen 20 und 30 Gewichtsteile Oberflächenstärke erreichbar. Überraschenderweise weist eine

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derartige fettabweisende Deckschicht einen KIT-Wert nach TAPPI T 559 cm-12 zwischen 3 und 8 am flachen Blatt sowie einen KIT-Wert nach TAPPI T 559 cm-12 an Kanten bzw. Faltungen, wobei die Faltung mit einer Vor- und gleich anschließenden Rückrollbewegung mit der Metallrolle, die für die Prüfung des Cobbs nach ISO 535:2014 verwendet wird, hergestellt worden ist, zwischen 2 und 6 auf, was im Wesentlichen gleich hoch wie ein KIT-Wert nach TAPPI T 559 cm-12 von lediglich mit einem herkömmlichen und käuflich erwerbbaren natürlichen oder synthetischen, fettabweisenden Polymer beschichteten Papieren ist.

[0012] Mit Oberflächenstärke ist eine Stärke ohne jede gesonderte Funktionalität, d.h. ohne jegliche Derivatisierung sowie ohne jegliche Zusätze gemeint. Herkömmliche Oberflächenstärken sind gewählt aus Kartoffelstärke, Maisstärke, Weizenstärke, Reisstärke, Süsskartoffelstärke oder Manniokstärke sowie Mischungen aus zweien davon. Die Oberflächenstärke kann hierbei eine native Stärke sein oder gegebenenfalls auch teilweise vorabgebaut sein. Die Oberflächenstärken besitzen keinerlei fettabweisenden Eigenschaften, d.h. sie haben keine Barrierewirkung gegenüber Fetten und/oder Ölen und sie werden in der Papierindustrie beispielsweise als Trägermedium für Leimungsmittel verwendet. Bei einem derartigen Einsatz von Oberflächenstärke auf einer Papieroberfläche gelingt es durch Verwendung der Oberflächenstärke die Konzentration der Leimungsmittel an der Papieroberfläche zu erhöhen und dadurch das jeweilige Papier hydrophob jedoch keinesfalls fettabweisend zu machen. Als Oberflächenstärke wird daher üblicherweise eine möglichst günstig herzustellende und eine möglichst unbehandelte, d.h. nicht derivatisierte Stärke eingesetzt.

[0013] Unter einem natürlichen Polymer wird in diesem Zusammenhang insbesondere eine modifizierte Stärke und zwar entweder eine derivatisierte Stärke verstanden oder eine Stärke, der weitere ihre Eigenschaften verändernde Substanzen zugesetzt wurden, verstanden. Hierbei werden die für die jeweilige gewünschte Anwendung relevanten Eigenschaften der Stärkederivate entweder durch die Wahl der Substituenten oder andererseits durch die molekulare Zusammensetzung der Stärkederivate bestimmt. Dies gelingt in an sich bekannter Weise dadurch, dass bei der Stärkederivatisierung oft ein molekularer Abbau der Makromoleküle erfolgt, so dass je nach gewünschtem Anwendungszweck ein stärkerer oder geringerer Abbau der Makromoleküle angestrebt wird, um ein Stärkederivat mit spezifischen Eigenschaften zu erhalten. Die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung gemeinsam mit Oberflächenstärke eingesetzten, käuflich erwerbbaren fettabweisenden natürlichen Polymere sind hierbei häufig derartige derivatisierte Stärken, die durch eine spezielle Behandlung oder einen entsprechenden Zusatz fettabweisend gemacht wurden. Sie sind, trotz der Tatsache, dass ihr Ausgangsmaterial ebenfalls eine der Oberflächenstärke entsprechende Stärke war, mit dieser weder in Bezug auf ihre Eigenschaften, ihr Molekulargewicht, ihre Zusammensetzung und auch ihre Herstellungskosten vergleichbar. Bekannte am Markt befindliche fettabweisend ausgestattete Stärkeprodukte sind beispielsweise Perfectafilm B3085 (Perfectafilm ist eine Marke der Coöperative AVEBE U.A.) das eine modifizierte Stärke darstellt, Stabilys EVO 280 (Stabilys ist eine Marke der Roquette Freres, Societe Anonyme), das eine thermisch behandelte Stärke darstellt sowie Amyloseal Amyloseal ist ein Handelsname der Cargill Deutschland GmbH) einem Copolymer aus Stärke und einem Vinylacetat/Ethylen-Copolymer.

[0014] Unter synthetischen Polymeren, die auf Papier oder auch Karton eine fettabweisende Oberfläche ausbilden, werden hier ausschließlich fluor-freie Chemikalien bzw. Polymere verstanden. Vorzugsweise sind dies Polymere auf Acryl-Basis, wie z.B. Cartaseal SCR liqg M1000, Cartaseal VWF und Cartaseal VWAF (Cartaseal ist eine Marke der Archroma IP GmbH, Deutschland), Acryl/Styrol-Copolymer, wie z.B. Joneryl HPB 1701 (Joneryl ist eine Marke der BASF Corporation), CHT Coat 2293 oder CHT Coat 250 (CHT ist eine Marke der CHT Germany GmbH).

[0015] Indem, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, das fettabweisende Papier dadurch gekennzeichnet ist, dass als Basispapier ein Papier gewählt aus Kraftpapier oder NSSCPapier umfassend sowohl Weichholz- als auch Hartholz-Zellstoffasern eingesetzt ist, wobei insbesondere zwischen 5 und 80 % des Gesamtgewichts der Zellstoffasern, bevorzugter zwischen 5 und 50 % des Gesamtgewichts der Zellstoffasern, noch bevorzugter zwischen 5 und 30 % des Gesamtgewichts der Zellstoffasern Hartholzzeilstofffasern sind, gelingt es, ein fettabweisendes

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Papier bereitzustellen, das ein besonders reißfestes und stabiles Basispapier aufweist, So dass eine daraus hergestellte Verpackung nicht nur fettabweisend ausgestattet werden kann, sondern insbesondere ausreichend stabil und reißfest ist, um auch schwerere Gegenstände, beispielsweise Scharniere, Maschinenteile oder dgl., welche gefettet sein müssen, verpacken zu können, ohne das ein Reißen des Basispapiers bzw. des fettabweisenden Papiers zu befürchten ist. Gleichzeitig können aus einem derartigen Basispapier aufgrund der Abwesenheit von für einen Einsatz im Lebensmittelbereich bedenklichen Zusätzen, für die Verpackung von Lebensmitteln geeignete fettabweisende Papiere bzw. auch Kartons hergestellt werden.

[0016] Wenn, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, als Basispapier ein ungebleichtes Kraftpapier eingesetzt wird, gelingt es, ein Basispapier bereitzustellen, welches frei von schädlichen, insbesondere für den Einsatz im Nahrungsmittelbereich bedenklichen Chemikalien ist und somit ebenso wie die fettabweisende Oberflächenbeschichtung bedingungslos im Lebensmittelbereich einsetzbar ist. Vorzugsweise haben derartige ungebleichte Basispapiere einen Kappa-Wert nach ISO 302:2015 zwischen 38 und 60. Weiterhin ist ein derartiges ungebleichtes Kraftpapier als Basispapier vorzugsweise zu mehr als 90 % aus Primärzellstofffasern hergestellt, um jeglichen Eintrag von im Lebensmittelbereich nicht zugelassenen bzw. störenden Verunreinigungen mit Sicherheit hintanhalten zu können.

[0017] Indem, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, in der Deckschicht des fettabweisenden Papiers als natürliches oder synthetisches Polymer, wie ein Polyacrylat, ein Acryl/Styrol-Copolymer oder eine modifizierte und/oder derivatisierte Stärke enthalten ist, gelingt es einerseits, die Fettbarriere der Beschichtung im Bereich von einer mittleren Fettresistenz, d.h. im Bereich eines KIT-Werts gemäß TAPPI T 559 zwischen und 3 und 8 zu halten und andererseits durch den Zusatz von Oberflächenstärke in einer Menge zwischen 15 und 50 Gew.-% sowohl günstig herzustellende fettabweisende Oberflächenbeschichtungen bereitzustellen, als auch Probleme, die mit den fettabweisenden Oberflächenbeschichtungen gemäß dem Stand der Technik basierend im Wesentlichen ausschließlich auf natürlichen oder synthetischen Polymeren, wie Polyacrylaten, Acryl/Styprol-Copolymeren sowie gegebenenfalls Wachsen verbunden sind, zu vermeiden, d.h. insbesondere eine lange Trocknungszeit der fettabweisenden Oberflächenbeschichtung hintanzuhalten und somit eine deutliche Energieeinsparung bei der Ausbildung der Oberflächenbeschichtung gewährleisten zu können.

[0018] Der Ausdruck „Oberflächenbeschichtung“ bzw. „fettabweisende Oberflächenbeschichtung“ gemäß der vorliegenden Erfindung bedeutet immer eine Oberflächenbeschichtung bzw. fettabweisende Oberflächenbeschichtung, welche absolut frei von jeglichen Fluorgehalten ist.

[0019] Schließlich kann der herzustellenden fettabweisenden Oberflächenbeschichtung eine quervernetzende Verbindung, wie beispielsweise PAE (Polyaminoamid-Epichlorhydrin-Harze) zugesetzt werden, um einerseits die fettabweisenden Eigenschaften des Papiers hoch zu halten und andererseits auch die Nassfestigkeit desselben weiter zu verbessern. Quervernetzende Verbindungen reagieren über eine Veresterungsreaktion mit der Oberflächenstärke, indem sie in einer Menge von etwa 5 Gew.-% der Stärkemenge eingesetzt werden, wodurch nicht nur das aufzubringende Gewicht der fettabweisenden Beschichtung verringert werden kann, sondern vor allem die Viskosität der Beschichtungslösung erhöht werden kann, was das Curling (Rollneigung) des Papieres zwischen seiner Produktion und seiner tatsächlichen Verwendung begünstigt und dadurch das Aufrollen des hergestellten fettabweisenden Papiers auf Mutterrollen oder auch kleinere Rollen begünstigt.

[0020] Indem, wie dies einer Weiterbildung der Erfindung entspricht, das fettabweisende Papier so ausgebildet ist, dass in der Deckschicht bis zu 15 Gewichtsteile, insbesondere bis zu 10 Gewichtsteile des Gesamtgewichts der Deckschicht an Glycerin enthalten sind, wobei die Gewichtsteile Glycerin sich hierbei auf das Gesamtgewicht der Oberflächenbeschichtung beziehen, gelingt es, ein Austrocknen der fettresistenten Oberflächenbeschichtung hintanzuhalten und somit Zu vermeiden, dass eine brüchige bzw. spröde Beschichtung ausgebildet wird, deren fettabweisende Eigenschaften beispielsweise im Bereich von Knicken, Sprüngen oder abgeriebenen bzw. abgeplatzten Bereichen nicht mehr gewährleistet wäre. Insbesondere gelingt es durch den Zusatz

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von Glycerin eine bessere Verarbeitbarkeit sowie eine bessere Faltbarkeit eines fettabweisenden Papiers gemäß der vorliegenden Erfindung bereitstellen zu können. Die Fettbarriereeigenschaften des Papiers werden durch den Zusatz von Glycerin, Zuckeralkoholen oder Polyethylenglykolen per se nicht beeinflusst sondern lediglich gewährleistet, dass die Beschichtung nicht zu stark austrocknet und somit spröde wird.

[0021] Im Wesentlichen keine Veränderung der KIT-Werte gemäß TAPPI T 559 gegenüber fettabweisenden Oberflächenbeschichtungen von Papieren, die aus herkömmlichen, käuflich erwerbbaren auch fluorfreien Oberflächenbeschichtungsmaterialien basierend auf natürlichen oder synthetischen fettabweisenden Polymeren hergestellt werden, können gemäß der Erfindung dadurch bereitgestellt werden, indem die Deckschicht eines derartigen fettabweisenden Papiers aus 50 bis 80 Gewichtsteilen des natürlichen oder synthetischen Polymers oder einer modifizierten und/oder derivatisierten Stärke, 15 bis 50 Gewichtsteilen Oberflächenstärke, insbesondere 20 bis 30 Gewichtsteilen und bis zu 15 Gewichtsteilen Glycerin gebildet ist. Durch den Zusatz von 15 bis 50 Gewichtsteile, insbesondere 20 bis 30 Gewichtseile Oberflächenstärke gelingt es, den KIT-Wert im Wesentlichen unverändert zu halten, wobei sich herausgestellt hat, dass bei Zusätzen von Oberflächenstärke in der Menge von bis zu 25 Gewichtsteilen eine Änderung des KIT-Werts, vor allem eine Verringerung des KIT-Wertes gegenüber einer fettabweisenden Oberflächenbeschichtung eines Papiers aus herkömmlichen, käuflich erwerbbaren, natürlichen bzw. synthetischen, fluorfreien Polymeren nicht beobachtbar ist. Bei Mengen an Oberflächenstärke in dem Oberflächenbeschichtungsmaterial, die über 25 Gew.-% liegen, ist ein geringes Absinken des KIT-Werts nach TAPPI T 559 zu beobachten. Überraschenderweise gelingt es jedoch mit einer derartigen Oberflächenbeschichtung, nicht nur ein fettabweisendes Papier mit guten fettabweisenden Eigenschaften bereitzustellen, sondern insbesondere die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, nämlich eine Oberflächenbeschichtung bereitzustellen, die nicht zu einem Verblocken neigt und die nicht klebrig ist, so dass Papier auf Rollen bzw. Tambure ohne ein Verkleben der Schichten untereinander aufgewickelt werden kann und insbesondere gelingt es damit, ein Papier bereitzustellen, welches rasch trockenbar ist und somit entweder unmittelbar auf der Papiermaschine oder extern hergestellt werden kann, ohne dass eine Verlängerung der Trocknungsstrecke gegenüber einer herkömmlichen Oberflächenbeschichtungsanlage erforderlich wäre.

[0022] Fettabweisende Papiere gemäß der Erfindung können hierbei in einem sehr weiteren Grammaturbereich, nämlich zwischen 25 g/m? und 250 g/m? hergestellt werden, wobei Beschichtungen in Mengen von 2 bis 6 g/m? und Seite des Papiers, vorzugsweise zwischen 3 und 5 g/m? aufgebracht werden. Die Beschichtung kann sowohl einseitig als auch zweiseitig aufgebracht werden, was im Gegensatz zu den Beschichtungen gemäß dem Stand der Technik ist, da diese aufgrund der schlechten Trocknungseigenschaft und ihrer Tendenz zum klebrig sein, üblicherweise nur einseitig aufgebracht werden können.

[0023] Der Gurley-Wert nach ISO 5636-5:2013 des Basispapiers kann hierbei in einem weiten Bereich liegen, wie beispielsweise zwischen 9 s und 150 s, vorzugsweise etwa 20 s bis 50 s und der Cobb Wert 60s gemäß ISO 535:2014 der Beschichtung kann üblicherweise zwischen 15 und 30 g/m?, vorzugsweise 20 bis 28 g/m? liegen.

[0024] Überraschend ist, dass die ansonsten die Papiereigenschaften maßgeblich beeinflussenden physikalischen Größen, wie Gurley (Luftdurchlässigkeit) und Leimungsgrad, Glätte (ausgedrückt als Bendtsen Rauigkeit) einen weitaus geringeren Einfluss auf das Beschichtungsergebnis haben, wenn die erfindungsgemäße Beschichtung verwendet wird, weshalb bei Einsatz der erfindungsgemäßen Beschichtung eine deutlich größere Vielzahl an Basispapieren mit unterschiedlichen Leimungsgraden und Luftdurchlässigkeiten zum Einsatz gelangen kann.

[0025] Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines fettabweisenden Papiers bereitzustellen, bei welchem eine herkömmliche Papiermaschine bzw. herkömmliche Beschichtungseinrichtung eingesetzt werden kann, ohne dass ein übermäßiger Energieaufwand für die Trocknung bzw. eine übermäßige Trocknungsdauer erforderlich sind.

[0026] Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren im Wesentlichen da-

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durch gekennzeichnet, dass die zusätzlich zu dem Deckschichtmaterial zwischen 15 und 50 Gewichtsteile, insbesondere zwischen 20 und 30 Gewichtsteile Oberflächenstärke sowie gegebenenfalls wenigstens einen weiteren Bestandteil, wie einen mehrwertigen Alkohol oder eine Tonerde enthaltende Deckschicht mittels eines Beschichtungsverfahrens gewählt aus einem einseitigen Beschichtungsverfahren, wie einem Rakelbeschichtungsverfahren, Florstreichverfahren bzw. Curtain-Coating, Gravurwalzen-Beschichtungsverfahren, einem ein- oder zweiseitig einsetzbaren Beschichtungsverfahren, wie einem Filmpressen-Beschichtungsverfahren oder einem zweiseitigen Beschichtungsverfahren, wie einem Film- oder Leimpressen-Beschichtungsverfahren aufgebracht wird und anschließend einem wenigstens einstufigen Trocknen mittels IR-, Walzen- oder Heißluft-Trocknen bei Temperaturen zwischen 65 und 95 °C, insbesondere 70 bis 90 °C, bei einer Trocknungsleistung pro Meter Papierbahnbreite von 500 bis 650 kW/m, vorzugsweise 530 bis 620 kW/m, besonders bevorzugt 500 bis 600 kW/m unterworfen wird.

[0027] Überraschenderweise gelingt es mit einer derartigen Verfahrensführung die fettabweisende Deckschicht auf das Basispapier mit einem herkömmlichen Beschichtungsverfahren gewählt aus einseitigen Beschichtungsverfahren, Rakelbeschichtungsverfahren, Florstreichbeschichtungsverfahren, Gravurwalzen-Beschichtungsverfahren oder auch einem zweiseitigen Beschichtungsverfahren, wie einem Film- oder Leimpressen-Beschichtungsverfahren derart aufzubringen, dass ein Zusammenkleben der ausgebildeten fettabweisenden Beschichtung mit einer nicht beschichteten Papierseite oder einer weiteren vermieden werden kann. Indem anschließend an das Aufbringen das Beschichtungsmaterial einem wenigstens einstufigen Trocknungsverfahren mittels Infrarotwalzen- oder Heißluft-Trocknen bei Temperaturen zwischen 65 und 95 °C, insbesondere 70 bis 90 °C, bei einer Trocknungsleistung pro Meter Papierbahnbreite von 500 bis 650 kW/m, vorzugsweise 530 bis 620 kW/m, besonders bevorzugt 500 bis 600 kW/m bzw. bei einer mit einer Geschwindigkeit zwischen 500 und 1000 m/min laufenden Papiermaschine eine Trocknungsleistung von 0,5 bis 1,3 kW.min/m?, vorzugsweise 0,53 bis 1,24 kW.min/m?, insbesondere 0,55 bis 1,2 kW.min/m? unterworfen wird, gelingt es, die fettabweisende Beschichtung rasch und vollständig durchzutrocknen, ohne dass diese klebrig bleibt, so dass diese fettabweisende Oberflächenbeschichtung überraschenderweise mit einem herkömmlichen Beschichtungsverfahren mit extrem verringertem Energieaufwand von bis zu 60 % weniger gegenüber der Ausbildung von fettabweisenden Beschichtungen gemäß dem Stand der Technik bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus können jegliche beliebige Trocknungsverfahren eingesetzt werden, ohne dass ein weiteres Polymerisieren bzw. Derivatisieren des Oberflächenbeschichtungsmaterial zu befürchten wäre.

[0028] Gemäß einer Weiterbildung wird das erfindungsgemäße Verfahren so geführt, dass die fettabweisende Oberflächenbeschichtung neben einem natürlichen oder synthetischen, fettabweisenden Polymer, wie einem Polyacrylat, einem Acryl/Styrol-Copolymer oder einer modifizierten und/oder derivatisierten Stärke und der Oberflächenstärke zusätzlich bis zu 15 Gewichtsteile, insbesondere bis zu 10 Gewichtsteile des Gesamtgewichtes der Deckschicht an Glycerin mittels Barrierebeschichtung aufgebracht wird und einem Trocknen in einem Walzentrockner unterworfen wird. Durch Vorhandensein von bis zu 15 Gewichtsteilen, insbesondere bis zu 10 Gewichtsteilen des Gesamtgewichts der Deckschicht an Glycerin gelingt es in einem Trocknungsverfahren, wie beispielsweise in einem Walzentrockner, eine fettabweisende Barriereschicht bzw. Oberflächenschicht bereitzustellen, die überraschenderweise nicht vollständig austrocknet, jedoch auch nicht klebrig bleibt und somit weder zur Ausbildung von Sprüngen oder Rissen noch zu einem Verkleben der Schichten untereinander neigt. Derartige mit einer fettabweisenden Oberflächenbeschichtung versehene Papiere weisen hierbei trotz des Zusatzes von Glycerin zu der Oberflächenbeschichtung KIT-Werte gemäß TAPPI T 559 am ebenen Blatt in einem mittleren Bereich zwischen 3 und 8 auf, ohne dass es zu einer Verringerung gegenüber fettabweisenden Beschichtungen, die kein Glycerin enthalten, kommen würde. Anstelle von Glycerin können beispielsweise andere Zuckeralkohole oder Polyethylenglykole eingesetzt werden. Gleichzeitig können, um die Oberflächenglätte des fettabweisenden Papiers zu verbessern und insbesondere dessen Gleiteigenschaften zu verbessern, weitere Substanzen wie Kaolin, Talkum, natürliche Tonerden oder synthetische Tonerden dem Oberflächenbeschichtungsmaterial in Mengen von bis zu 3 Gewichtsteile des Gesamtgewichts des Oberflächenbeschichtungsmaterials zugesetzt

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werden. Überraschenderweise hat sich hierbei gezeigt, dass jedoch ausschließlich natürliche Tonerden, synthetische Tonerden, Aluminiumoxid, Kaolin oder Talkum, die bevorzugt eine plättchenförmige Struktur enthalten, eingesetzt werden können. Substanzen mit einer kugeligen Struktur, wie Kalziumkarbonat sind als Mittel zum Aufrechterhalten der Oberflächenglätte im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht geeignet.

[0029] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0030] Für diese Beispiele wurden drei verschiedene, wie nachfolgend in Tabelle 1 definierte, Rohpapiere als Basismaterial hergestellt und in Laborbeschichtungsversuchen eingesetzt.

[0031] Die nachfolgenden Rohpapierqualitäten S11, S12 und $13 wurden für Beschichtungsversuche mit einer Sumet® Laborbeschichtungsmaschine (Sumet® ist eine Marke der Fa. Frohnweiser Consulting GmbH, Deutschland) herangezogen.

Tabelle 1: Rohpapiere

Grammatur ISO g/m? 39,1 39,6 28,7 536:2019

Luftdurchlässigkeit Gurley |ISO 5636- |s 29,2 86,5 19,4 5:2013

Cobb Wert 60s ISO g/m? glatte 21 19 25 535:2014 Seite

Cobb Wert 60s ISO g/m? raue 23 21 29 535:2014 Seite

Bendtsen Rauigkeit ISO 8791- |ml/min (glatte 71 36 52 2:2013 Seite

Bendtsen Rauigkeit ISO 8791- |ml/min |raue 512 164 301 2:2013 Seite

Bekk Rauigkeit ISO Ss glatte 247 654 507 5627:1995 Seite

Bekk Rauigkeit ISO Ss raue 14 41,5 23,6 5627:1995 Seite

(' Kraft ist ein mit dem Kraft-Verfahren hergestelltes Basispapier; ? NSSC ist ein mit dem Neutral Sulfit-Semi-Chemischen- Verfahren hergestelltes Basispapier)

[0032] Nach der Beschichtung, die wie in der nachfolgenden Tabelle 2 angegeben durchgeführt wurde, wurden die KIT-Werte der verschiedenen beschichteten Papiere gemäß den in TAPPI T 559 beschriebenen Methoden bestimmt. Es konnten die in der Tabelle 2 gezeigten KIT-Werte nach TAPPI T 559 in den Beschichtungsversuchen erzielt werden:

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A ‚hes AT 526 258 B1 2025-10-15

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[0035] Aus den in Tabelle 2 gezeigten KIT-Werten gemäß TAPPI T 559 ist ersichtlich, dass eine Beimengung von bis zu 35 Gewichtsteilen Oberflächenstärke zu einem handelsüblichen eine fettabweisende Beschichtung ausbildenden Material nahezu keine Verschlechterung der fettabweisenden Eigenschaften des beschichteten Papiers mit sich bringt, wobei gleichzeitig überraschgenderweise ein Produkt erhalten werden konnte, dessen Oberflächenbeschichtung weder klebrig ist noch schwer zu trocknen war. Weiterhin gelingt es mit der erfindungsgemäßen Oberflächenbeschichtung die Trocknungszeit für die ausgebildete fettabweisende Oberflächenbeschichtung nicht wesentlich zu erhöhen bzw. sogar gegebenenfalls herabzusetzen und somit eine ebenso deutliche Energieeinsparung bei der Ausbildung der Oberflächenbeschichtung zu erreichen.

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Claims

A ‚hes AT 526 258 B1 2025-10-15 Ss N Patentansprüche

1. Fettabweisendes Papier umfassend eine Basispapierschicht sowie auf wenigstens einer Seite der Basispapierschicht eine Deckschicht im Wesentlichen bestehend aus einem natürlichen oder synthetischen, fettabweisenden Polymer, welches absolut frei von jeglichen Fluorgehalten ist, sowie gegebenenfalls weiteren Inhaltsstoffen wie Lösungsmitteln oder Wachsen, dadurch gekennzeichnet, dass in der Deckschicht als natürliches oder synthetisches Polymer ein Polyacrylat, ein Acryl/Styrol-Copolymer oder eine modifizierte und/oder derivatisierte Stärke enthalten ist, dass die Deckschicht zusätzlich zu dem Deckschichtmaterial zwischen 15 und 50 Gewichtsteile, insbesondere zwischen 20 und 30 Gewichtsteile Oberflächenstärke sowie gegebenenfalls wenigstens einen weiteren Bestandteil, wie einen mehrwertigen Alkohol, gewählt aus Zuckeralkoholen wie Glycerin, Sorbit, Polyethylenglykol und/ oder eine Substanz gewählt aus natürlicher Tonerde, Aluminiumoxid, Kaolin oder Talkum enthält.

2. Fettabweisendes Papier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Basispapier ein Papier gewählt aus Kraftpapier oder NSSC-Papier umfassend sowohl Weichholz- als auch Hartholz-Zellstofffasern eingesetzt ist, wobei insbesondere zwischen 5 und 80 % des Gesamtgewichts der Zellstoffasern, bevorzugter zwischen 5 und 50 % des Gesamtgewichts der Zellstoffasern, noch bevorzugter zwischen 5 und 30 % des Gesamtgewichts der Zellstoffasern Hartholzzeilstofffasern sind.

3. Fettabweisendes Papier nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das als Basispapier ein ungebleichtes Kraftpapier eingesetzt ist.

4. Fettabweisendes Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Deckschicht bis zu 15 Gewichtsteile, insbesondere bis zu 10 Gewichtsteile des Gesamtgewichts der Deckschicht an Glycerin enthalten sind.

5. Fettabweisendes Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht aus 50 bis 80 Gewichtsteilen des natürlichen oder synthetischen Polymers oder einer modifizierten und/oder derivatisierten Stärke, 15 bis 50 Gewichtsteile Oberflächenstärke, insbesondere 20 und 30 Gewichtsteilen Oberflächenstärke und bis zu 15 Gewichtsteilen Glycerin gebildet ist.

6. Fettabweisendes Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es am flachen Blatt einen KIT-Wert nach TAPPI T 559 zwischen 3 und 8, insbesondere zwischen 4 und 7 aufweist.

7. Verfahren zur Herstellung eines fettabweisenden Papiers, bei welchem eine Basisschicht einer wenigstens einseitigen Beschichtung mit einer im Wesentlichen aus einem natürlichen oder synthetischen, fettabweisenden Polymer, welches absolut frei von jeglichen Fluorgehalten ist, sowie gegebenenfalls weiteren Inhaltsstoffe wie Lösungsmitteln oder Wachsen bestehenden Deckschichtmaterial oberflächenbeschichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlich zu dem aus einem natürlichen oder synthetischen, fettabweisenden PoIymer, wie einem Polyacrylat, einem Acryl/Styrol-Copolymer oder einer modifizierten und/oder derivatisierten Stärke gewählten Deckschichtmaterial zwischen 15 und 50 Gewichtsteile, insbesondere zwischen 20 und 30 Gewichtsteile Oberflächenstärke sowie gegebenenfalls wenigstens einen weiteren Bestandteil, wie einen mehrwertigen Alkohol oder eine Tonerde enthaltende Deckschicht mittels eines Beschichtungsverfahrens gewählt aus einseitigen Beschichtungsverfahren, wie einem Rakelbeschichtungsverfahren, Florstreichverfahren bzw. Curtain-Coating, Gravurwalzen-Beschichtungsverfahren oder einem zweiseitigen Beschichtungsverfahren, wie einem Film- oder Leimpressen-Beschichtungsverfahren aufgebracht wird und anschließend einem wenigstens einstufigen Trocknen mittels IR-, Walzen- oder Heißluft- Trocknen bei Temperaturen zwischen 65 und 95 °C, insbesondere 70 bis 90 °C, bei einer Trocknungsleistung pro Meter Papierbahnbreite von 500 bis 650 kW/m, vorzugsweise 530 bis 620 kW/m, besonders bevorzugt 500 bis 600 kWW/m bzw. bei einer mit einer Geschwindigkeit zwischen 500 und 1000 m/min laufenden Papiermaschine eine Trock-

nungsleistung von 0,5 bis 1,3 kW.min/m?, vorzugsweise 0,53 bis 1,24 kW.min/m?2, insbesondere 0,55 bis 1,2 kW.min/m? unterworfen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die fettabweisende Oberflächenbeschichtung neben einem natürlichen oder synthetischen, fettabweisenden Polymer, wie einem Polyacrylat, einem Acryl/Styrol-Copolymer oder einer modifizierten und/oder derivatisierten Stärke und der Oberflächenstärke zusätzlich bis zu 15 Gewichtsteile, insbesondere bis zu 10 Gewichtsteile des Gesamtgewichts der Deckschicht an Glycerin enthaltende Deckschichtmaterial mittels Barrierebeschichtung aufgebracht wird und einem Trocknen in einem Walzentrockner unterworfen wird.

Hierzu keine Zeichnungen