Schlagwort: Verpackungsfolien

  • “Drucken und Kaschieren” (Teil 5 von 8): Kaschiermaschinen und Auftragstechnik

    “Drucken und Kaschieren” (Teil 5 von 8): Kaschiermaschinen und Auftragstechnik

    5. Teil: Ein Überblick über häufig verwendete Synthetikfolien zum Drucken und Kaschieren Kaschiermaschinen und Auftragstechnik von Dipl.-Ing. Manfred Römer

    Die moderne Kaschiertechnik, und die damit hergestellten Produkte (Laminate),  sind heute, sowohl für technische Produkte als auch für Verpackungsmaterialien, nicht mehr wegzudenken. Der Kaschiervorgang kombiniert die Materialeigenschaften einzelner Filme / Folien zu einem neuen Werkstoff mit oft überragenden Eigenschaften. Im Folgenden beschäftigt sich dieser Beitrag mit der Kaschiertechnik im Ganzen, ohne auf spezifische Maschineneigenschaften der unterschiedlichen Hersteller einzugehen. Desweiteren bezieht sich dieser Beitrag im Besonderen auf die Herstellung von Laminaten (Verbundfolien) für den Lebensmittelverpackungsbereich. Warum Verpackungsfolien? •    Barriere gegen: •    Licht, Gase (O2; N2; CO2; Wasserdampf …) •    Gute Optik (Wechselspiel Kleber – Druckfarbe) •    Festigkeit (Flächenhaftung +  Siegelnaht) •    Siegelbarkeit (Verschlusssicherheit) •    Peelbarkeit (kontrollierte Öffnungskraft der Versiegelung) •    Maschinengängigkeit (Potlife oder dyn. Panlife) •    … u.a. Welche Möglichkeiten zur Herstellung von Verbundfolien gibt es? •    Kaschierung – LF = Lösemittelfrei –  LH = Lösemittelhaltig •    Mehrlagen-Extrusion (Adhäsions-Promoter) •    LH-Primer (z.B. PU Kleber o.ä.) •    Wässrige-Primer (EAA Dispersionen) •    Primer aus der Schmelze (EAA) •    Maleinsäure Bei der Kaschierung unterscheidet man zwei wesentliche Techniken: •    Lösungsmittelhaltig •    Glattwalzenauftrag (Schöpfwalze/Auftragswalze) •    Rasterwalzenauftrag (Schöpfwalze/Rakel) •    Rasterwalzenauftrag (Kammerrakel) •    Lösungsmittelfrei •    Dreiwalzenauftrag (Stahl-Gummi-Stahl) •    Vierwalzenauftrag ( Stahl-Stahl-Gummi-Stahl) Schema der LH Kaschierung:             Schema der LF Kaschierung:           Definition der unterschiedlichen Kaschiertechniken: Nasskaschierung und Trockenkaschierung. Definition: Wenn das Kaschieren unmittelbar nach dem Klebstoffauftrag , also ohne Zwischentrocknung erfolgt, spricht man vom Nasskaschieren. Bei den eingesetzten Klebstoffen handelt es sich um physikalisch trocknende aber auch  vernetzende Systeme. Die Bindekraft beruht auf physikalische Prozesse, d.h. auf der Trocknung des Klebstoffes nach Verdunsten des Lösungsmittels /Vehikels (Wasser). Die Anwendung von Dispersionen dominiert bei der Kaschierung von Folien mit saugfähigen Stoffen, wie Papier, Pappe, Filz oder Textile-Substrate. Ist der zu verarbeitende Klebstoff in einem organischen Lösungsmittel gelöst, muss dieses Lösungsmittel vor dem Kaschierprozeß in einem Trockenkanal entfernt werden. Bei der Zusammenführung der Bahnen im Kaschierwerk liegt also ein „trockener“ Klebstofffilm vor und man nennt diesen Kaschiervorgang  Trockenkaschierung. Im Falle der lösungsmittelfreien Kaschierung (LF), wird natürlich kein Lösungsmittel verdampft und die Termini Nass – oder Trockenkaschierung treffen hier nicht zu. Bei der LF-Kaschierung ist folglich das „Nassauftragsgewicht“ auch das „Trockenauftragsgewicht“. Es wird dem Leser klar, dass bei der LF Kaschierung ganz besonders auf gleichmäßigen Klebstoffauftrag geachtet werden muss, um z.B. optische Uniformität des Klebstofffilms sicherzustellen. Da die Maschinentechnik für LH-Klebstoffe heute als perfekt  bezeichnet werden kann und dem Verarbeiter durch die Tatsache, dass er mit dem Lösungsmittel nicht nur eine gute Benetzungshilfe zum Substrat, sondern auch ein „Werkzeug“ zur Kontrolle eines sehr homogenen Auftragsbildes besitzt, werden wir uns im Folgenden mit der LF-Klebstoffverarbeitung beschäftigen. Mitte der 70iger Jahre gab es noch eine Fülle von Problemen bei der Verarbeitung von LF-Klebstoffen, die heute, sowohl von den Klebstoffherstellern als den Maschinenherstellern gelöst wurden. Trotzdem stellt die perfekte LF-Kaschierung (Optik) bei der Fülle von möglichen Folienkombinationen und Druckbildern bzw. Druckfarben die Maschinenführer  vor wechselnden Problemen. Am Markt findet man überwiegend zwei Typen von LF-Kaschiermaschinen, die Drei- oder Vierwalzenmaschinen. Beide Maschinentypen besitzen noch eine Presseurwalze die den einzustreichenden Film auf die Klebstoffauftragswalze drückt. •    In der Praxis haben sich beide Maschinentypen bewährt. •    Die Tendenz nach unserer Beobachtung geht jedoch in Richtung der Vierwalzenmaschinen. •    Moderne LF-Kaschierkleber laufen auf beiden Maschinentypen problemlos. •    Ältere LF-Klebstoffentwicklungen zeigen für Vierwalzenmaschinen häufig ein zu geringes dyn. Panlife. Das ist die Zeit, die dem Maschinenführer zur Verfügung steht Einstellungen vorzunehmen, bevor er das Auftragswerk Grundreinigen muss. Der Kaschierer hat bei der Verarbeitung von LF-Klebstoffen nur eine „Stellschraube“, die das Kaschierergebnis, was die Optik angeht, wesentlich beeinflusst, nämlich die Klebstoffauftragstemperatur! Andere wichtige Optimierungsmöglichkeiten oder Unabdingbarkeiten, wie die Koronavorbehandlung, werden im Laufe der Serie separat behandelt. Man unterscheidet drei Varianten LF-Kaschierklebstoffe: 1.)    „kaltverarbeitbar“ 2.)    „warmverarbeitbar 3.)    „heißverarbeitbar“ Für die jeweilige „Klasse“ gibt es bestimmte „Daumenregelungen“, was die Temperatureinstellungen betrifft. Kaltverarbeitbar: Dosierung :             <40°C Auftrag      :              < 50°C Kaschierwerk         50°C – 60°C 65°C – 75°C (mit Aluminium) Bei langem Bahnweg der eingestrichenen Folie erhöht man die Kaschierwalzentemperatur um ca. 10°C. Warmverarbeitbar: Dosierung     :       < 40°C Auftrag          :     55°C – 60°C Kaschierwerk:     50°C /60°C                                                         65°C /75°C (mit Aluminium) Bei langem Bahnweg der eingestrichenen Folie erhöht man die Kaschierwalzentemperatur um ca. 10°C. Heißverarbeitbar: Dosierung :                   >50°C – 60°C Auftrag      :           65°C > 80°C Kaschierwerk        50°C /60°C 65°C /75°C     (mit Aluminium) Bei langem Bahnweg der eingestrichenen Folie erhöht man die Kaschierwalzentemperatur um ca. 10°C ?        Handhabung durch kurzes „Panlife“ problematisch. ?        Kleber reagiert auf der Auftragswalze. Reinigung  schwieriger!  Klebstoffverluste durch Stopps! Typische Maschinenkonfigurationen (Klebstoffauftragswerke)                   Wie vorher gesagt kommt der Temperaturführung  des Auftragswerkes eine besondere Bedeutung zu. Durch falsche Temperaturführung der Dosier- oder Auftragswalze kommt es nicht nur zu schlechter Kaschieroptik, sondern auch zum „nebeln“ oder „spinnen“. Nebeln bedeutet, dass der Klebstoff in Form feiner Tropfen im Umfeld des Auftragswerkes zu einer Verunreinigung der Kaschiermaschine kommt und erheblichen Reinigungsaufwand erforderlich macht. Spinnen bedeutet, dass es zwischen der Transferwalze/Auftragswalze und Auftragswalze/Substrat (einzustreichende Bahn)auf Grund gegebener Klebstoffzähigkeit zur Fädchenbildung kommt. Daraus resultiert u.s. schlechte Kaschieroptik.                     Man spricht von einer idealen Klebstoffauftragstemperatur oder „Viskositätsfenster“. Dem Klebstoffhersteller muss es gelingen diesen Bereich so weit wie möglich bzw. nötig zu gestalten um dem Kaschierer eine optimale Verarbeitung des Klebstoffes zu gewährleisten.                 Wird fortgesetzt. von Dipl. Ing. Manfred-Werner Römer Römer Consult Distelweg 26 28816 Stuhr-Seckenhausen                       [Artikel Serie 1-8 “Drucken und Kaschieren” wird fortgesetzt] Innoform auf   Kontakt: Innoform GmbH Testservice Industriehof 3, 26133 Oldenburg TS@innoform.de www.innoform.de
  • “Drucken und Kaschieren” (Teil 2 von 8): Eigenschaften und Einsatzgebiete verschiedener Folientypen

    “Drucken und Kaschieren” (Teil 2 von 8): Eigenschaften und Einsatzgebiete verschiedener Folientypen

    2. Teil: Häufig verwendete Folien zum Drucken und Kaschieren Eigenschaften und Einsatzgebiete verschiedener Folientypen von Karsten Schröder, Ansgar Wessendorf Im zweiten Teil dieser Artikelserie über die marktüblichen Arten und Typen synthetischer Folien zur Herstellung von Lebensmittelverpackungen stehen die Eigenschaften und Einsatzgebiete verschiedener Folientypen im Zentrum der Berichterstattung. Polyvinylchlorid (PVC) PVC ist bei Werkstoffexperten sehr beliebt, das es nicht nur in den Ausführungen Hart-PVC (PVC-U) und Weich-PVC PVC-P verfügbar ist, sondern auch nicht so eng an den Rohölpreis gekoppelt ist, wie die meisten anderen Kunststoffe. Dies hat seinen Grund darin, daß Ethylenchlorid, der zweite Basisgrundstoff von PVC, ein Reaktionsprodukt von Ethylen mit Kochsalz (NaCl) ist. Dies ist daher in ausreichendem Maß vorhanden und im Vergleich zum Öl unterliegt es nur geringen Preisschwankungen (Abbildung 1).

    Abbildung 1: Vinylchlorid reagiert zu Polyvinylchlorid

    Im Bereich der Verpackungsfolien ist PVC in einigen europäischen Ländern wie Deutschland oder der Schweiz umstritten. Hauptursache dafür ist die Diskussion um Weichmacher, auf die hier allerdings nur kurz eingegangen werden kann. Weichmacher halten Kunststoffprodukte geschmeidig. Sie werden daher in vielen Bereichen des täglichen Lebens verwendet und entsprechend häufig kommen die Verbraucher mit diesen Substanzen in Kontakt. Zu den am häufigsten verwendeten Weichmachern gehört die zur Gruppe der Phthalate gehörende Substanz Diethylhexylphthalat (DEHP). Aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften kann sich DEHP beim Kontakt mit Flüssigkeiten oder Fetten aus Kunststoffen lösen bzw. ausgasen und damit direkt an den Verbraucher gelangen oder in die Innenraumluft übergehen. Es muß in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen werden, daß diese Substanz hinsichtlich ihrer Gesundheitsgefährlichkeit als »gut untersucht« gilt. Danach ist die akute Giftigkeit von DEHP gering und die Substanz ist als nicht erbgutschädigend eingestuft. Weltweit steigen die Produktionsmengen von PVC, wobei für den Bereich der Lebensmittelverpackungen vor allem das Hart-PVC interessant ist. Ein Grund dafür ist der Boom der sogenannten Tiefzieh- oder Thermoformverpackungen, wie sie für Modified Atmosphere Packaging (MAP) frischer Produkte wie Wurst und Käse im großen Stil zum Einsatz kommen. Aufgrund der oben angedeuteten Diskussion um die Weichmacher ist der Einsatz von Weich-PVC (PVC-P) in Zentraleuropa rückläufig. Im Pharmasegment gibt es noch einige Bereiche, in denen Weich-PVC nach wie vor eingesetzt wird (z.B. Beutel für Blutkonserven). Doch auch hier wird verstärkt nach Alternativen gesucht. Das hochtransparente, steife/spröde Hart-PVC (PVC-U) eignet sich besonders für die bereits erwähnten Thermoformanwendungen. Gute Verformbarkeit bei hoher Steifigkeit und guter Transparenz sowie Siegel-/Kaschierfähigkeit sind Materialeigenschaften die dafür sorgen, daß PVC noch lange für derartige Anwendungen eingesetzt wird. Polystyrol (PS) Hinsichtlich seiner Bedeutung für Lebensmittel-Primärverpackung scheint das Polystyrol etwas an Boden zu verlieren. Dies hat damit zu tun, daß es zum einen auch die Verträglichkeit von Styrol nicht unangefochten ist und zum anderen damit, daß die Eigenschaftsprofile alternativer Werkstoffe wie PVC, PET und PP im Hinblick auf Lebensmittelverpackungen überlegen sind. Darüber hinaus spielen Preis und Verarbeitbarkeit ebenso eine Rolle wie Barriereeigenschaften, die bei Polystyrol nicht überragend sind. Das Material wird durch Polymerisation des monomeren Styrols gewonnen, wovon später im Lebensmittel möglichst nichts mehr zu finden sein soll (Abbildung 2).

    Abbildung 2: Strukturformel des (Poly)Styrol

    Zu den bekanntesten Anwendungen von Polystyrol im Lebensmittelbereich zählen der Joghurtbecher sowie thermogeformte Verpackungen für Frischprodukte (Abbildung 3 und 4).

    Abbildung 3: Joghurtbecher ohne Deckel

    Abbildung 4: Produktbeispiele für thermogeformte PS-Verpackungen

    Polystyrol wird häufig kaschiert und/oder bedruckt. In diesem Zusammenhang ist die Eigenschaft des Materials, Lösemittel aus der Druckfarbe oder dem Klebstoff aufzunehmen, ein weiterer negativer Aspekt hinsichtlich seiner Eignung für Lebensmittelverpackungen, da bei unsachgemäßer Verarbeitung hohe Restlösemittelgehalte zurück bleiben können. Grundsätzlich ist das Material aber für Verpackungsanwendungen zugelassen und findet auch seit vielen Jahren erfolgreich Verwendung. Einen Boom erfährt es im Bereich der s.g. Sleeve-Etiketten – dazu in folgenden Artikeln mehr. Polyethylenterephthalat (PET) PET ist ein harter Werkstoff, der im Lebensmittelbereich vor allen für Thermoformanwendungen eingesetzt wird (Abbildung 5).

    Abbildung 5: Struktur des Polyethylenterephthalat

    Dabei handelt es sich um einen durch Polykondensation hergestellten thermoplastischen Kunststoff aus der Familie der Polyester. PET hat vielfältige Einsatzbereiche und wird unter anderem zur Herstellung von Kunststofflaschen und Folien verwendet. Abhängig vom Grad der Kristallinität, d.h. der regelmäßigen Anordnung seiner Polymerketten, bietet PET vielfältigste Eigenschaften:
    • PET-C: kristalline PET
    • PET-A: amorphes PET mit nichtstrukturierter Anordnung der Polymerketten
    • PET-G: mit Glykol modifiziertes PET, dessen Kristallisation verhindert wurde
    Alle drei Varianten kommen entweder einzeln, in Mischungen oder in co-extrudierten Schichten zum Einsatz. PET-A ist glasklar, thermisch formbar und bedingt siegelfähig. Je mehr es kristallisiert, desto trüber aber auch thermisch stabiler wird es. Somit ist das kristalline PET-C das derzeit einzige Kunststoffmaterial, das für Anwendung zum Aufbacken von Fertigmenüs zum Einsatz kommt. Oft werden dafür coesxtrudierte Materialien aus PET-C mit dünnen PET-A Schichten verwendet, um die Versiegelung einer solchen Menüschale zu ermöglichen. Polyethylenterephthalat wird im Gegensatz zu den beiden anderen Hartfolien auch als Dünnfolie (bis zu 8 µm; Standarddicke: 12 µm) produziert. Um konstante Außenschichten zu erhalten und dennoch zurückgewonnene Produktionsreste in der Mittelschicht verwenden zu können, sind diese Folien zumeist dreischichtig ausgeführt. Sie lassen sich sehr gut bedrucken und kaschieren und das nachgeschaltete Reckverfahren nach der Gießfolienherstellung führt zu extrem geringen Dickentoleranzen. Diese Folien haben in der Regel Schmelzpunkte von über 250°C, so daß sie auch als Oberfolie in Verbundmaterialien geeignet sind, um damit den Einsatz auch sehr heißer Siegelwerkzeuge zu ermöglichen. Beispiele hierfür sind Deckelfolien für MAP-Thermoformverpackungen. [wird fortgesetzt] Innoform auf   Kontakt: Innoform GmbH Testservice Industriehof 3, 26133 Oldenburg TS@innoform.de www.innoform.de  

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