DE69920703T2

DE69920703T2 - Papier oder pappe mit kompostierbarer beschichtung, verfahren zu deren herstellung und damit hergestellte produkte

Info

Publication number: DE69920703T2
Application number: DE69920703T
Authority: DE
Inventors: Jurkka Kuusipalo; Kimmo Nevalainen; Tapani Penttinen
Original assignee: Stora Enso Oyj
Current assignee: Stora Enso Oyj
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: FI112624B; CA2336898A1; DK1094944T3; EP1094944A1; FI981558A0; DE69920703D1; ATE277758T1; ZA200100251B; WO2000001530A1; CA2336898C; JP4664502B2; PT1094944E; JP2002519222A; EP1094944B1; AU750072B2; US6645584B1; AU5040799A; ES2226410T3; FI981558L

Description

Der Gegenstand dieser Erfindung ist eine) kompostierbare(s) polymerbeschichtete(s) Papier oder Pappe, wobei die Beschichtung als eine Komponente Polylactid enthält. Ein weiterer Gegenstand der Erfinung ist ein Verfahren zur Herstellung des betreffenden Papiers oder der betreffenden Pappe sowie eine Anzahl von Produkten, die aus dem Papier oder der Pappe hergestellt sind.
Wasserfeste(s), polymerbeschichtete(s) Papier und Pappe werden üblicherweise als Verpackungsmaterial für Lebensmittel und als Einwegbehälter verwendet. Es wurden Beschichtungspolymere und darauf basierende multilamellare Beschichtungsstrukturen entwickelt, die der Verpackung eine gute Sauerstoff-, Wasserdampf- und Aromadichtigkeit verleihen, um eine gute Konservierung des verpackten Produktes sicherzustellen. Eine weitere Anforderung von in letzter Zeit wachsender Bedeutung, die an polymerbeschichtete Verpackungsmaterialien gestellt wird, ist ihre Bioabbaubarkeit. Diese beiden Ziele können jedoch nicht mit denselben Polymeren erreicht werden, weil die verwendeten effizient dichtenden Polymere wie EVOH oder Polyamid praktisch nicht bioabbaubar sind, während bei den kommerziellen bioabbaubaren Polymeren die dichtenden Eigenschaften mehr oder weniger fehlen. Beispiele für auf dem Markt befindliche bioabbaubare Polymere sind z.B. Polyhydroxybutyrat, Kunststoffe auf der Basis von Stärke und Polylactid (PLA), wobei letzteres aufgrund seiner einfachen Herstellung und seiner relativ guten dichtenden Eigenschaften bevorzugt wird.
Die Verwendung von Polylactid als Beschichtung für Verpackungsmaterial ist z.B. aus der finnischen Patentanmeldung 951637 bekannt, die ein fettbeständiges Papier für die Verpackung von Lebensmitteln beschreibt, wobei Polylactid als ein mögliches Material für die bioabbaubare Polymerbeschichtung erwähnt wird. Gemäß dieser Publikation kann die Beschichtung auf dem Papier aus einer bioabbaubaren Polymerschicht oder aus einer Schichtstruktur aus zwei oder selbst drei Lagen aufeinander bestehen, wobei die verschiedenen Schichten ihre jeweils eigenen Funktionen haben. Das Ziel war, ein Verpackungspapier herzustellen, das gleichzeitig fett-, aroma-, gas- und wasserdampfdicht und bioabbaubar ist. Die Veröffentlichung enthält allerdings kein praktisches Anwendungsbeispiel mit Messdaten, auch offenbart die Veröffentlichung nicht, welche Rolle das bioabbaubare Polylactid in einer multilamellaren Beschichtung spielen könnte.
Eine spezifischere Beschreibung der Verwendung von Polylactid in einem Verpackungsmaterial kann der europäischen Patentanmeldung 0514137 entnommen werden, die polylactidbeschichtete(s) bioabbaubare(s) Verpackungspapier oder Pappe für die Verpackung von Flüssigkeiten beschreibt. Das Papier oder die Pappe kann zunächst mit einer bioabbaubaren haftvermittelnden Bindemittelschicht, die Leim, Gelatine, Casein oder Stärke sein kann, beschichtet werden, woraufhin die Polylactidschicht auf die Bindemittelschicht aufgebracht wird. Allerdings erfordern gemäß dieser Veröffentlichung nicht alle Papiertypen die Verwendung eines Bindemittels. In den in der Veröffentlichung aufgeführten Beispielen ist die Dicke der Polylactidschicht 25 bis 30 μm, und die Beschichtung wird als transparent, glänzend, feuchtigkeitsbeständig und eine gute mechanische Festigkeit aufweisend beschrieben. In den Anwendungsbeispielen in dieser Veröffentlichung wurde die Bioabbaubarkeit der Beschichtung getestet, nicht aber ihre Barriereeigenschaften.
In der Broschüre "Poly(Lactic Acid) Polymers" (1977), herausgegeben von Neste Oy, dem Hersteller von Polylactid, wird Polylactid an sich als brüchig und steif beschrieben, falls keine Weichmacher enthalten sind. Der Polylactidfilm bildet eine gute Gasbarriere für Luft, aber nur eine mäßige für Wasserdampf. Die zugesetzten Weichmacher, die die Flexibilität und Festigkeit verbessern, können die Barriereeigenschaften des Polylactids beeinträchtigen. Gemäß dieser Information kann Polylactid einem Vergleich mit den besten bioabbaubaren, dichtenden Polymeren (EVOH) nicht standhalten, ist aber, in Bezug auf seine Eigenschaften als Gasbarriere, wesentlich besser als z.B. Polyethylen, das allgemein verwendet wird und für zahlreiche Anwendungen als Behälter und Verpackung zufriedenstellend ist. Gemäß dieser Broschüre kann Polylactid bei 180 bis 250 °C extrudiert und heißversiegelt werden.
Gemäß den Beobachtungen und der Erfahrung der Erfinder stellt sich beim Extrudieren von Polylactid unmittelbar auf Papier oder Pappe das Problem, dass bei der äußersten möglichen Temperatur, d.h. bei ungefähr 250 °C, gearbeitet werden muss, um ausreichende Haftung zu erzielen, wobei die aufgetragene Schicht außerdem relativ dick sein muss. Bei der erwähnten Temperatur ist die Schmelzviskosität des Polylactids niedrig, und in der erhaltenen Beschichtung verbleiben leicht Nadellöcher. Außerdem unterliegt das Polylactid durch die hohe Temperatur der Gefahr des Abbaus, so dass sein mittleres Molekulargewicht und seine Viskosität abnehmen, was die Empfindlichkeit der Schicht weiter erhöht und die Bildung von Nadellöchern fördert. Aufgrund der Brüchigkeit von Polylactid zeigen die Produkte, die aus damit beschichteter Pappe hergestellt sind, Undichtigkeiten und Risse, wodurch die Beschichtung dem Falten oder Biegen und der formbedingten Ausdehnung, die mit der Herstellung von Walz- oder Gießformprodukten einhergehen, nicht standhalten. Selbst beim Heißversiegeln von Polylactidschichten begegnet man einer Rissbildung, die die Dichtigkeit von Versiegelungen vermindert.
Sogar das Verdünnen von Beschichtungen ist Teil der Entwicklungstrends für polymerbeschichtete Verpackungsmaterialien, wobei z.B. LD-Polyethylen mit guten Ergebnissen eingesetzt wurde. Wie bereits erwähnt, ist die Haftung von Polylactid auf Papier oder Pappe nur als relativ dicke Schicht möglich, entsprechend dem, was in der europäischen Patentanmeldung 0514137 beschrieben wird. Bei dünneren Schichten ist die Haftung an der Oberfläche des Papiers oder der Pappe unzureichend, wobei zusätzlich die Vermeidung der Bildung von Nadellöchern umso schwieriger wird.
Eine Verringerung des Polylactidgehaltes wäre jedoch wünschenswert, allein wegen der mit der Verwendung dieses Materials verbundenen Kosten.
Noch ein weiteres bedeutendes Problem, auf das man bei Polylactidbeschichtungen stößt, ist das Abreißen von Ecken des Beschichtungsfilmes und sich davon ablösenden Polymerflocken, die, wenn sie sich über die neu aufgetragene Polymerbeschichtung verstreuen, Unregelmäßigkeiten in der Beschichtung und eine Hemmung des Verfahrens verursachen. Die hohen Verarbeitungstemperaturen von Polylactid fördern eine "Bartbildung" am Mundstück des Extruders, weshalb dieser gereinigt und die Produktion angehalten werden muss.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung vorzuschlagen, durch die der Polylactidanteil in der Polymerbeschichtung für Papier oder Pappe verringert werden kann, wobei gleichzeitig die anderen oben beschriebenen Schwierigkeiten, die sich bei Polylactidbeschichtungen ergeben, vermieden werden. Das erfindungsgemäße polymerbeschichtete Papier oder die erfindungsgemäße polymerbeschichtete Pappe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine äußere, Polylactid enthaltende Schicht umfasst, die höchstens 20 g/cm³ wiegt, sowie eine Klebeschicht, die die äußere Schicht an das Papier oder die Pappe bindet und aus einem mit dem Polylactid coextru dierbaren, bioabbaubaren Polymermaterial besteht. Das erfindungsgemäße Produkt ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtgewicht der äußeren Schicht und der Klebeschicht im Bereich von 12 bis 30 g/m² liegt.
Durch die erfindungsgemäße Coextrusion von Polylactid und dem bioabbaubaren Polymer, das als Klebematerial auf Papier oder Pappe dient, werden das während der separaten Extrusion von Polylactid auftretende Reißen der Folie und die begleitenden Probleme vermieden, da das Klebepolymer als Bestandteil der Folie fungiert. Da das die Haftung des Polylactids betreffende Problem durch die Klebeschicht gelöst wird, kann die Extrusionstemperatur verringert werden, was wiederum die Qualität der gebildeten Polylactidschichten verbessert und die Anfälligkeit des Materials, zu reißen und Nadellöcher zu bilden, verringert, wobei gleichzeitig die Polylactidschicht dünner als zuvor hergestellt werden kann. Insgesamt ist die erfindungsgemäße zweilagige bioabbaubare Polymerbeschichtung flexibler und dichter als vorherige unilamellare Polylactidbeschichtungen, zusätzlich hierzu kann die Menge an Polymer in der Polylactidschicht oder selbst in der Beschichtung als Ganzes verringert werden, wodurch Kostenersparnisse entstehen.
Vorzugsweise sind die Materialien in der erfindungsgemäßen Klebeschicht bioabbaubare Polyester wie Celluloseester, aliphatische oder aliphatisch-aromatische Polyester oder Mischungen davon. Als Celluloseester können Celluloseacetat, -propionat, -butyrat, -acetat-propionat, -acetat-butyrat und -propionat-butyrat erwähnt werden. Als Copolyester können Polyhydroxyalkanolate wie Polyhydroxybutyrat, Polyhydroxyvalerat und Polyhydroxybutyrat-Polyhydroxyvalerat-Copolymer erwähnt werden. Die erwähnten Mischungen sind insbesondere binäre oder ternäre Mischungen von erwähnten Celluloseestern und Copolyestern. Bioabbaubare Klebepolymere sind z.B. in den US-Patentschriften 5 446 079, 5 580 911, 5 599 858 und 5 661 193 beschrieben, die hiermit alle als Referenzen eingeschlossen sind. Als Beispiele für kommerziell verwendbare Produkte können Celluloseacetatester 14326 und Copolyester 14766, hergestellt durch Eastman Chemical Company, erwähnt werden. Wegen ihrer hohen Klebrigkeit konnten diese Polymere nicht als solche auf die Oberfläche von Papier oder Pappe extrudiert werden, wohingegen ihre Coextrusion mit Polylactid extrem erfolgreich ist, wobei das Polylactid auf der coextrudierten Folie eine Oberfläche bildet, die, da sie weniger klebrig ist, dem Kontakt mit den Rollen standhalten kann, die die neu beschichtete Papier- oder Pappebahnen führen. Durch die Verwendung von Copolyestern war es möglich, die Extrusionstemperatur auf ungefähr 200 bis 240 °C zu senken, was einen wesentlichen Vorteil nicht nur im Hinblick auf die Vermeidung des Abbaus des Polylactids, sondern auch in Bezug auf die Vermeidung des verfälschten Geschmacks, der vom Verpackungsmaterial von Lebensmitteln herrührt. Das Gesamtgewicht der durch Coextrusion von Copolyester und Polylactid hergestellten Beschichtung kann nach vorläufigen Tests auf ungefähr 5 bis 15 g/m² abgesenkt werden, wobei die Menge an Polymer in derselben Größenordnung liegt wie bei den zuvor bekannten, mit LD-Polyethylen beschichteten Papieren und Pappen.
Selbst Polyesteramide wie die von Bayer hergestellten Polyesteramide BAK 402-005 und BAK 2195 sind bevorzugte, als Komponenten der Klebeschicht gut geeignete bioabbaubare Polymere. Ihre Klebrigkeit ist soviel niedriger, dass sie dem Kontakt mit den Rollen im Beschichtungsverfahren standhalten. Dies ermöglicht die erfindungsgemäße Auftragung, bei der auf der Pappe eine dreilagige Polymerbeschichtung erzeugt wird, die die Polylactidschicht zwischen zwei Klebeschichten umfasst. Die Vorteile dieser Lösung zeigen sich in einer geringeren Einschnürung der coextrudierten Polymerfolie, der verminderten Anfälligkeit der Beschichtung für die Bildung von Nadellöchern und der verbesserten Heißversiegelbarkeit der beschichteten Pappe, besonders beim Verkleben der Polymeroberfläche mit der Oberfläche der Pappe. Letztere be ruht auf der im Vergleich zum Polylactid höheren Schmelzviskosität des Polyesteramids, wodurch dieses nicht so leicht in die Pappe eindringt, sondern an der Kontaktoberfläche verbleibt und eine intakte und dauerhafte Siegelnaht bildet.
Weiterhin ist es möglich, die Aroma-, Sauerstoff- und/oder Wasserdampfdichtigkeit der beschichteten Pappe durch das Einführen einer bioabbaubaren, Barriere-Polymerschicht zwischen der Polylactidschicht und der Klebeschicht, wie z.B. eine PVA- (Polyvinylalkohol) oder PVA-Copolymerschicht, zu verbessern. Als Ergebnis erhält man eine dreilagige Struktur bestehend aus dem Polylactid, dem Barriere-Polymer und dem Klebepolymer, oder eine vierlagige Struktur, wenn auch das Polylactid und das Barriere-Polymer zur Haftung eine dazwischen liegende Klebeschicht erfordern. In jedem einzelnen dieser Fälle kann die erfindungsgemäße Beschichtung durch Coextrusion der Schichten gebildet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die kompostierbare Beschichtung eine in das Polymer gemischte, fein verteilte mineralische Komponente. Mit einem geeigneten Mineral können die Barriereeigenschaften der Polylactidschicht positiv beeinflusst werden, zusätzlich beschleunigen die mineralischen Partikel als Ersatz für das Polymer den biologischen Abbau der Schicht auf der Deponie.
Insbesondere ist es möglich, die Pappe mit einem Polymerlatex mit darin dispergierten mineralischen Partikeln vorzubeschichten, wodurch die Coextrusion der Klebepolymerschicht und der Polylactidschicht auf eine dispersionsvorbeschichtete Pappe durchgeführt wird.
In Abhängigkeit von der beabsichtigten Verwendung des Papiers oder der Pappe kann eine Polymerbeschichtung nur auf einer Seite oder auf beiden Seiten vorgesehen sein. Die erfindungsgemäß beschichtete Pappe, die für Lebensmittelverpackungen und für Einweggeschirr und -behälter gut geeignet ist, ist vorzugsweise eine dreilagige Pappe, wobei sich in der Mitte eine dickere Schicht aus einer Mischung aus Chemieschliff und CTMP befindet und auf beiden Seiten dieser Schicht dünnere Schichten aus im Wesentlichen reinem Chemieschliff angeordnet sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von kompostierbarem polymerbeschichtetem Papier oder kompostierbarer polymerbeschichteter Pappe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Polylactid enthaltende äußere Schicht und die Klebeschicht aus bioabbaubarem Polymermaterial zusammen auf eine sich bewegende Papier- oder Pappebahn coextrudiert werden. Bezüglich der Auftragung der extrudierbaren Schichten wird auf die obige Beschreibung des erfindungsgemäßen Papiers oder der erfindungsgemäßen Pappe verwiesen.
Als erfindungsgemäße Produkte, die aus der oben beschriebenen beschichteten Pappe hergestellt werden, können insbesondere erwähnt werden: Behälter für gefrorene Lebensmittel, Trinkbecher oder -kelche und verschweißten Pappbehälter, die mit hauptsächlich flüssigen Lebensmitteln gefüllt werden. Bei Bechern, die für heiße Getränke vorgesehen sind, ist es ausreichend, wenn sich die wasserdichte Beschichtung lediglich auf der Innenfläche des Bechers befindet. Im Gegensatz hierzu ist es bei Bechern, die für kalte Getränke vorgesehen sind, vorteilhaft, wenn sich die Beschichtung sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenfläche des Bechers befindet, wodurch die Pappe auch vor Wasser geschützt wird, das auf der Außenfläche des Bechers kondensiert. Bei heißversiegelten Pappbehältern muss wenigstens die Innenfläche des Behälters beschichtet sein, wobei es im Hinblick auf die Heißversiegelbarkeit vorteilhaft ist, wenn sich die versiegelbare Polymerbeschichtung sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenfläche des Behälters befindet.
Das erfindungsgemäße polymerbeschichtete Papier ist besonders gut als Verpackungsmaterial für Lebensmittel geeignet. Die Polymerbeschichtung befindet sich vorzugsweise lediglich auf der Innenfläche des Papiers, die mit dem Lebensmittel in Kontakt kommt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der folgenden Beispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eingehender beschrieben. Es zeigen:
1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen beschichteten Pappe;
2: eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen beschichteten Pappe;
3: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen beschichteten Papiers;
4: einen Trinkbecher, hergestellt aus der Pappe gemäß 1, wobei 4a eine partielle Vergrößerung der Wandstruktur des Bechers ist;
5: einen Behälter für gefrorene Lebensmittel, hergestellt aus einer Pappe gemäß 2, wobei 5a eine partielle Vergrößerung der Wandstruktur des Behälters ist;
6: einen Milchkarton, hergestellt aus einer Pappe gemäß 2; und
7: den Schnitt VII-VII des Kartons gemäß 6 entlang der Heißsiegelnaht.
Aus 1 ist die Schichtstruktur der erfindungsgemäßen Pappe 1 ersichtlich, die auf einer Seite mit einer kompostierbaren Polymerbeschichtung versehen ist. Die Faserschichten der Pappe sind in der Figur gemeinsam mit dem Bezugszeichen 2 versehen, während die Polymerbeschichtung mit dem Bezugszeichen 3 versehen ist. Die Faserschichten 2 bestehen aus einer dreilagigen Pappe, deren dickere Mittelschicht 4 eine Mischung aus Sulfatzellstoff und CTMP ist, während die äußeren Schichten 5 auf beiden Seiten der Mittelschicht 4 aus Sulfatzellstoff sind. Die Mittelschicht 4 stellt ungefähr 60 % des Gewichts der Faserschicht 2 dar, während jede der oben erwähnten Sulfatzellstoffschichten 5 ungefähr 20 % darstellt. Das Gesamtgewicht der Faserschicht 2 ohne die Beschichtung kann ungefähr 200 bis 400 g/m², beispielsweise ungefähr 225 g/m², betragen. Die Polymerbeschichtung 3 besteht gemäß 1 aus einer äußeren, Polylactid umfassenden Schicht 6 und einer Klebeschicht 7, die mit der ersteren coextrudiert wird, aus einem bioabbaubaren Polymer besteht und die Polylactidschicht an die Sulfatzellstoffschicht 5 bindet. Das Gewicht der Polylactidschicht 6 beträgt erfindungsgemäß höchstens 20 g/m², während das Gesamtgewicht der Polymerbeschichtung 3 vorzugsweise höchstens ungefähr 30 g/m² beträgt. Wenn man z.B. die Herstellung von Trinkbechern betrachtet, liegt die Menge an Polylactid vorzugsweise bei ungefähr 10 g/m² und die Menge an Klebepolymer 7, das z.B. eines der zuvor genannten Eastman- oder Bayer-Produkte ist, bei vorzugsweise ungefähr 5 g/m².
Die beschichtete Pappe 1 gemäß 2 ist strukturell der in 1 dargestellten ähnlich, außer dass die Pappe (Faserschichten 2) auf beiden Seiten mit einer kompostierbaren Polymerbeschichtung 3 versehen ist. Die Faserschichten 2 bestehen somit aus einer ähnlichen dreilagigen Pappe wie bei der Ausführung gemäß 1, und auch die Polymerbeschichtungen 3 auf beiden Seiten der Pappe 1 können in Bezug auf Material und Flächengewicht der in 1 entsprechen, wodurch die Pappe z.B. als Material für Trinkbecher gut geeignet ist. Bei Behältern für gefrorene Lebensmittel kann die Polymerbeschichtungslage 3 sogar noch dünner ausgeführt sein, so dass z.B. die Menge an Polylactid in jeder Schicht ungefähr 5 g/m² beträgt und die Menge an darunter liegendem Polyester 7, das als Klebematerial fungiert, ebenfalls bei ungefähr 5 g/m² liegt. Bei Pappe, die für heißversiegelbare Pappbehälter vorgesehen ist, ist es im Gegensatz dazu bevorzugt, dass die Polymerbeschichtung etwas dicker ist, also ein gesamtes Flächengewicht von ungefähr 15 bis 30 g/m² aufweist.
Bei dem polymerbeschichteten Papier 8 gemäß 3 kann das Gewicht des Basispapiers 9, das z.B. aus Sulfatzellstoff hergestellt ist, 30 bis 100 g/m² betragen. Auf einer Seite des Papiers sind durch Coextrusion die Klebepolymer- und Polylactidschichten 7, 6 aufeinander auflaminiert, in gleicher Weise wie bei den Ausführungen mit Pappe gemäß 1 und 2. Das Gesamtgewicht der Beschichtungslage 3 kann 5 bis 10 g/m² betragen. Das polymerbeschichtete Papier 8 gemäß 3 ist insofern gut als Verpackungsmaterial für Lebensmittel geeignet, als dass die Polymerbeschichtung 3 mit dem feuchten Lebensmittel in Kontakt kommt und das Papier vor dem Nasswerden schützt.
4 zeigt einen heißversiegelten Einwegtrinkbecher 10, der aus der Pappe 1 gemäß 1 so hergestellt ist, dass sich die Polymerbeschichtung 3, wie in 4 dargestellt, auf der Innenfläche des Bechers befindet. Dieser Becher 10 ist besonders für Kaffee und andere heiße Getränke, die keine Beschichtung auf der Außenfläche des Bechers erfordern, gut geeignet.
Für gekühlte Getränke kann der Becher 10 gemäß 4 aus der Pappe gemäß 2 hergestellt werden, wodurch die Polymerbeschichtung 3 sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenfläche des Bechers aufgebracht ist, was erforderlich ist, damit das auf der Außenseite des Bechers kondensierende Wasser nicht von der Pappe des Bechers aufgesaugt wird.
5 zeigt einen Behälter für gefrorene Lebensmittel 11, der aus der Pappe 1 gemäß 2 durch Falten hergstellt ist. Sowohl die Innen- als auch die Außenfläche des Behälters 11 sind somit mit einer kompostierbaren Polymerbeschichtung 3 versehen. Da der Behälter nicht heißversiegelt ist und nicht so dicht versiegelt sein muss wie z.B. Trinkbecher oder Kartonverpackungen, können die Beschichtungslagen des Behälters dünner sein als bei den anderen hier beschriebenen Produkten.
In 6 und in 7 ist ein Pappbehälter 12 dargestellt, der eine Verbraucherpackung für flüssige Lebensmittel wie Milch, Sahne, Buttermilch, Joghurt, Wasser, Saft oder Wein ist. Der Pappbehälter 12 in Form eines im Wesentlichen rechteckigen Prismas ist durch Heißversiegeln einer beidseitig beschichteten Pappe 1 gemäß 2 hergestellt. 7 ist eine Querschnittsansicht der Siegelnaht in dem Pappbehälter 12, wobei die Siegelnaht aus gegenüber liegenden, miteinander heißversiegelten Beschichtungslagen 3, insbesondere aus deren äußeren, miteinander versiegelten Polylactidschichten, besteht.
Beispiele
Beispiel 1
Auf eine dreilagige Becherpappe, die 210 g/m² wog und deren Vorschubgeschwindigkeit 150 m/min betrugt, wurden Copolyester 14766 (Eastar) und Polylactid (PLA) in einem Gewichtsverhältnis von 1:3 bei einer Temperatur des Copolyesters von 210 °C und der des Polylactids von 240 °C coextrudiert. Es wurde eine beschichtete Pappe erhalten, bei der das Gesamtgewicht der Polymerbeschichtung 19,4 g/m² betrug, wovon der klebende Polyester auf der Innenseite 25 % und das die äußere Schicht bildende Polylactid 75 % darstellten.
Beispiel 2
Das Verfahren wurde wie in Beispiel 1 durchgeführt, außer dass die Vorschubgeschwindigkeit der Pappebahn 292 m/min betrug. Es wurde eine beschichtete Pappe mit einem Gesamtgewicht der Polymerbeschichtung von 12,4 g/m² erhalten, wovon der klebende Polyester 25 % und das Polylactid 75 % darstellten.
Durch weiteres Ändern der Geschwindigkeit der Pappebahn wurden beschichtete Pappen mit einem Gesamtgewicht der Polymerbeschichtung von 47,3 g/m², 33,3 g/m², 26,7 g/m², 25,0 g/m², 15,4 g/m² und 13,7 g/m² hergestellt, wovon der klebende Copolyester 25 % und das Polylactid 75 % darstellten.
Beispiel 3
Auf eine dreilagige Becherpappe, die 210 g/m² wog und deren Vorschubgeschwindigkeit 200 m/min betrugt, wurden Copolyester 14766 und Polylactid in einem Gewichtsverhältnis von 1:1 bei einer Temperatur des Copolyesters von 210 °C und der des Polylactids von 240 °C coextrudiert. Es wurde eine beschichtete Pappe mit einem Gesamtgewicht der Polymerbeschichtung von 17,9 g/m² erhalten, wovon der klebende Copolyester auf der Innenseite 50 % und das die äußere Schicht bildende Polylactid 50 % darstellten.
Beispiel 4
Das Verfahren wurde wie in Beispiel 3 durchgeführt, außer dass die Vorschubgeschwindigkeit der Pappebahn 292 m/min betrug. Es wurde eine beschichtete Pappe mit einem Gesamtgewicht der Polymerbeschichtung von 12,8 g/m² erhalten, wovon der klebende Copolyester 50 % und das Polylactid 50 % darstellten.
Durch weiteres Ändern der Geschwindigkeit der Pappebahn wurden beschichtete Pappen mit einem Gesamtgewicht der Polymerbeschichtung von 51,1 g/m², 44,6 g/m², 35,7 g/m², 26,2 g/m² und 13,8 g/m² hergestellt, wovon der klebende Copolyester 50 % und das Polylactid 50 % darstellt.
Beispiel 5
Auf eine dreilagige Becherpappe, die 210 g/m² wog und deren Vorschubgeschwindigkeit 200 m/min betrug, wurden Copolyester 14766 und Polylactid in einem Gewichtsverhältnis von 3:1 bei einer Temperatur des Copolyesters von 210 °C und der des Polylactids von 240 °C coextrudiert. Es wurde eine be schichtete Pappe mit einem Gesamtgewicht der Polymerbeschichtung von 20,0 g/m² erhalten, wovon der klebende Polyester auf der Innenseite 75 % und das die äußere Schicht bildende Polylactid 25 % darstellten.
Beispiel 6
Das Verfahren wurde wie in Beispiel 5 durchgeführt, außer dass die Vorschubgeschwindigkeit der Pappebahn 292 m/min betrug. Es wurde eine beschichtete Pappe mit einem Gesamtgewicht der Polymerbeschichtung von 15,0 g/m² erhalten, wovon der klebende Copolyester 75 % und das Polylactid 25 % darstellten.
Durch weiteres Ändern der Geschwindigkeit der Pappebahn wurden polymerbeschichtete Pappen mit einem Gesamtgewicht der Polymerbeschichtung von 39,7 g/m², 33,6 g/m², 26,0 g/m² und 17,0 g/m² hergestellt, wovon der klebende Copolyester 75 % und das Polylactid 25 % darstellten.
Beispiel 7
Auf eine dreilagige Becherpappe mit einem Gewicht von 210 g/m² wurden Polyesteramid BAK 402-005 und Polylactid in einem Gewichtsverhältnis von 1:3 bei einer Temperatur des Polyesteramids von 210 °C und der des Polylactids von 240 °C coextrudiert. Durch Verwendung unterschiedlicher Bahngeschwindigkeiten wurden beschichtete Pappen mit einem Gesamtgewicht der Polymerbeschichtung von 31,5 g/m², 25,7 g/m², 20,6 g/m², 13,2 g/m², 9,4 g/m², 8,6 g/m² und 6,6 g/m² erhalten. In allen Fällen stellte das klebende Polyesteramid auf der Innenseite 25 % der Beschichtung dar, während das die äußere Schicht bildende Polylactid 75 % darstellte.
Vergleichsmaterial
Dieselbe Becherpappe wie in den Beispielen 1 bis 7 wurde mit Beschichtungslagen verschiedenen Gewichtes aus Polylactid (PLA) oder aus Polyethylen niedriger Dichte (PE-LD) ohne die dazwischen liegende Klebeschicht versehen. Die Extrusionstemperatur des Polylactids betrug 250 °C.
Biegeexperimente
Mit den gemäß den Beispielen 1 bis 7 hergestellten beschichteten Pappen und mit den Vergleichsmaterialien wurden Versuche durchgeführt, um die Anfälligkeit der Beschichtungen für Brüche beim Biegen oder Faltenbildung der Pappe oder für bruchbedingte Undichtigkeiten in den fertigen Produkten zu beleuchten. Die Pappen wurden in Maschinenrichtung (MD) gebogen (180 °), so dass die Beschichtung die Außenfläche (MD/S) oder die Innenfläche (MD/C) der Faltung bildete, oder quer in Bezug auf die Maschine (TD), so dass die Beschichtung die Außenfläche (TD/S) oder die Innenfläche (TD/C) der Faltung bildete. Die Versuche wurden bei den Temperaturen 2 °C und 23 °C durchgeführt. In allen Fällen wurde das Versuchsstück auf einer Länge von 10 cm mittels Durchziehen durch Standard-Luftspalt-Gummirollen gebogen. Danach wurde die Faltung aufgebogen und gefärbtes Terpentin auf die Gesamtlänge der Falte aufgetragen. Das Versuchsergebnis wurde durch Messen oder Abschätzen des Prozentanteiles der gesamten Faltenlänge, in dem das Terpentin durch Undichtigkeiten in die Beschichtung eindrang, bestimmt. Das Ergebnis 0 bedeutet somit, dass keine Undichtigkeiten festgestellt wurden. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt.
Anhand der Ergebnisse ist ersichtlich, dass erfindungsgemäß Pappen hergestellt werden können, bei denen die Falten im Wesentlichen oder sogar vollständig dicht sind, sofern das Gewicht der coextrudierten Polymerbeschichtung im Bereich von ungefähr 12 bis 15 g/m² oder höher liegt. Die Ergebnisse sind ebenso gut wie oder sogar besser als bei dem Vergleichsmaterial, nicht bioabbaubarem Polyethylen niedriger Dichte, das traditionell bei der Beschichtung von Pappbehältern für die Aufnahme von Flüssigkeiten verwendet wird. Die Überlegenheit gegenüber dem ohne eine Klebeschicht verwendeten Polylactid ist offensichtlich.
Haftfestigkeit
Bei der Extrusionsbeschichtung von Pappe ist grundsätzlich eine solche Haftfestigkeit der Beschichtung erforderlich, dass beim Versuch, diese abzulösen, die Oberflächenfestigkeit der Pappe nachgibt, d.h. eine Schicht-Trennung der Pappe erfolgt. Ist die Haftfestigkeit zu gering, erfolgt keine Schichttrennung, sondern die Beschichtung löst sich von der Oberfläche der Pappe ab. Die für das Ablösen der Beschichtung erforderliche Kraft (N/m) kann bestimmt werden. Mit den gemäß den Beispielen 1 bis 7 hergestellten polymerbeschichteten Pappen und mit den Vergleichsmaterialien wurden Versuche durchgeführt, bei denen die Beschichtung von der Pappe abgelöst wurde, um die erforderliche Kraft für das Ablösen oder die Schicht-Trennung der Pappe zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 2 dargestellt.
Anhand der Ergebnisse ist ersichtlich, dass bei den erfindungsgemäßen Pappen die erwünschte, auf ausreichende Haftfestigkeit hindeutende Schicht-Trennung erfolgt, wenn das Gesamtgewicht der coextrudierten Polymerbeschichtung im Bereich von ungefähr 15 g/m² oder höher liegt. Die Überlegenheit gegenüber dem ohne eine Klebeschicht verwendeten Polylactid ist offensichtlich. Bei Polyethylen niedriger Dichte wurde die Schicht-Trennung tatsächlich bei einer noch geringeren Menge an Beschichtung erreicht, aber wie erwähnt wurde, ist dieses Polymer nicht bioabbaubar.
Beispiel 8
Fett-Toleranz
Für diese Tests wurde Papier erfindungsgemäß mit klebendem Copolymer 14766 (Eastar) und Polylactid (PLA) im Gewichtsverhältnis 1:1 mit einem Gesamtgewicht der Beschichtung von 12 g/m² oder 19 g/m² beschichtet und als Vergleich mit reinem Polylactid ohne Klebeschicht mit Flächengewichten von 11 g/m² und 22 g/m² und mit reinem Polyethylen niedriger Dichte mit Flächengewichten von 7 g/m² und 17 g/m². Die Fett-Toleranzen der so beschichteten Papiere wurden anhand von quer gefalteten Teststücken unter Verwendung von Hühnerfett und der Standardmethode ASTM F 119-82 bei einer Temperatur von 60 °C bestimmt. Jeder Test wurde zweimal durchgeführt. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 3 dargestellt.
Die Ergebnisse zeigen, dass das Fett während 65 Stunden nicht in das erfindungsgemäß beschichtete Papier eindrang, was ein ebenso gutes Ergebnis darstellt wie das mit einer reinen Polylactidbeschichtung erhaltene.
Beispiel 9
Eindringen von Wasserdampf
Eine dreilagige Packpappe (Enso Natura 300) wurde mit einem Polymerlatex, das dispergierte Mineral- und Polymerpartikel enthielt, vorbeschichtet, so dass das Gewicht der erhaltenen Beschichtungslage ungefähr 10 g/m² betrug. Bei dieser dispersionsvorbeschichteten Pappe wurde bei einer Temperatur von 23 °C und einer relativen Feuchtigkeit von 50 % ein Eindringen von Wasserdampf von 12,2 g/m²/24 h gemessen. Anschließend wurden auf die Pappe Copolyester 14766 (Eastar) und Polylactid (PLA) im Gewichtsverhältnis 1:1 als Polymerbeschichtung mit einem Gewicht von 17,9 g/m² coextrudiert. Das Eindringen von Wasserdampf in die Pappe sank dadurch auf einen Wert von 10,8 g/m²/24 h.
Für einen Fachmann in diesem Bereich ist es offensichtlich, dass sich die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung nicht auf die oben dargestellten Beispiele beschränken, sondern innerhalb der Grenzen der nachfolgenden Ansprüche abgewandelt werden können.

Claims

Kompostierbares polymerbeschichtetes Papier (8) oder kompostierbare polymerbeschichtete Pappe (1), wobei die Beschichtung (3) Polylactid als einen seiner Inhaltsstoffe enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) eine Polylactid enthaltende äußere Schicht (6) und eine innere Klebeschicht (7) aus einem mit dem Polylactid coextrudierten bioabbaubaren Polymermaterial umfasst, wobei die äußere Schicht ein Gewicht von höchstens ungefähr 20 g/m² aufweist und wobei die innere Schicht die äußere Schicht mit einer Klebkraft an das Papier (8) oder an die Pappe (1) bindet, die ausreichend ist, um ein Ablösen der Beschichtung zu verhindern, und dass das kombinierte Gesamtgewicht der aufeinander liegenden äußeren Schicht (6) und der inneren Klebeschicht (7) im Bereich von 12 bis 30 g/m² liegt.
Polymerbeschichtetes Papier oder polymerbeschichtete Pappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebeschicht (7) bioabbaubares Polyesteramid, Celluloseester oder aliphatischen oder aliphatischaromatischen Copolyester enthält.
Polymerbeschichtetes Papier oder polymerbeschichtete Pappe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht der Klebeschicht (7) mindestens 3,4 g/m² beträgt.
Polymerbeschichtetes Papier oder polymerbeschichtete Pappe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kompostierbare Beschichtung (3) eine in das Polymer gemischte, fein verteilte mineralische Komponente enthält.
Polymerbeschichtetes Papier oder polymerbeschichtete Pappe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die kompostierbare Beschichtung (3) nur auf einer Seite des Papiers (8) oder der Pappe (1) befindet.
Polymerbeschichtete Pappe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die kompostierbare Beschichtung (3) auf beiden Seiten der Pappe (1) vorgesehen ist.
Polymerbeschichtete Pappe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pappe (1) eine dreilagige Struktur (2) umfasst, wobei sich in der Mitte eine dickere Schicht (4) aus einer Mischung aus Chemieschliff und CTMP und auf beiden Seiten dieser Schicht dünnere Schichten (5) aus im Wesentlichen reinem Chemieschliff befinden.
Verfahren zur Herstellung von polymerbeschichtetem Papier oder polymerbeschichteter Pappe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polylactid enthaltende äußere Schicht (6) und die Klebeschicht (7) aus bioabbaubarem Polymermaterial zusammen auf eine sich bewegende Papier- oder Pappebahn coextrudiert werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrusionstemperatur ungefähr 200 bis 240 °C beträgt.
Behälter für gefrorene Lebensmittel (11), dadurch gekennzeichnet, dass er aus polymerbeschichteter Pappe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.
Becher (10), insbesondere vorgesehen für heiße Getränke, dadurch gekennzeichnet, dass er aus polymerbeschichteter Pappe (1) nach Anspruch 5 hergestellt ist, so dass sich die Beschichtung (3) auf der Innenfläche des Bechers (10) befindet.
Becher oder Kelch, insbesondere vorgesehen für kalte Getränke, dadurch gekennzeichnet, dass er aus polymerbeschichteter Pappe (1) nach Anspruch 6 hergestellt ist.
Heißversiegelter Pappbehälter (12), dadurch gekennzeichnet, dass er aus polymerbeschichteter Pappe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist, so dass wenigstens die Innenfläche des Pappbehälters (12) mit der Beschichtung (3) versehen ist.
Verpackungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass es aus polymerbeschichtetem Papier (8) nach Anspruch 5 besteht.