{"id":2438,"date":"2013-10-28T13:13:32","date_gmt":"2013-10-28T13:13:32","guid":{"rendered":"http:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/?p=2438"},"modified":"2013-10-28T13:13:54","modified_gmt":"2013-10-28T13:13:54","slug":"ruckblick-und-vorschau-kaschierklebstoffe-fur-lebensmittelverpackungen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.innoform-coaching.de\/blog\/2013\/10\/28\/ruckblick-und-vorschau-kaschierklebstoffe-fur-lebensmittelverpackungen\/","title":{"rendered":"R\u00fcckblick und Vorschau – Kaschierklebstoffe f\u00fcr Lebensmittelverpackungen"},"content":{"rendered":"


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von Manfred R\u00f6mer <\/a> <\/em><\/p>\n

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Ohne moderne Kaschiertechnik keine flexiblen Verpackungen, ohne flexible Verpackungen keine globale Distribution hochempfindlicher G\u00fcter. Vor allem der Schutz von Lebensmitteln vor Verderb ist im Hinblick auf die fortschreitende Urbanisierung der Weltbev\u00f6lkerung und die damit verbundenen bekannten Verknappungs- und Verteilungsszenarien eine der vorrangigen Aufgaben unserer Zeit. Die Aufgabe der Kaschierung ist die Kombination der Materialeigenschaften einzelner Folien zu einem neuen Werkstoff mit herausragenden Eigenschaften. Das Ergebnis sind ma\u00dfgeschneiderte Verbundfolien f\u00fcr die Herstellung flexibler Verpackungen mit hoher Schutzfunktion, die auf das jeweilige Anforderungsprofil zugeschnitten sind.<\/em><\/p>\n

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Leistungsverm\u00f6gen und Definition<\/h2>\n

Flexible Verpackungen sollen das Produkt sch\u00fctzen, Informations- und Marketingaufgaben erf\u00fcllen und dem Konsumenten einen leichten und sicheren Umgang gew\u00e4hrleisten. Zu deren Herstellung stehen Verpackungsfolien (Verbundfolien) mit \u00bbma\u00dfgeschneiderten\u00ab Eigenschaften zur Verf\u00fcgung. Dazu z\u00e4hlt die Barrierefunktion gegen Licht, Gase (z.B. Stickstoff, Kohlendioxid) und Wasserdampf; gute Optik (Wechselspiel von Druckfarbe und Klebstoff); Festigkeit (Fl\u00e4chenhaftung und Siegelnaht); Siegelbarkeit (Verschlusssicherheit), \"\"<\/a>Peelbarkeit (kontrollierte \u00d6ffnungskraft der Versiegelung). Bei den Kaschierfolien handelt es sich um mehrere Substratlagen (z.B. Kunststoff- und Aluminiumfolien, Papiere), die entweder inline oder durch einen separaten Arbeitsschritt mittels Klebstoffauftrag miteinander verbunden werden. So haben beispielsweise derart hergestellte Folienverbunde deutlich andere Eigenschaften als Coex-Folien. Dabei ist, f\u00fcr das fehlerfreie Herstellen von Verbundfolien, der verwendete Klebstoff von entscheidender Bedeutung.<\/p>\n

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Ein Blick zur\u00fcck<\/h2>\n

Die Entwicklung moderner Kaschierklebstoffe begann in den 1960er Jahren. Sie ging einher mit der zunehmenden Internationalisierung der M\u00e4rkte (Wegfall von Handelsbarrieren) und der damit verbundenen zunehmenden Bedeutung der flexiblen Verpackung f\u00fcr den Schutz und die Verteilung von Lebensmitteln und anderen G\u00fctern. Die damaligen Anforderungen konzentrierten sich im Wesentlichen auf relativ einfache Duplexverbunde. Neben anderen m\u00f6glichen Variationen, wurden h\u00e4ufig Zellglas gegen siegelf\u00e4hig beschichtetes Zellglas oder gegen die Siegelschicht Polyethylen laminiert.<\/p>\n

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Erste Wahl<\/h2>\n

Stetig steigende Anforderungen an die mechanischen Festigkeiten und Barriereeigenschaften f\u00fchrten zu einer rasanten Entwicklung unterschiedlichster Foliensubstrate und Siegelschichten. Im Zuge dessen wurde auch die Leistungsf\u00e4higkeit der Kaschierklebstoffe verbessert, und massiv in moderne Kaschier- und Druckmaschinentechnologie sowie in die technische Peripherie investiert. Die Polyurethanchemie hat sich in diesen Jahren als erste Wahl qualifiziert. Mit ihr lie\u00dfen sich Klebstoffe mit unterschiedlichsten Eigenschaften f\u00fcr eine gro\u00dfe Anwendungsbreite herstellen. Bis heute erreicht keine andere Klebstoffchemie einen solch hohen Standard. Polyurethan-Klebstoffe waren zun\u00e4chst ausschlie\u00dflich l\u00f6semittelbasiert. Das Vehikel L\u00f6semittel erlaubte eine einfache Verarbeitung dieser Klebstoffe auf den Kaschiermaschinen. Dabei muss das L\u00f6semittel des in organischen L\u00f6semitteln gel\u00f6sten Klebstoffs nach der Applikation auf das Foliensubstrat im Trockenkanal entfernt werden. Bei der Zusammenf\u00fchrung der Substratbahnen im Kaschierwerk liegt also eine \u00bbtrockene\u00ab Klebstoffschicht vor. Im Kaschierwerk wird schlie\u00dflich unter Druck und W\u00e4rme aus der Folie mit dem \u00bbtrockenen \u00ab Klebstoff und der zulaufenden Bahn ein Verbund (Laminat) hergestellt. Dieses Verfahren ist bekannt unter der Bezeichnung Trockenkaschierung. Die Nachbehandlung der l\u00f6semittelangereicherten Luft nach dem Trocknungsvorgang war damals noch kein Thema. Die L\u00f6semittelgase wurden einfach mit der Umgebungsluft \u00bbverd\u00fcnnt\u00ab,<\/p>\n\n\n\n
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Prinzip einer LH-Kaschieranlage<\/dd>\n<\/dl>\n<\/div>\n

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die \u00fcber den Kamin ins Freie gelangten. Doch ein verst\u00e4rktes \u00f6kologisches Bewusstsein in weiten Teilen der Bev\u00f6lkerung f\u00fchrte zu strengen gesetzlichen Umweltauflagen (u.a. Bundes- Immissionsschutzverordnung (BImSchV)). In der Folge mussten die Druck- und Kaschierbetriebe beim Einsatz organischer L\u00f6semittel Nachverbrennungs- oder L\u00f6semittelr\u00fcckgewinnungsanlagen installieren.<\/p>\n

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Ohne sch\u00e4dliche L\u00f6semittel<\/h2>\n

Die erste \u00d6lkrise im Jahr 1973 (Roh\u00f6lverknappung) und zus\u00e4tzliche Kosten durch die L\u00f6semittelnachbehandlung forcierten die Entwicklung l\u00f6semittelfreier Polyurethan- Kaschierklebstoffe. Doch der Kaschierer an der Maschine musste sich bei diesem Klebstoffsystem auf neue und schwierige Verarbeitungsbedingungen einstellen: Zentrale Herausforderungen waren dabei die v\u00f6llig andere Rheologie und das Auftragen sehr d\u00fcnner Schichten. Damit die bedruckten Folien mit guter Optik kaschiert werden konnten, mussten die Druckfarben diesen Kaschierklebstoffen angepasst werden. Nach wie vor arbeiten Zulieferer und Verarbeiter gemeinsam an weiteren Optimierungen der gesamten Peripherie, um die diffizilen Bedingungen f\u00fcr die Verarbeitung des l\u00f6semittelfreien Polyurethan-Klebstoffsystems weiter zu optimieren.<\/p>\n

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Alternativen<\/h2>\n

Als Alternative zu den verwendeten organischen L\u00f6semitteln, war man zumindest eine Zeitlang davon \u00fcberzeugt, dass Wasser die ideale L\u00f6sung sei. Mit wasserverd\u00fcnnbaren Polyurethan-Klebstoffen sollten die Umwelt- und Kostenprobleme der l\u00f6semittelbasierten Klebstoffe gel\u00f6st werden. Trotz beeindruckender Kaschierergebnisse fristet dieser Klebstoff im Vergleich zu l\u00f6semittelfreien und l\u00f6semittelhaltigen Klebstoffen bei der Herstellung von Verbundfolien nur ein Nischendasein. Eine weitere Alternative sind z.B. Klebstoffe auf Acrylatbasis (Dispersionen), die in der Folienkaschierung jedoch nicht den hohen Standard von Polyurethan- Klebstoffen erreichen.<\/p>\n

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M\u00f6glichkeiten zur Herstellung von Verbundfolien<\/h2>\n

Es gibt vielf\u00e4ltige M\u00f6glichkeiten zur Herstellung von Verbundfolien. Es sind dies, wie vorstehend bereits beschrieben, die Kaschierung (LF = l\u00f6semittelfrei und LH = l\u00f6semittelhaltig); Mehrlagenextrusion (Adh\u00e4sions-Promoter); LH-Primer (z.B. PU-Klebstoff); w\u00e4ssrige Primer (EAA-Dispersionen); Primer aus der Schmelze (EAA) sowie Maleins\u00e4ure. Bei der Kaschierung wird in zwei wesentliche Verfahrenstechniken unterschieden:<\/p>\n

L\u00f6semittelhaltige Kaschierung:<\/em>
\n–\tGlattwalzenauftrag (Sch\u00f6pfwalze\/ Auftragswalze)
\n–\tRasterwalzenauftrag (Sch\u00f6pfwalze\/ Rakel)
\n–\tRasterwalzenauftrag (Kammerrakel)<\/p>\n

L\u00f6semittelfreie Kaschierung:<\/em>
\n–\tDreiwalzenauftrag [Stahl \u2013 Gummi \u2013 Stahl \u2013 (Presseur)]
\n–\tVierwalzenauftrag [Stahl \u2013 Stahl \u2013 Gummi \u2013 Stahl \u2013 (Presseur)].<\/p>\n

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M\u00f6gliche Kaschiertechniken<\/h2>\n

\u2022\tNasskaschierung<\/em><\/p>\n

Beispielsweise bei Dispersions-, Kasein- oder Dextrin-Klebstoffen ist Wasser das Vehikel, welches aus dem kaschierten Verbund (z.B. Aluminium\/Papier- Verbund f\u00fcr Suppenbeutel) \u00bbverdampft\u00ab. Solche Klebstoffsysteme k\u00f6nnen auch Vernetzungsmechanismen besitzen, so dass sie wasserfest werden. Im Gegensatz zur Trockenkaschierung erfolgt bei der Nasskaschierung das Laminieren unmittelbar nach dem Klebstoffauftrag, also ohne Zwischentrocknung. Bei den eingesetzten Klebstoffen handelt es sich um physikalisch trocknende aber auch vernetzende Systeme. Die Bindekraft beruht auf physikalischen Prozessen, das hei\u00dft auf der Trocknung des Klebstoffs nach Verdunsten des L\u00f6semittels bzw. des Wassers. Bei der Kaschierung von Folien mit saugf\u00e4higen Substraten, wie Papier, Pappe, Filz oder Textil- Bahnen, dominiert die Anwendung von Dispersionen.<\/p>\n

\u2022\tTrockenkaschierung<\/em><\/p>\n

Ein Pr\u00e4polymer ist in einem L\u00f6semittel gel\u00f6st, das nach dem Auftragen des Klebstoffs verdunstet. Anschlie\u00dfend wird im Kaschierwerk ein Verbund mittels zulaufender Bahn hergestellt. Diese l\u00f6semittelhaltigen Klebstoffsysteme werden entweder als Ein \u2013 oder Zweikomponentenkleber verarbeitet.<\/p>\n

\u2022\tExtrusionskaschierung<\/em><\/p>\n

Hierbei werden spezielle thermoplastische Polymere als \u00bbKlebstoff\u00ab zwischen zwei andere Substrate extrudiert und \u00fcber ein Walzensystem mittels Druck vereint. Bei der Extrusionskaschierung bestimmter Folienverbunde kann es notwendig sein, Haftvermittler entweder offline oder inline aufzutragen.<\/p>\n

\u2022\tLF-Kaschierung<\/em><\/p>\n

Bei der l\u00f6semittelfreien Kaschierung sind keine Vehikel zum Verarbeiten des Klebstoffs notwendig. Der Klebstoff wird mit 100% Festk\u00f6rper ausgeliefert d.h. dem Kaschierer zur Verf\u00fcgung gestellt. Mittels intelligenter Temperaturf\u00fchrung \u2013 vom Dosierwerk oder Mischger\u00e4t bis zur Auftragswalze \u2013 wird der Klebstoff auf das Substrat gebracht. Die LF-Klebstoffsysteme kommen als Ein- oder Zweikomponenten- Kleber auf den Markt.<\/p>\n

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Definition der Leistungsbereiche<\/h2>\n

Das Leistungsverm\u00f6gen (Performance) von Kaschierklebstoffen l\u00e4sst sich in drei Kategorien einteilen, die sich nicht immer eindeutig voneinander abgrenzen lassen, sondern oft flie\u00dfend sind. Die breitgef\u00e4cherte Performance l\u00f6semittelhaltiger Polyurethan-Klebstoffe erstreckt sich dabei \u00fcber alle drei Bereiche:<\/p>\n

    \n
  1. Genereller Gebrauch \u2192 (trockene F\u00fcllg\u00fcter)
    \n(GP = General Purpose);<\/li>\n
  2. Mittleres Leistungssegment \u2192 (fl\u00fcssige F\u00fcllg\u00fcter)
    \n(MP = Medium Performance);<\/li>\n
  3. Hohes Leistungssegment \u2192 (sterilisierfest)
    \n(HP = High Performance).<\/li>\n<\/ol>\n

    Die erste und gleichzeitig gr\u00f6\u00dfte Kategorie bilden die qualitativ soliden Duplex-Kaschierfolien. Flexible Verpackungen, die aus diesen Verbundfolien hergestellt wurden, werden f\u00fcr das Abf\u00fcllen trockener G\u00fcter eingesetzt. Aus Triplex- Kaschierfolien (auch mit Aluminium- Folie) hergestellte flexible Verpackungen geh\u00f6ren zum mittleren Qualit\u00e4tssegment. Sie kommen bei fl\u00fcssigen, past\u00f6sen sowie sterilisierbaren F\u00fcllg\u00fctern zur Anwendung. Ein sehr hohes Leistungsverm\u00f6gen besitzen Triplex- oder Quadroplex- Laminate, die sich besonders f\u00fcr aggressive Verpackungsg\u00fcter mit h\u00f6chsten Barriereanforderungen eignen. Solche Verbunde erfordern oft auch Sterilisierfestigkeit bis 135 \u00b0C. Die Trockenauftragsgewichte l\u00f6semittelhaltiger Kaschierklebstoffe variieren zwischen 2,5 g\/m2 (GP) und 5 g\/m2 (HP).<\/p>\n

     <\/p>\n

    Demgegen\u00fcber schwanken die Auftragsgewichte l\u00f6semittelfreier Klebstoffe zwischen 1,0 g\/m2 (GP) und 3,0 g\/m2 (MP). Bei der Produktion von GP – Laminaten dominieren die l\u00f6semittelfreien Klebstoffe. Beim Vergleich der Kaschierkleberkosten (Cent\/ m2) liegt dieser Kaschierkleber-Typ deutlich unter dem der l\u00f6semittelhaltigen Klebstoffe. Mit modernen LF-Klebern ist die Produktion von Mehrlagenverbunden ohne weiteres m\u00f6glich. Selbst mit Aluminiumfolie aufgebaute Verbunde lassen sich bis 135 \u00b0C sterilisieren. Dabei ist jedoch zu beachten, dass bei LF- und LH-Klebstoffen, die auf der Basis aromatischer Isocyanate aufgebaut sind, beginnend ab 105 \u00b0C und steigend bis 135 \u00b0C Sterilisationszeit, die Hydrolyse der vernetzten Klebstoffschicht einsetzt und es zur Neubildung von prim\u00e4ren aromatischen Aminen (PAA) kommt. Selbstverst\u00e4ndlich spielt bei diesen Vorg\u00e4ngen die Sterilisationszeit eine entscheidende Rolle.<\/p>\n

     <\/p>\n

    Gute Aussichten und nicht ersetzbar<\/h2>\n

    LF- und LH-Kaschierkleber bieten durchaus Spielraum f\u00fcr weitere Optimierungen. Dabei m\u00fcssen die Kaschierfolien f\u00fcr zuk\u00fcnftige Neuentwicklungen bei flexiblen Verpackungen den sich schnell ver\u00e4ndernden Anforderungen im globalen Markt Rechnung tragen. Ein gutes Beispiel hierf\u00fcr sind die modernen LH- und LF-Kaschierklebstoffe auf Basis aliphatischer Isocyanate. Sie sind auch bei hohen Temperaturen sterilisierbar (bis 135 \u00b0C) und zeigen eine \u00fcberragende F\u00fcllgutbest\u00e4ndigkeit.<\/p>\n

    K\u00f6nnen Extrusionskaschierung oder Blasfolienextrusion (z.B. Triple- Bubble) die klassische LH- oder LF-Kaschierung ersetzen? Dies ist eine h\u00e4ufig diskutierte Frage. Die Antwort darauf f\u00e4llt eindeutig aus: In absehbarer Zeit wird dies nicht geschehen. Zwar lassen sich zum Beispiel Aluminiumverbunde mit der Extrusionskaschierung herstellen, doch wirtschaftlich sinnvoll ist dies nur bei entsprechenden Losgr\u00f6\u00dfen. Zudem lassen sich Hochbarriereverbunde aus mit Siliziumoxid (SiOx) oder Aluminiumoxid (AlOx) bedampften Folien nicht mit Extrusionskaschierung oder Blasfolienextrusion herstellen. Au\u00dferdem ist der Kaschiervorgang mit LH \u2013 oder LF\u2013Klebstoffen sehr flexibel, da sie die Produktion unterschiedlichster Substratverbunde erm\u00f6glichen. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Investition in eine Kaschiermaschine sehr viel g\u00fcnstiger ist, als die in eine Anlage f\u00fcr Extrusionskaschierung oder Blasfolienextrusion.<\/p>\n

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    Testservice:<\/p>\n

    Im Testservice Inno-Letter ver\u00f6ffentlichen wir News rund um Pr\u00fcfungen f\u00fcr Folienverpackungen insbesondere die, die wir selber anbieten: http:\/\/www.innoform-testservice.de\/tpages\/benefit\/qualitycontrol.php<\/a><\/p>\n

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