AT526582A4 - Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsmaterials - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsmaterials mit zumindest einer reliefartigen Strukturschicht (1), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitstellen eines Grundmaterials (2), wobei das Grundmaterial (2) Papier ist, (b) plastisches Umformen des Grundmaterials (2) mit einer Prägevorrichtung zum Bilden der Strukturschicht (1), wobei die Prägevorrichtung eine Vielzahl an Prägeabschnitten (4) aufweist, sodass die Strukturschicht (1) eine Vielzahl an durch die Prägeabschnitte gebildeten Formbereichen (3) aufweist, wobei das Grundmaterial (2) Papier mit einer Bruchdehnung in Maschinenrichtung von mindestens 5% und mit einer Bruchdehnung in Querrichtung von mindestens 5% ist, dass das Umformen in Schritt (b) bei einer Temperatur von zwischen 10°C und 40°C erfolgt, und dass das Grundmaterial (2) beim Umformen in Schritt (b) einen Wassergehalt von zwischen 5% und 9% aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Versandmaterial als solches.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsmaterials
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Verpackungsmaterials sowie ein Verpackungsmaterial als solches.
Im Stand der Technik sind Verpackungsmaterialien bekannt, beispielsweise beim Postversand von Waren eingesetzt werden. Hier werden typischerweise entweder Kartonboxen oder Versandumschläge mit oder ohne Polstermaterial eingesetzt. Letztere finden vornehmlich Anwendung für die Verpackung und den Versand kleinerer Artikel, die kein großes Packvolumen einnehmen. Gepolsterte Versandumschläge umfassen typischerweise eine Hülle aus Papiermaterial sowie eine Polsterung aus Luftpolsterfolie, welche aus Kunststoffmaterial gebildet ist. Die Hülle bietet Sichtschutz und Stabilisierung, während die Luftpolsterfolie eine gute Pufferwirkung bereitstellt,
ohne das Volumen der Verpackung stark zu vergrößern.
Aufgrund von Bestrebungen, das Aufkommen von Kunststoffen in Verpackungsmaterialien zu reduzieren, wäre ein der Ersatz der Luftpolsterfolie gewünscht, jedoch sind bislang noch keine Materialien bekannt, die vergleichbare Eigenschaften bieten und dennoch möglichst energiesparend herstellbar sind. Eine Alternative zu besagten Versandumschlägen ist die Verwendung von Kartonverpackungen, die zur Polsterung beispielsweise mit zerknülltem Papier oder anderen kunststofffreien Polstermaterialien versehen werden. Hierdurch wird jedoch das Versandvolumen stark erhöht, was sich wiederum negativ auf den Energieaufwand beim Transport auswirkt, sodass der positive Effekt des Weglassens des
Kunststoffmaterials zumindest teilweise relativiert wird.
Es wäre daher wünschenswert, ein Verfahren zu schaffen, das die Herstellung von kunststofffreien Verpackungsmaterialien erlaubt, die im Vergleich zu Luftpolsterfolie ähnliche Polsterungseigenschaften bei dennoch geringer Dicke aufweisen. Dabei soll auch die Herstellung unter Zufuhr von möglichst wenig, insbesondere ohne, Energie in
Form von Dampf und/oder Wärme erfolgen können.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann somit darin gesehen werden, dieses Ziel zu erreichen. Insbesondere kann eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin gesehen werden, ein Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsmaterials zu schaffen, das einen im Vergleich zum Stand der Technik reduzierten Energieaufwand aufweist und kunststofffrei ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen
werden, ein entsprechendes Verpackungsmaterial als solches zu schaffen.
Die Erfindung betrifft daher insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsmaterials, das zumindest eine Strukturschicht mit einer geprägten Struktur aufweist. Die Strukturschicht kann als solche als Verpackungsmaterial eingesetzt
werden, sie kann jedoch auch in einem Schichtverbund Verwendung finden.
Das Verfahren verwendet bevorzugt Papier, insbesondere Kraftpapier, als Grundmaterial. In bekannter Weise wird das Grundmaterial in dem erfindungsgemäßen Verfahren einer plastischen Umformung unterworfen. Das Umformen erfolgt insbesondere mittels einer Prägevorrichtung, die eine Vielzahl von Prägeabschnitten aufweist und derart eingerichtet ist, dass das Grundmaterial nach dem Umformen eine Vielzahl an durch die Prägeabschnitte gebildeten Formbereiche aufweist. Zur Bildung der Formbereiche sind können unterschiedliche Einrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise zwei gegeneinander laufende Prägewalzen oder zwei korrespondierende Prägeplatten, zwischen die das Grundmaterial eingebracht, einer Pressung unterzogen und dadurch umgeformt wird. Insbesondere erfolgt in der Prägevorrichtung eine Vollkontaktpressung des Grundmaterials. Hierzu können die Prägeabschnitte durch einen Matrizenabschnitt und einen geometrisch korrespondierenden Patrizenabschnitt gebildet sein, wobei beim Umformen jeweils ein Patrizenabschnitt in einen korrespondierenden Matrizenabschnitt und zwischen den
beiden Abschnitten das umzuformende Grundmaterial angeordnet ist.
Völlig unerwartet und überraschend wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung nun herausgefunden, dass ein zur Erreichung der oben genannten Ziele geeignetes Verpackungsmaterial durch plastisches Umformen von Papier als Grundmaterial erreicht werden kann. Das Umformen kann im Wesentlichen ohne externe Wärmezufuhr insbesondere dann erfolgen, wenn das Grundmaterial ein Papier ist, das eine Bruchdehnung in Maschinenrichtung (MD) von mindestens 5% und eine Bruchdehnung in Querrichtung (CD) von mindestens 5% aufweist. Dabei kann die
Bruchdehnung beispielsweise gemäß der Norm ISO 1924-3:2005 bestimmt werden.
In speziellen Ausführungsformen der Erfindung kann das Grundmaterial in Maschinenrichtung und/oder in Querrichtung eine Bruchdehnung von zumindest 8%
aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Grundmaterial in Maschinenrichtung
und/oder in Querrichtung eine Bruchdehnung von zumindest 9% auf.
In dem Verfahren ist insbesondere vorgesehen, dass das plastische Umformen des Grundmaterials bei einer Temperatur zwischen 10°C und 40°C erfolgt. Der absolute Wassergehalt des Grundmaterials kann beim Umformen zwischen 5% und 20% betragen. Insbesondere kann der absolute Wassergehalt des Grundmaterials beim Umformen zwischen 5% und 15% betragen, in speziellen Ausführungsformen zwischen 5% und 12% oder zwischen 5% und 9%. Eine Anpassung des Wassergehalts durch
Aufsprühen, Aufnebeln, Aufdrucken oder andere geeignete Maßnahmen ist möglich.
Der absolute Wassergehalt in % kann insbesondere Gew.-% in Bezug auf die Trockenmasse des Grundmaterials bezeichnen. Der absolute Wassergehalt kann auch
als Absolutfeuchte bezeichnet werden.
Das Verfahren wird bevorzugt in einer industriellen Prägevorrichtung durchgeführt. In dieser kann die Prägevorrichtung beispielsweise ein Maschinengestell und eine Fördereinrichtung zur Zu- und Abfuhr des Grundmaterials umfassen. Das
Grundmaterial kann als Rollenware bereitgestellt werden. Optional können an der
Prägevorrichtung noch andere Einrichtungen angeschlossen sein, beispielsweise eine
Schneidestation.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt einerseits ein kunststofffreies Verpackungsmaterial bereit und ermöglicht andererseits eine erhebliche Energieeinsparung im Vergleich zur Herstellung von konventionellen Umformverfahren für papierbasierte Materialien, die üblicherweise bei hoher Temperatur und hohen
Wassergehalten ausgeführt werden.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung können sein:
- Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen
- kein Einsatz von Rohstoffen aus fossilen Quellen
- verringerter Gerätebedarf bei der Herstellungsanlage durch Entfall des Heiz-/Dampfsystems
- reduzierte Investitionsausgaben bei Neuherstellung von Anlagen
- reduzierter Fußabdruck bei neuen Anlagen
- reduzierter Energiebedarf beim Transport von Produkten, die mit den erfindungsgemäßen Verpackungsmaterialien verpackt sind
- keine Papier-Kunststoff-Verbunde und dadurch leichtere Recyclierbarkeit
In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet „externe Wärmezufuhr“ insbesondere, dass keine zusätzliche oder absichtliche Zufuhr von Wärme erfolgt. Die Prägevorrichtung bzw. die Prägebereiche erwärmen sich im Betrieb typischerweise leicht, was jedoch nicht als „externe Wärmezufuhr“ im Sinne der vorliegenden Erfindung
anzusehen ist.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann die Temperatur bei der die Umformung erfolgt insbesondere jene Temperatur sein, die die Oberfläche der Prägebereiche während des
Umformschritts aufweist. Vor Durchführung des Umformschritts kann das Grundmaterial im Wesentlichen eben
sein. Beispielsweise kann es sich um Rollenware handeln, die im erfindungsgemäßen
Verfahren verarbeitet wird,
Es kann insbesondere eine Strukturschicht hergestellt werden, bei der das
Grundmaterial dauerhaft plastisch verformt ist.
Die Prägevorrichtung kann Prägeplatten umfassen, sodass eine Flachbettprägung erfolgt. Die Prägevorrichtung kann alternativ Prägewalzen umfassen, sodass eine
rotative Walzenprägung erfolgt.
Die Geometrie der Prägebereiche ist nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise können diese so ausgeführt sein, dass die Prägeabschnitte eine noppenförmige, also insbesondere halbkugel- oder kugelsegmentförmige Geometrie aufweisen. Die Prägebereiche können jedoch auch prismatisch, pyramidenstumpfförmig oder
kegelstupfförmig sein.
Prägebereiche bzw. Formbereiche in der Strukturschicht können direkt aneinander angrenzen, zwischen ihnen können jedoch auch Planbereiche angeordnet sein, in
denen das Grundmaterial keiner Umformung unterworfen wird.
Die Formbereiche können eine Tiefe von zwischen 1 mm und 20 mm, insbesondere zwischen 5 mm und 20 mm, aufweisen. Dabei ist die Tiefe insbesondere die maximale Abmessung der Formbereiche in Dickenrichtung der Strukturschicht. Die Formbereiche können Fortsätze bilden, die im Wesentlichen orthogonal von der Flächenebene der
Strukturschicht vorstehen.
Gegebenenfalls beträgt die Berstfestigkeit („burst strength“) des Grundmaterials zumindest 380 Pa. Gegebenenfalls liegt die Berstfestigkeit des Grundmaterials zwischen 380 kPa und 1000 kPa. Die Berstfestigkeit kann beispielsweise gemäß der Norm ISO 2758:2014 bestimmt werden.
Gegebenenfalls beträgt die Zugbrucharbeit des Grundmaterials in Maschinenrichtung zumindest 150 J/m?, insbesondere zumindest 200 J/m?, bevorzugt zumindest 400 J/m?. Gegebenenfalls beträgt die Zugbrucharbeit des Grundmaterials in Querrichtung
zumindest 150 J/m?, insbesondere zumindest 200 J/m?, bevorzugt zumindest 300 J/m?.
Die Zugbrucharbeit des Grundmaterials in Maschinenrichtung kann gegebenenfalls zwischen 150 J/m? und 600 J/m? liegen. Die Zugbrucharbeit des Grundmaterials in
Querrichtung kann gegebenenfalls zwischen 150 J/m? und 500 J/m? liegen.
Die Zugbrucharbeit („tensile energy absorption“) kann beispielsweise gemäß der Norm ISO 1924-3:2005 bestimmt werden.
Gegebenenfalls beträgt die Zugfestigkeit des Grundmaterials in Maschinenrichtung zumindest 5,0 kN/m, insbesondere zumindest 7,0 kN/m, bevorzugt zumindest 10 kN/m oder zumindest 13 kN/m. Gegebenenfalls beträgt die Zugfestigkeit des Grundmaterials in Querrichtung zumindest 3,0 kN/m, insbesondere zumindest 5,0 kN/m, bevorzugt zumindest 6,0 kN/m.
Die Zugfestigkeit des Grundmaterials in Maschinenrichtung kann gegebenenfalls zwischen 5,0 kN/m und 20 kN/m liegen. Die Zugfestigkeit des Grundmaterials in
Querrichtung kann gegebenenfalls zwischen 3,0 kN/m und 10,0 kN/m liegen.
Die Zugfestigkeit („tensile strength“) kann beispielsweise gemäß der Norm ISO 19243:2005 bestimmt werden.
Gegebenenfalls beträgt der DurchreiRwiderstand des Grundmaterials in Maschinenrichtung zumindest 500 mN, insbesondere zumindest 700 mN, bevorzugt zumindest 1000 mN oder zumindest 1200 mN. Gegebenenfalls beträgt der Durchreißwiderstand des Grundmaterials in Querrichtung zumindest 500 mN, insbesondere zumindest 700 mN, bevorzugt zumindest 1000 mN oder zumindest 1200 m\N oder sogar zumindest 2000 mN. Gegebenenfalls liegt der DurchreiRwiderstand des Grundmaterials in Maschinenrichtung und/oder in Querrichtung zwischen 500 mN und 2500 mN.
Der Durchreißwiderstand („tear strength“) kann beispielsweise gemäß der Norm ISO 1974:2012 bestimmt werden.
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Gegebenenfalls liegt die Grammatur („basis weight“) des Grundmaterials zwischen 50 g/m? und 180 g/m?. Insbesondere beträgt die Grammatur des Grundmaterials zumindest 80 g/m?. Die Grammatur kann beispielsweise gemäß der Norm ISO 536:2012 bestimmt
werden.
Die in einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Strukturschicht kann ohne weitere Verarbeitungsschritte als Verpackungsmaterial eingesetzt werden. Jedoch können noch weitere Schritte vorgesehen sein, in denen die Strukturschicht
weiterverarbeitet wird, um ein Verpackungsmaterial zu bilden.
Beispielsweise kann eine aus dem Grundmaterial bestehende Planschicht mit einer Strukturschicht verbunden werden, um einen Planschicht-Strukturschicht-Verbund zu bilden. In einem derartigen Planschicht-Strukturschicht-Verbund können die Formbereiche an einer Seite der Strukturschicht über ein Klebemittel mit der Planschicht verbunden. Auch optional vorgesehene Planbereiche können mit einer
Planschicht verbunden werden.
Ein Planschicht-Strukturschicht-Verbund kann gegebenenfalls auf jener Seite, an der die Strukturschicht freiliegt mit einer weiteren Planschicht verbunden werden. Es können auch mehrere aus je einer Planschicht und einer Strukturschicht bestehenden Planschicht-Strukturschicht-Verbunde miteinander verbunden werden. Beispielhaft können in einem erfindungsgemäßen Verfahren folgende Schichtabfolgen gebildet werden: P-S; P-S-P; P-S-P-S-P; P-S-P-S-P-S-P, wobei P eine Planschicht und S eine
Strukturschicht bezeichnet.
Das Klebemittel zum Herstellen eines Planschicht-Strukturschicht-Verbunds kann aus einem oder mehreren der folgenden Klebemittel ausgewählt sein: Klebstoff auf Wasserbasis; lösemittelhaltiger Klebstoff; lösemittelfreier Klebstoff; Klebstoff auf Stärkebasis; Klebstoff auf Proteinbasis; Polymerdispersionsklebstoff; Polymerlösungsklebstoff; Harzklebstoff; durch Elektronenstrahl aktivierbarer Klebstoff;
Hotmelt-Klebstoff; Reaktivklebstoff, insbesondere 2-Komponenten-Reaktivklebstoff.
Vorteilhaft können solche Klebemittel sein, für deren Aushärtung oder Verfestigung
keine Wärmezufuhr benötigt wird.
Zur Bildung eines Verpackungsmaterials können noch weitere Schritte vorgesehen
sein, beispielsweise Bedrucken, Falten, Schneiden, Biegen, Kleben.
Insbesondere betrifft die Erfindung auch ein Verpackungsmaterial, das nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Ein Verpackungsmaterial kann aus einer Strukturschicht bestehen oder diese umfassen. Die Strukturschicht kann
wiederum aus einem Grundmaterial gebildet sein.
Es kann vorgesehen sein, dass das das Grundmaterial Kraftpapier mit einer Bruchdehnung in Maschinenrichtung von mindestens 5% und mit einer Bruchdehnung in Querrichtung von mindestens 5% ist, wobei die Strukturschicht eine Vielzahl an Formbereichen aufweist. Das Grundmaterial kann jene Eigenschaften aufweisen, die in
Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden.
Das Verpackungsmaterial kann in Form eines Kartons, einer Versandtasche oder einer
anderen Verpackung vorliegen.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsmaterials mit zumindest einer reliefartigen Strukturschicht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellen eines Grundmaterials, wobei das Grundmaterial Papier, insbesondere Kraftpapier, ist,
- plastisches Umformen des Grundmaterials mit einer Prägevorrichtung zum Bilden der Strukturschicht, wobei die Prägevorrichtung eine Vielzahl an Prägeabschnitten aufweist, sodass die Strukturschicht eine Vielzahl an durch die Prägeabschnitte gebildeten Formbereichen aufweist,
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Grundmaterial eine Bruchdehnung in Maschinenrichtung von mindestens 5%, insbesondere zumindest 8%, und eine Bruchdehnung in Querrichtung von mindestens 5%, insbesondere zumindest 8%,
aufweist, dass das Umformen bei einer Temperatur von zwischen 10°C und 40°C
erfolgt, und dass das Grundmaterial beim Umformen einen absoluten Wassergehalt von
zwischen 5% und 20%, insbesondere zwischen 5% und 9%, aufweist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Berstfestigkeit des Grundmaterials zumindest 380 kPa beträgt oder zwischen 380 kPa und1000 kPa liegt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Zugbrucharbeit des Grundmaterials in Maschinenrichtung zumindest 150 J/m?*, insbesondere zumindest 200 J/m?, beträgt, und dass die Zugbrucharbeit des Grundmaterials in Querrichtung zumindest 150 J/m?,
insbesondere zumindest 200 J/m?, beträgt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Zugfestigkeit des Grundmaterials in Maschinenrichtung zumindest 5,0 kN/m, insbesondere zumindest 7,0 kN/m, beträgt, und dass die Zugfestigkeit des Grundmaterials in Querrichtung zumindest 3,0 kN/m,
insbesondere zumindest 5,0 kN/m, beträgt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der DurchreiRwiderstand des Grundmaterials in Maschinenrichtung zumindest 500 mN, insbesondere zumindest 700 mN, beträgt, und dass der DurchreiRwiderstand des Grundmaterials in Querrichtung zumindest 500 mN,
insbesondere zumindest 700 mN, beträgt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Grundmaterial vor dem Umformen im
Wesentlichen eben ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Prägeabschnitte durch einen Matrizenabschnitt und einen in den Matrizenabschnitt einführbaren oder eingeführten
Patrizenabschnitt gebildet sind.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Prägevorrichtung zwei Prägewalzen umfasst, wobei die Patrizenabschnitte an der ersten Prägewalze und die Matrizenabschnitte an der zweiten Prägewalze angeordnet sind, oder dass die Prägevorrichtung zwei Prägeplatten umfasst, wobei die Patrizenabschnitte an der ersten Prägeplatte und die
Matrizenabschnitte an der zweiten Prägeplatte angeordnet sind.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Prägeabschnitte durch Planabschnitte getrennt sind, sodass benachbarte Formbereiche des umgeformten Grundmaterials
durch Planbereiche voneinander getrennt sind.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Formbereiche, insbesondere relativ zu den
Planbereichen, eine Tiefe von zwischen 1 mm und 20 mm aufweisen.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Formbereiche eine Geometrie aufweisen, die aus der folgenden Liste ausgewählt ist: kugelsegmentförmig, prismatisch, pyramidenstumpfförmig, kegelstupfförmig, wobei die Formbereiche bevorzugt
kugelsegmentförmig sind.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass zwischen benachbarten Formbereichen in Maschinenrichtung und in Querrichtung des Grundmaterials Planbereiche angeordnet
sind.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Verfahren folgende weitere Schritte umfasst: - Bereitstellen einer aus dem Grundmaterial gebildeten im Wesentlichen ebenen Planschicht, und - Verbinden der in Schritt erhaltenen Strukturschicht mit der Planschicht zum Erhalten eines Planschicht-Strukturschicht-Verbunds.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Planschicht mit Planbereichen der Strukturschicht verbunden wird, und/oder dass die Planschicht mit Formbereichen der
Strukturschicht verbunden wird. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der erhaltene Planschicht-StrukturschichtVerbund mit einer weiteren Planschicht und/oder mit einer weiteren Strukturschicht
verbunden wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass zum Verbinden von Schichten ein Klebemittel
eingesetzt wird, das aus einem oder mehreren der folgenden ausgewählt ist: Klebstoff
auf Wasserbasis; durch Elektronenstrahl aktivierbarer Klebstoff; Hotmelt-Klebstoff;
Reaktivklebstoff, insbesondere 2-Komponenten-Reaktivklebstoff.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass aus der Strukturschicht und/oder aus dem Planschicht-Strukturschicht-Verbund ein Umschlag, insbesondere ein Briefumschlag
oder eine Versandverpackung, gebildet wird.
Die Erfindung betrifft insbesondere auch ein Verpackungsmaterial, insbesondere erhalten in einem Verfahren mit einem oder mehreren der hier genannten Merkmale, umfassend oder bestehend aus einer aus einem Grundmaterial bestehenden Strukturschicht, wobei das Grundmaterial Kraftpapier mit einer Bruchdehnung in Maschinenrichtung von mindestens 5% und mit einer Bruchdehnung in Querrichtung von mindestens 5% ist, wobei die Strukturschicht eine Vielzahl an geprägten
Formbereichen aufweist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass benachbarte Formbereiche durch Planbereiche
voneinander getrennt sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, den Figuren
sowie aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels im Detail erläutert. Das Ausführungsbeispiel dient lediglich der Veranschaulichung vorteilhafter Aspekte der Erfindung und soll den durch die Patentansprüche definierten
Schutzumfang nicht einschränken.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Illustration eines Umformschritts gemäß einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine schematische Detailansicht einer nach einem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Strukturschicht;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Abschnitts des Verpackungsmaterials aus Fig. 2; und
Fig. 4 eine schematische Detailansicht eines nach einem erfindungsgemäßen
Verfahren erhaltenen Planschicht-Strukturschicht-Verbunds.
Sofern nicht anders bezeichnet, zeigen die Figuren die folgenden Merkmale: Strukturschicht 1, Grundmaterial 2, Formbereich 3, Prägeabschnitt 4, Matrizenabschnitt 5, Patrizenabschnitt 6, Planabschnitt 7, Prägewalze 8, erste Prägewalze 8‘, zweite Prägewalze 8“. Planbereich 9, Tiefe 10, Maschinenrichtung 11, Planschicht 12, Planschicht-Strukturschicht-Verbund 13, Klebebereich 14, Breite 15, Querrichtung 16.
Fig. 1 zeigt eine Illustration eines Umformschritts gemäß einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei wurde das plane Grundmaterial 2 in eine Prägevorrichtung eingebracht und mit Hilfe von zwei Prägewalzen 8 geprägt. Die Prägewalzen 8 ist jeweils mit einer Vielzahl an Prägeabschnitten 4 ausgestattet, wobei die erste Prägewalze 8‘ Matrizenabschnitte 5 und die zweite Prägewalze 8“ Patrizenabschnitte 6 aufweist. Zwischen den Prägeabschnitten 4 sind Planabschnitte 7 angeordnet, innerhalb derer keine Umformung bzw. Prägung des Grundmaterials 2
erfolgt.
Durch die Umformung wurde also eine Strukturschicht 1 gebildet, die entsprechend den
Prägeabschnitten 4 auf den Prägewalzen 8 Formabschnitte 3 aufweist.
Die Umformung in diesem Verfahren erfolgte bei einer Temperatur von etwa 33°C (durchschnittliche Oberflächentemperatur der Prägewalzen 8) und das Grundmaterial 2
hatte einen Wassergehalt von etwa 6% an der Trockenmasse.
In diesem Ausführungsbeispiel wurden sechs Grundmaterialien mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofilen verglichen, die in den nachfolgenden Tabellen 1-6 angegeben sind. Dabei zeigen die Tabellen 1-5 erfindungsgemäße Grundmaterialien und Tabelle 6
zeigt ein Vergleichs-Grundmaterial, das nicht erfindungsgemäß ist.
Tabelle 1: Eigenschaften des ersten Grundmaterials aus ungebleichtem Zellstoff
Eigenschaft Wert bestimmt nach Grammatur [g/m?] 70 ISO 536:2012 Bruchdehnung MD [%] 11 ISO 1924-3:2005 Bruchdehnung CD [%] 10 ISO 1924-3:2005 Berstfestigkeit [kPa] 513 ISO 2758:2014 Zugbrucharbeit MD [J/m?] 420 ISO 1924-3:2005 Zugbrucharbeit CD [J/m?] 245 ISO 1924-3:2005 Zugfestigkeit MD [kN/m] 7,8 ISO 1924-3:2005 Zugfestigkeit CD [kN/m] 3,3 ISO 1924-3:2005 DurchreiRßwiderstand MD [mN] 760 ISO 1974:2012 Durchreißwiderstand CD [mN] 1340 ISO 1974:2012
Tabelle 2: Eigenschaften des zweiten Grundmaterials aus ungebleichtem Zellstoff
Eigenschaft Wert bestimmt nach Grammatur [g/m?] 70 ISO 536:2012 Bruchdehnung MD [%] 5,8 ISO 1924-3:2005 Bruchdehnung CD [%] 7,4 ISO 1924-3:2005 Berstfestigkeit [kPa] 380 ISO 2758:2014 Zugbrucharbeit MD [J/m?] 200 ISO 1924-3:2005 Zugbrucharbeit CD [J/m?] 200 ISO 1924-3:2005 Zugfestigkeit MD [kN/m] 5,6 ISO 1924-3:2005 Zugfestigkeit CD [kN/m] 4,06 ISO 1924-3:2005 DurchreiRßwiderstand MD [mN] 735 ISO 1974:2012 Durchreißwiderstand CD [mN] 805 ISO 1974:2012
Tabelle 3: Eigenschaften des dritten Grundmaterials aus ungebleichtem Zellstoff
Eigenschaft Wert bestimmt nach Grammatur [g/m?] 130 ISO 536:2012 Bruchdehnung MD [%] 12,5 ISO 1924-3:2005 Bruchdehnung CD [%] 9,4 ISO 1924-3:2005 Berstfestigkeit [kPa] 790 ISO 2758:2014 Zugbrucharbeit MD [J/m?] 890 ISO 1924-3:2005
Zugbrucharbeit CD [J/m?] 400 ISO 1924-3:2005 Zugfestigkeit MD [kN/m] 16,2 ISO 1924-3:2005 Zugfestigkeit CD [kN/m] 6,5 ISO 1924-3:2005 DurchreiRßwiderstand MD [mN] 1600 ISO 1974:2012 Durchreißwiderstand CD [mN] 2600 ISO 1974:2012
Tabelle 4: Eigenschaften des vierten Grundmaterials aus gebleichtem Zellstoff
Eigenschaft Wert bestimmt nach Grammatur [g/m?] 70 ISO 536:2012 Bruchdehnung MD [%] 5,8 ISO 1924-3:2005 Bruchdehnung CD [%] 8,6 ISO 1924-3:2005 Berstfestigkeit [kPa] 410 ISO 2758:2014 Zugbrucharbeit MD [J/m?] 180 ISO 1924-3:2005 Zugbrucharbeit CD [J/m?] 225 ISO 1924-3:2005 Zugfestigkeit MD [kN/m] 5,4 ISO 1924-3:2005 Zugfestigkeit CD [kN/m] 3,8 ISO 1924-3:2005 DurchreiRßwiderstand MD [mN] 980 ISO 1974:2012 Durchreißwiderstand CD [mN] 1120 ISO 1974:2012
Tabelle 5: Eigenschaften des fünften Grundmaterials aus gebleichtem Zellstoff
Eigenschaft Wert bestimmt nach Grammatur [g/m?] 120 ISO 536:2012 Bruchdehnung MD [%] 5,8 ISO 1924-3:2005 Bruchdehnung CD [%] 8,3 ISO 1924-3:2005 Berstfestigkeit [kPa] 675 ISO 2758:2014 Zugbrucharbeit MD [J/m?] 285 ISO 1924-3:2005 Zugbrucharbeit CD [J/m?] 330 ISO 1924-3:2005 Zugfestigkeit MD [kN/m] 8,9 ISO 1924-3:2005 Zugfestigkeit CD [kN/m] 6,2 ISO 1924-3:2005 DurchreiRßwiderstand MD [mN] 1860 ISO 1974:2012 Durchreißwiderstand CD [mN] 2100 ISO 1974:2012
Tabelle 6: Eigenschaften eines vergleichenden Grundmaterials (nicht erfindungsgemäß)
Eigenschaft Wert bestimmt nach Grammatur [g/m?] 70 ISO 536:2012 Bruchdehnung MD [%] 2,6 ISO 1924-3:2005 Bruchdehnung CD [%] 7,1 ISO 1924-3:2005 Berstfestigkeit [kPa] 350 ISO 2758:2014 Zugbrucharbeit MD [J/m?] 120 ISO 1924-3:2005 Zugbrucharbeit CD [J/m?] 200 ISO 1924-3:2005 Zugfestigkeit MD [kN/m] 7,7 ISO 1924-3:2005 Zugfestigkeit CD [kN/m] 4,2 ISO 1924-3:2005 DurchreiRßwiderstand MD [mN] 910 ISO 1974:2012 Durchreißwiderstand CD [mN] 910 ISO 1974:2012
Aus den erfindungsgemäßen Grundmaterialien wurde eine Strukturschicht 1 erhalten, bei der das Grundmaterial 2 dauerhaft plastisch verformt ist. Die Strukturschicht 1, die gemäß den Ausführungsbeispielen erhalten wurde, ist im Detail in Fig. 2 schematisch
dargestellt.
Die Strukturschicht 1 weist eine Vielzahl an zueinander Formbereichen 3 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel kugelsegmentförmig ausgebildet sind. Die Breite 15 jedes Formbereichs 3 beträgt etwa 20 mm, die Tiefe 10 etwa 10 mm. Zwischen den Formbereichen 3 Planabschnitte 9 angeordnet, in denen das Grundmaterial 2 nicht
plastisch verformt wurde.
Wie in Fig. 3 ersichtlich, sind die Formbereiche 3 in einem regelmäßigen Muster angeordnet, das entlang der Querrichtung 16 und entlang der Maschinenrichtung 11
des Grundmaterials 2 verläuft. Es ist anzumerken, dass die Strukturschicht 1 bereits als solche als
Verpackungsmaterial eingesetzt werden kann, jedoch können auch weitere
Verarbeitungsschritte vorgesehen sein.
Das vergleichende Grundmaterial aus Tabelle 6 erlaubte keine hinreichende plastische Verformung, um es als Verpackungsmaterial einsetzen zu können. Insbesondere wurde hier ein Reißen beim Umformvorgang sowie eine unzureichende Formstabilität der
umgeformten Bereiche beobachtet.
Von den erfindungsgemäßen Grundmaterialien sind jene aus den Tabellen 1 und 3 besonders hervorzuheben, wobei das Grundmaterial aus Tabelle 1 eine sehr gute Eignung für das erfindungsgemäße Verfahren zeigte und das Grundmaterial aus
Tabelle 3 eine hervorragende Eignung für das erfindungsgemäße Verfahren zeigte.
Fig. 4 zeigt eine schematische Detailansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verpackungsmaterials, wobei es sich hierbei um einen dreischichtigen Planschicht-Strukturschicht-Verbund 13 handelt.
Zur Bildung dieses Planschicht-Strukturschicht-Verbunds 13 wurde die Strukturschicht 1 gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel an ihrer Ober- und Unterseite mit Jeweils einer Planschicht 12 verklebt. Die Planschichten 12 bestanden ebenfalls aus dem Grundmaterial 2 und als Klebemittel wurde ein wasserfreier Klebstoff eingesetzt. In anderen Ausführungsformen kann es sich auch um einen wasserhaltigen Klebstoff, beispielsweise einen Dispersionsklebstoff, handeln. Die Klebebereiche 14 befinden sich
jeweils an den Kontaktstellen zwischen den aneinander angrenzenden Schichten.
Ein derartiger Planschicht-Strukturschicht-Verbund 13 kann zur Bildung eines
Versandumschlags oder dergleichen verwendet werden.

Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsmaterials mit zumindest einer reliefartigen Strukturschicht (1), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    a. Bereitstellen eines Grundmaterials (2), wobei das Grundmaterial (2) Papier, insbesondere Kraftpapier, ist,
    b. plastisches Umformen des Grundmaterials (2) mit einer Prägevorrichtung zum Bilden der Strukturschicht (1), wobei die Prägevorrichtung eine Vielzahl an Prägeabschnitten (4) aufweist, sodass die Strukturschicht (1) eine Vielzahl an durch die Prägeabschnitte gebildeten Formbereichen (3) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (2) eine Bruchdehnung in Maschinenrichtung von mindestens 5%, insbesondere zumindest 8%, und eine Bruchdehnung in Querrichtung von mindestens 5%, insbesondere zumindest 8%, aufweist, dass das Umformen in Schritt (b) bei einer Temperatur von zwischen 10°C und 40°C erfolgt, und dass das Grundmaterial (2) beim Umformen in Schritt (b) einen absoluten Wassergehalt von zwischen 5% und 20%, insbesondere zwischen 5% und 9%, aufweist.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berstfestigkeit des Grundmaterials (2) zumindest 380 kPa beträgt oder zwischen 380 kPa und 1000 kPa liegt.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugbrucharbeit des Grundmaterials (2) in Maschinenrichtung zumindest 150 J/m?, insbesondere zumindest 200 J/m?, beträgt, und dass die Zugbrucharbeit des Grundmaterials (2) in Querrichtung zumindest 150 J/m?, insbesondere zumindest 200 J/m?, beträgt.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfestigkeit des Grundmaterials (2) in Maschinenrichtung zumindest 5,0 kN/m, insbesondere zumindest 7,0 kN/m, beträgt, und dass die Zugfestigkeit des Grundmaterials (2) in Querrichtung zumindest 3,0 kN/m, insbesondere zumindest 5,0 kN/m, beträgt.
    11.
    18 — 62685/GP/MB Mondi AG, Marxergasse 4A, 1030 Wien (AT)
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchreißwiderstand des Grundmaterials (2) in Maschinenrichtung zumindest 500 mN, insbesondere zumindest 700 mN, beträgt, und dass der DurchreiRwiderstand des Grundmaterials (2) in Querrichtung zumindest 500 mN, insbesondere zumindest 700 mN, beträgt.
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (1) vor dem Umformen in Schritt (b) im Wesentlichen eben ist.
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägeabschnitte (4) durch einen Matrizenabschnitt (5) und einen in den Matrizenabschnitt (5) einführbaren oder eingeführten Patrizenabschnitt (6) gebildet sind.
    Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägevorrichtung zwei Prägewalzen (8) umfasst, wobei die Patrizenabschnitte (6) an der ersten Prägewalze (8°) und die Matrizenabschnitte (5) an der zweiten Prägewalze (8*) angeordnet sind, oder dass die Prägevorrichtung zwei Prägeplatten umfasst, wobei die Patrizenabschnitte (6) an der ersten Prägeplatte und die Matrizenabschnitte (5) an der zweiten Prägeplatte angeordnet sind.
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prägeabschnitte (4) durch Planabschnitte (7) getrennt sind, sodass benachbarte Formbereiche (3) des umgeformten Grundmaterials (2) durch Planbereiche (9) voneinander getrennt sind.
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Formbereiche (3), insbesondere relativ zu den Planbereichen (4), eine Tiefe (10)
    von zwischen 1 mm und 20 mm aufweisen.
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Formbereiche (3) eine Geometrie aufweisen, die aus der folgenden Liste ausgewählt ist: kugelsegmentförmig, prismatisch, pyramidenstumpfförmig, kegelstupfförmig, wobei die Formbereiche (3) bevorzugt kugelsegmentförmig sind.
    13.
    14.
    15.
    16.
    17.
    18.
    19 — 62685/GP/MB Mondi AG, Marxergasse 4A, 1030 Wien (AT)
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Formbereichen (3) in Maschinenrichtung (11) und in Querrichtung des Grundmaterials (2) Planbereiche (9) angeordnet sind.
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende weitere Schritte umfasst: c. Bereitstellen einer aus dem Grundmaterial (2) gebildeten im Wesentlichen ebenen Planschicht (12), und d. Verbinden der in Schritt (b) erhaltenen Strukturschicht (1) mit der Planschicht (12) zum Erhalten eines Planschicht-Strukturschicht-Verbunds (13).
    Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Planschicht (12) mit Planbereichen (9) der Strukturschicht (1) verbunden wird, und/oder dass die Planschicht (12) mit Formbereichen (3) der Strukturschicht (1) verbunden wird.
    Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der in Schritt (d) erhaltene Planschicht-Strukturschicht-Verbund (13) mit einer weiteren Planschicht (12) und/oder mit einer weiteren Strukturschicht (1) verbunden wird.
    Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbinden von Schichten ein Klebemittel eingesetzt wird, das aus einem oder mehreren der folgenden ausgewählt ist: Klebstoff auf Wasserbasis; durch Elektronenstrahl aktivierbarer Klebstoff; Hotmelt-Klebstoff; Reaktivklebstoff, insbesondere 2-Komponenten-Reaktivklebstoff.
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Strukturschicht (1) und/oder aus dem Planschicht-Strukturschicht-Verbund (13) ein Umschlag, insbesondere ein Briefumschlag oder eine Versandverpackung, gebildet wird.
    Verpackungsmaterial, insbesondere erhalten in einem Verfahren nach einem der
    Ansprüche 1 bis 17, umfassend oder bestehend aus einer aus einem Grundmaterial bestehenden Strukturschicht (1), wobei das Grundmaterial (2)
    Kraftpapier mit einer Bruchdehnung in Maschinenrichtung von mindestens 5% und mit einer Bruchdehnung in Querrichtung von mindestens 5% ist, wobei die Strukturschicht (1) eine Vielzahl an geprägten Formbereichen (3) aufweist.
    19. Verpackungsmaterial nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Formbereiche (3) durch Planbereiche (9) voneinander getrennt sind.
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