DE1250255B

DE1250255B -

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Publication number: DE1250255B
Application number: DENDAT1250255D
Authority: DE
Priority date: 1960-09-28
Publication date: 1967-09-14
Also published as: US3085026A; FR1356916A; BE608336A; GB935131A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Int. CI.:

υζιη

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT DeutscheKl.: 55 f -11/01

Nummer: 1250 255

Aktenzeichen: E 21713 VIb/55f Anmeldetag: 22. September 1961 Auslegetag: 14. September 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überziehen von Pappe, insbesondere Wellpappe, mit einem Wachsgemisch zur Gewinnung eines festeren und dauerhafteren Produktes, als es bisher erhältlich war, das besonders zur Herstellung von Behältern und Platten aus Wellpappe von bemerkenswert hoher Naßfestigkeit und Bruchfestigkeit geeignet ist.

Paraffinwachse und -wachsmassen mit einer großen Zahl verschiedener Zusätze sind bereits für verschiedene Anwendungszwecke im Gebrauch, z.B. zum Wasserdichtmachen von Textilstoffen und Papier, zur Herstellung isolierender Überzüge, zum Überziehen von Milchbehältern aus Pappe u. dgl. Jeder besondere "Verwendungszweck bestimmt die Beschaffenheit, die $c Überzug haben soll, und daher eignen sich Zusätze und Massen, die für einen Anwendungszweck besonders gut geeignet sind, oft nicht für einen anderen. Es sind bereits viele verschiedene Wachsmassen beschrieben worden, die für bestimmte Anwendungszwecke besonders geeignet sind, für andere jedoch nicht. ao

Ein erst in letzter Zeit entwickelter Verwendungszweck für Wachs ist die Imprägnierung von Wellpappebehältern. Besonders wenn diese Behälter zur Lagerung und zum Versand von Nahrungsmitteln verwendet werden, wurde gefunden, daß die Festigkeit allmählich abnimmt, selbst wenn der Behälter mit einer Wachsmasse imprägniert worden ist, die für andere Anwendungszwecke normalerweise eine gute Abdichtung gegen Wasser bewirkt. Dieser Festigkeitsverlust ist auf die scharfen Bedingungen der langandauernde und fortgesetzten Einwirkungvdn Feuchtigkeit oder Wasser zurückzuführen. Derartige Behälter werden oft zum Versand von in Eis verpackten oder »flüssigkeitsgekühlten« Nahrungsmitteln verwendet. Der Ausdruck »flüssigkeitsgekühlt« bezieht sich auf die Kühlung sowohl des Verpackungsbehälters als auch seines Inhalts in einer Sole von —1°C. Unter diesen scharfen Bedingungen liefern Wellpappebehälter oft keinen ausreichenden Schutz, wenn sie mit Wachs oder mit vielen Wachsmassen imprägniert sind, die den Faserstoffen normalerweise Festigkeit verleihen.

Beim Wasserdichtmachen von glatten Papieren, Pappen oder Umhüllungen wird im allgemeinen darauf abgezielt, das Hindurchtreten von Wasserdampf durch die Papierwandung der Verpackung zu verhindern oder auf ein Minimum zu beschränken. Die Aufgabe kann darin bestehen, trockene Stoffe zu verpacken, um sie trocken zu halten, oder feuchte Stoffe zu verpacken, um sie feucht zu halten. Dies erfordert einen guten zusammenhängenden Oberflächenfilm (ohne Sand- so löcher oder Hohlräume) von ausreichender Biegsamkeit und Festigkeit, um den Beanspruchungen zu Verfahren zum Imprägnieren von Pappe
Anmelder:

Esso Research and Engineering Company,
Elizabeth, N.J. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. K. Th. Hegel, Patentanwalt,
Hamburg 36, Esplanade 36 a

Als Erfinder benannt: George A. Weisgerber, Cranford, N. J.; Herman L. Thwaites, Harry M. Farnham jun., Clark,N.J.(V.St.A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. September 1960
(58 896)

widerstehen, denen die Umhüllung oder Verpackung ausgesetzt ist. Von großer Bedeutung ist es auch, daß der zusammenhängende Oberflächenüberzug bestimmten Anforderungen an das Aussehen, den Glanz, die Abriebfestigkeit usw. genügen muß.

Hierbei wurde beobachtet, daß die Geschwindigkeit des Durchtritts von Feuchtigkeit eine Funktion der Art des Überzuges und der Dicke des Oberflächenfilms ist. Für ungebrochene Filme zeigen Paraffinwachse die geringsten Durchtrittsgeschwindigkeiten für Wasserdampf. Die Paraffine werden jedoch gewöhnlich mit anderen Wachsen oder Zusätzen gemischt, damit sie ausreichende Biegsamkeit, Glanz, Härte usw. aufweisen.

Für Flüssigkeitsbehälter* wie Milchkartons oder Trinkbecher, sind die Anforderungen im wesentlichen die gleichen, d.h., auf der mit der Flüssigkeit in Berührung stehenden Seite muß sich ein undurchlässiger, zusammenhängender Oberflächenfilm befinden. Bei Milchbehältern ist der Schutz gegen Wasseraufnahme und gegen das Erweichen des Papiers oder der ,Pappe, der mit entsprechenden Mengen an Überzugsmaterial erzielt wird, im Falle eines Oberflächenüberzuges größer als im Falle eines absorbierten Überzuges. Das heißt, der Oberflächenschutz ist vorteilhafter als die Imprägnierung.

709 647/502

Bei Wellpappebehältern liegt das Problem vom Gesichtspunkt der Art der Verpackung, des beabsichtigten Verwendungszweckes, der Anforderungen an die Qualität und der Methode der Wachsaufbringung anders.

1. Wellpappe ist mehrwandig. Die einfachste Form besitzt drei Wandungen, von denen die beiden Außenwandungen als Deckschichten und der innere, geriffelte Teil als Mittelschicht bezeichnet werden.

2. Wellpappebehälter werden in erster Linie als Versandbehälter, nicht aber zum Verpacken verhältnismäßig leichter Einzelgegenstände verwendet und müssen daher größere Festigkeit besitzen.

3. Bei dem angegebenen Verwendungszweck ist der Karton oder die Pappe auf allen Seiten einschließlich der offenen Abstände zwischen der Mittelschicht und den Deckschichten dem Wasser ausgesetzt.

4. Das Einritzen, Biegen, Einschneiden usw. der Pappe oder der Kartons wird vorgenommen oder kann vorgenommen werden, nachdem das Wachs aufgebracht worden ist. In diesem Falle wird der Oberflächenbelag gebrochen, und das Wasser kann zur Faser durchdringen. Die Sättigung der Faser (mit Wachs oder Spezialmassen) ist erforderlich, um die Pappe oder Schachtel gegen zu großen Festigkeitsverlust durch Wasserabsorption zu schützen.

Wellpappebehälter müssen daher vollständig bis tief in die Fasern der einzelnen Bauteile hinein mit dem Wachs getränkt werden. Oberflächenfilme sind weniger wirksam und bedeuten eine Verschwendung an Wachs, und es ist schwierig, Oberflächenbeläge von gleichmäßigem Aussehen zu erzeugen. Im Gegensatz dazu werden beispielsweise bei Milchbehältern die Wachse absichtlich mit gewissen Zusätzen gemischt, um ihre Eindringtiefe in die Pappe zu vermindern und eine stärkere Oberflächenschicht zu erzielen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Imprägnieren von Pappe, insbesondere Wellpappe wird mit einer Wachsmasse durchgeführt, die aus vier Komponenten besteht, nämlich (1) zu mindestens 60 Gewichtsprozent aus einem raffinierten kristallinen Paraffinwachs mit einem Olgehalt von nicht über 0,5 Gewichtsprozent und einem Schmelzpunkt zwischen etwa 49 und 82⁰C, (2) bis zu 30 Gewichtsprozent aus einem mikrokristallinen Wachs mit einem Schmelz

punkt oberhalb 71 °C, (3) bis zu 8 Gewichtsprozen aus einem Polyolefin, mit einem mittleren Molekular gewicht von etwa 1500 bis 20,000, vorzugsweise 500C bis 12 000, und (4) zu 1 bis 15 Gewichtsprozent aus einem festen Erdölharz oder Polystyrolharz von einen Erweichungspunkt von mindestens 70° C; und ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Tränkungstemperatur im Bereich von 71 bis IlO⁰C hält, die getränkt« Pappe aus dem Gemisch herausnimmt und sie bei einer Temperatur nicht über 115°C abtropfen läßt.

Die Hauptbestandteile der erfindungsgemäßen Wachsmassen sind aus Erdöl gewonnene normale Paraffinkohlenwasserstoffe und Isoparaffinkohlenwasserstoffe mit Schmelzpunkten im gewöhnlichen Bereich von etwa 49 bis 82⁰C, vorzugsweise zwischen etwa 54 und 68 °C. Bei den Paraffinwachsen herrschen vorzugsweise normale Paraffine vor, und diese bestehen gewöhnlich aus einem Gemisch von homologen Paraffinen. Diese Wachse werden nach bekannten EntparaffinierangsverfahrenauswachshaltigenSchmierölen, z.B. durch Lösungsmittelentparaffinierung mit einem Gemisch aus Methyläthylketon und Toluol, Methylisobutylketon, Propan u. dgl., gewonnen. Die ausgefällten Wachskristalle werden abzentrifugiert oder abfiltriert, wobei man einen Paraffingatsch erhält, und dieser wird dann vorzugsweise weiter durch Umkristallisieren oder Waschen auf Schuppenparaffin und raffiniertes Wachs verarbeitet. Raffinierte Wachse enthalten vorzugsweise weniger als 0,5 Gewichtsprozent ölverunreinigungen. Es handelt sich hier um die in der Technik und im Handel wohlbekannten raffinierten kristallinen Paraffinwachse.

Gemäß der Erfindung siiid diese Wachse gewöhnlich in Mengen von mindestens 60 Gewichtsprozent, vorzugsweise in Mengen von mehr als 75 Gewichtsprozent, in dem aus vier Komponenten bestehenden Gemisch enthalten. Ihre Eigenschaften sind in Tabelle I unter Nr. 1, 2, 3 und 4 angegeben.

Die in den erfindungsgemäßen Wachsmassen enthaltenen mikrokristallinen Wachse haben höhere Molekulargewichte als die kristallinen Paraffinwachse und Schmelzpunkte von mindestens 71⁰C, vorzugsweise mehr als etwa 74° C. Sie können ebenfalls auf an sich bekannte Weise aus schweren Schmieröldestillaten oder wachshaltigen Rückstandsfraktionen gewonnen werden. Mikrokristalline Wachse sind ebenfalls in der Technik der Wachsüberzugsmassen und im Handel bekannt. Typische Eigenschaften derselben sind in Tabelle I unter Nr. 5 angegeben.

Tabelle I Typische Wachskennwerte

		Raffinierte Paraffinwachse		Mikrokristallines Wachs
Nr.l	j Nr. 2	I Nr. 3	I Nr.4	Nr. 5
51,7/53,3	54,4/55,6	56,1/57,2	65,6/68,3	73,9/76,7
Schmelzpunkt, ⁰C ASTM-D-938	53,3	55	56,7	66,1	76,1
ölgehalt, Gewichtsprozent,
0,2	0,2	0,2	0,2	0,8
Farbe, ASTM-D-156 ASTM-D-1500	+30	+30	+30	+26
1,9
Viskosität bei 98,9°C, cSt,
3,8	3,8	3,8	5,7	20,6
Brechungszahl bei IOO⁰C	1,4213	1,4215	1,4218	1,4282	1,4447

1 ZOUZOO

TabelleI (Fortsetzung)

Nr.l

Raffinierte Paraffinwachse
Nr. 2 Nr. 3

Nr. 4

Mikrokristallines Wachs Nr. 5

Destillation, ASTM-D-1160

Druck, mm X ....

5%-Destillatpunkt, ⁰C ...
10%-Destillatpunkt, ⁰C ...
50%-Destillatpunkt, ⁰C ...
90%-Destillatpunkt, °C ...
95%-DestiIlatpunkt, ⁰C ...

10 237 241 261 297 307

Die mikrokristallinen Wachse sind in den erfindungsgemäßen Wachsmassen in Mengen von weniger als etwa 30 Gewichtsprozent, gewöhnlich zwischen etwa 5 und 15 Gewichtsprozent, enthalten.

Der dritte Bestandteil der erfindungsgemäßen Massen ist ein Polyolefin, und zwar insbesondere ein Polyäthylen mit einem ungefähren Molekulargewicht zwischen etwa 1500 und 20 000, vorzugsweise etwa 12000, und einem Schmelzpunkt zwischen etwa 102 und 107° C Das Polyäthylen oder das sonstige Polyolefin, z.B. Polypropylen, oder ein Mischpolymerisat derselben ist in der erfindungsgemäßen Masse ge-

10 234 241 260 294 308

10
227
233
264
297
308

10	1
282	296
285,5	314
295	356
309
317

wohnlich in Msngen von weniger als etwa 8 Gewichtsprozent, vorzugsweise in Mengen von 1 bis 4 Gewichtsprozent, enthalten. Eigenschaften zweier Polyäthylenarten sind in Tabelle II angegeben. Der vierte wesentliche Bestandteil des erfindungsgemäßen Gemisches ist ein harzartiges Polymerisat, vorzugsweise ein Erdölharz. Diese Harze sind von den oben angegebenen Olefinpolymerisaten und -mischpolymerisaten zu unterscheiden. Eigenschaften von drei harzartigen Polymerisaten sind ebenfalls in Tabelle II angegeben.

Tabelle II

	Nr.l	I Nr. 2	I Nr. 3 Bezeichnung	I Nr. 4	I Nr. 5
»DYLT«	»Epolene-N«	Erdölharz Art	Polymerisat »Piccolasüc A-75«	Polymerisat »Piccolyte S-70«
lineares Polyäthylen		polymerisierte		Terpenpoly- merisat, Pinene, hauptsächlich 0-Pinen		lineares Polyäthylen	Erdöl-Monomere mit methylierten Paraffinketten	Polystyrol
Erweichungspunkt, Ring- und Ku
gelmethode (ASTM E-28-51T), ⁰C						104	106	100±3	75±3	70 ±3
Ungefähres Molekulargewicht ...	12000	2500	1100
Ungefähres spezifisches Gewicht	0,93	0,925	0,970 bis 0,975		0,99
1,06
1,516	1,5116	1,59
<1	<1	<4
<2	<1	<4
7,3
(Wijs) 120	<10
190° C	121°C		180°C
5-102cP	2500 cP			20,7 P
>315	260
>315	260

Die Polyäthylene haben höhere Molekulargewichte und sind im wesentlichen gesättigt. Das Erdölharz hat die meisten ungesättigten Bindungen.

Erdölharze, auf die die Erfindung anwendbar ist, 6o Wasserstoffen eingesetzt werden, wie sie durch Umwerden hergestellt, indem man ein Kohlenwasserstoff- setzung von Aluminiumchlorid mit Raffinaten entgemisch, welches Diolefine, Olefine, Aromaten, Paraf- stehen, die durch Abstreifen von harzartigen Polyfine und Naphthene enthält, mit 0,25 bis 1,75% Alu- merisaten befreit worden sind, z.B. durch Umsetzung miniumhalogenid, wie Aluminiumchlorid oder Alumi- von Aluminiumchlorid mit einem Schwerbenziß, welniumbromid, als Katalysator behandelt. Die Kataly- 65 ches etwa 60% Olefine und 40% Aromaten enthält, satoren können in festem Zustand oder in Form von Der Ausgangsstoff für die Polymerisation soll vorAufschlämmungen in inerten Verdünnungsmitteln so- zugsweise keine Cyclodiene enthalten. Typische Kohwie auch als Komplexverbindungen mit Kohlen- lenwasserstofffraktionen, die sich als Ausgangsstoffe

I ZbU Zbb

zur Herstellung dieser Harze eignen, sieden im Bereich von 20 bis 170° C und haben die folgende Zusammensetzung:

	Fraktion °c	Gewichts prozent
20 bis 70	0 bis 60
70 bis 130	65 bis 40
130 bis 170	35 bis 0
8 bis 20
19 bis 49
60 bis 30
Paraffine und Naphthene..		5 bis 1

Die Polymerisationsreaktionen werden bei Tempe- »5 raturen im Bereich von —30 bis +75°C (vorzugsweise von —10 bis +60°C) durchgeführt. Der restliche Katalysator wird zwecks Unterbrechung der Reaktion z.B. mit Methylalkohol versetzt und dann abfiltriert oder mit verdünnter Säure versetzt, mit Wasser und »< > bzw. oder mit Alkalilauge gewaschen. Aus der so erhaltenen Lösung werden dann die nicht umgesetzten Kohlenwasserstoffe und öle von niedrigem Molekulargewicht durch Vakuum- oder Wasserdampfdestillation abgetrieben. Das Produkt ist ein im wesentlichen *5 nichtaromatisches, ungesättigtes Kohlenwasserstoffharz. Kohlenwasserstoffgemische, die sich zur Herstellung solcher Harze eignen, finden sich in Kohlenwasserstoffströmeft, die bei der Wasserdampfspaltung von Gasölen, Schwerbenzinen oder Erdölrückständen anfallen. Diese Kohlenwasserstoffspaltprodukte haben weite Siedebereiche zwischen 20 und 170° C oder können aus Zwischenfraktionen bestehen, die aus diesem Siedebereich ausgewählt sind. Die nach dieser Methode synthetisch hergestellten Erdöldestillatharze haben gewöhnlich Erweichungspunkte über 90 °C.

Das nach diesem Verfahren hergestellte Erdölharz hat einen Erweichungspunkt von etwa 97 bis 103⁰ C, ein Molekulargewicht im Bereich von 1000 bis 1200 und eine Jodzahl (nach W i j s) von 100 bis 140, vorzugsweise unter 120. Das Harz ist in der fertigen Wachsmasse in Mengen von etwa 1 bis 15 Gewichtsprozent, vorzugs" bis 10 Gewichtsprozent, enthalten bei mäßigen Temperaturen im Bereich von etwa 82 bis 104° C wird dieses Wasser entfernt und die Feuchtigkeit auf die erwünschte obere Grenze von nicht mehr als 2% verringert. Beim Trockenvorgang ist es wichtig, daß die Wellpappe nicht über etwa 114,5°C erhitzt wird. Wenn beim Trocknen zu hohe Temperaturen angewandt werden, wird die natürliche Festigkeit der Papierfasern stark beeinträchtigt.

Durch Verminderung des Feuchtigkeitsgehaltes der Pappe vor der Behandlung mit dem Wachs erhält man eine mit Wachs getränkte Pappe, die sogar bei niedrigerer Wachsaufnahme eine ebenso große oder noch höhere Naßfestigkeit aufweist.

In den folgenden Beispielen werden die zu imprägnierenden Proben von Pappe bzw. Wellpappe 24 Stunden bei 23 ⁰C und 50% relativer Feuchtigkeit klimatisiert. Die. Probengröße beträgt 15,24 · 16,5 cm oder 30,5 · 31,75 cm, wobei der letzte Wert in Längsrichtung der Riffelung gemessen wird. Die Proben werden mit aufrecht stehender Riffelung mittels Drahthaken in die Überzugsmasse eingetaucht, die sich in den Kammern von asbestisolierten Stahlbehältern, und zwar (1) einem solchen mit sechs Kammern von je 25,4 · 17,8 · 2,5 cm und (2) einem solchen mit zwei Kammern von je 35,6 · 35,6 · 3 cm Größe befindet. Der kleine Behälter ist auf einer Heizplatte oder in einem regelbaren Ofen zu erhitzen, der große ist mit einem elektrischen Heizband umwickelt. Die Proben werden vollständig untergetaucht und zwecks Entfernung von Luftblasen in Bewegung gehalten.

Nach 30 Sekunden werden die Proben hochgezogen, einige Sekunden über dem Behälter ablaufen gelassen und in senkrechter Richtung der Riffelungin einen temperaturgeregelten Ofen zum Ablaufen gehängt. Nach einer vorbestimmten Zeit werden die Proben aus dem Ofen herausgenommen und auf Raumtemperatur erkalten gelassen. Hierauf wird das untere Abtropfende in einer Breite von 12,7 mm abgeschnitten, weil sich an diesem Ende beim Ablaufen überschüssiges Wachs ansammelt.

Schließlich werden die Proben gewogen, wobei die Differenz zwischen dem Gewicht der überzogenen und der nicht überzogenen Pappproben von gleichen Abmessungen die Wachsaufnahme darstellt. Das meist angewandte Verfahren besteht darin, die

weise 5

Die Uberzüge oder Imprägnierungen der Pappe werden mit der heißen Schmelze oder dem geschmolze- 45 Probe 30 Sekunden bei 99 ⁰C in die Überzugsmasse zu

nen Wachs bei einer Temperatur von 71 bis IlO⁰C hergestellt. Es ist wichtig, dabei nicht bis 115°C zu gehen. Dies bezieht sich sowohl auf die Temperatur des Wachses als auch auf die Abtropftemperatur. Hohe Temperaturen schwächen die Faser und verursachen eine Dunkelfärbung der Pappe.

Die Tränkung kann auf verschiedene Weise erfolgen, z.B. durch Eintauchen des flachen Pappstückes und nachfolgendes Abtropfenlassen unter ausgewähltauchen und sie dann 20 Minuten bei 99 ⁰C ablaufen zu lassen. Läßt man nur kürzere Zeit, nämlich etwa 5 Minuten, ablaufen, so erhält man eine etwas höhere Wachsaufnahme. Längere Ablaufzeiten als 20 Minuten haben keinen Einfluß auf die Wachsaufnahme. Die Wachsaufnahme, die man erhält, wenn man Kraftpapierproben oder Kraft-Wellpappeproben tränkt und dann im Ofen zwecks Entfernung des überschüssigen Wachses ablaufen läßt, fällt von selbst in den

ten Bedingungen von Zeit und Temperatur. Das Wachs 55 beschränkten Bereich von etwa 40 bis 55%

kann aber auch durch. Tauchen, Aufwalzen, Aufsprühen usw. auf einen oder mehrere Bestandteile der Platte aufgebracht werden, bevor diese zu der Pappplatte vereinigt werden, worauf man zwecks gleichmäßiger Verteilung des Wachses erhitzt.

In Verbindung mit der Imprägnierung von Wellpappe wurde die wichtige Feststellung gemacht, daß verbesserte Druckfestigkeit und Naßfestigkeit erzielt werden, wenn der Feuchtigkeitsgehalt der Wellpappe vor der Wachsbehandlung auf einen niedrigen Wert gebracht wird. Der normale Feuchtigkeitsgehalt von Pappe beträgt je nach der im Lagerraum herrschenden Feuchtigkeit 4 bis 10%. Durch Trocknung der Pappe

Gewichtsmenge des Wachses

100

Flächengewicht der nicht überzogenen Probe

oder von 26 bis 37%, bezogen auf das Flächengewicht der überzogenen Probe.

Wenn man die Proben tränkt und anschließend in der Wärme ablaufen läßt, um überschüssiges Wachs zu entfernen, fällt der Wert für die Wachsaufnahme nicht unter etwa 40%» selbst wenn man hohe Temperaturen und längere Ablaufzeiten anwendet. Dieses Wachs ist fest an die Papierfaser gebunden. Wenn man eine geringere Menge Wachs, als sie einer Aufnahme von 40% entspricht, durch Zuteilung des Wachses

10

auf andere Weise aufbringt, d.h. durch Aufwalzen usw., wird das Wachs nicht zu einem gleichmäßigen Faserüberzug verteilt, selbst wenn man nachträglich erhitzt. Bringt man z.B. etwa 20% Wachs auf eine Seite einer Kraftpapier-Deckschicht auf, so wird das Wachs auch durch nachträgliches Erhitzen nicht derart durch das Papier hindurch verteilt, daß es auf die andere Seite »durchschlägt«.

Durch rascheres Kühlen oder sehr kurze Abiaufzeiten bei höheren Temperaturen kann man scheinbare Wachsaufnahmewerte von mehr als 55 % erzielen. Die den Wert von 55% übersteigende Wachsmenge stellt aber hauptsächlich Oberflächenwachs oder auf den Oberflächen der Probe erstarrtes Wachs dar.

Im Mittel erhält man beim Ablaufenlassen getränkter Pappproben bei 99⁰C Wachsaufnahmewerte von etwa 55% für 30 Sekunden, 52% für 1 Minute, 48% für 5 Minuten, 45% für 15 Minuten, und 42% für 20 Minuten. Bei Ausdehnung der Ablaufzeit auf Stunden sinkt der Aufnahmewert nicht unter etwa 40%· ao

Bei den nachstehend angegebenen Werten ist die Wachsaufnahme auf eine gemeinsame Basis von 29,3 kg Wachs je 100 m² eingestellt, was einer Beladung von 47,5% entspricht Die Umrechnung dieser Werte auf eine gemeinsame Wachsaufnahme von 47,5 % (29,3 kg/ 100 m²) erfolgte an Hand von Kurven, die aus einer großen Anzahl von Messungen der Wirkung der Wachsbeladung auf die Naßfestigkeit gewonnen wurden.

Es werden folgende Prüfverfahren angewendet:

30

·*■·.·■ 1. Flachquetschtest

Hierbei wird der Widerstand der geriffelten Einlage von Wellpappe gegen Belastungen oder Drücke, die auf die Seiten der Pappe ausgeübt werden, gemessen. Wenn die geriffelte Einlage eingeknickt wird, wird der Widerstand der Pappe gegen in andere Richtungen ausgeübte Drücke vermindert. Als Gerät wird der »Hinde and Dauch Crush Tester«, Modell TMI-17-18, mit quadratischen Platten von 10,16 cm Kantenlänge und einer Belastungsgeschwindigkeit von 5,08 cm/Min. verwendet. Die Probengröße beträgt 64,5 cm⁸, wobei ; entweder kreisförmige oder rechteckige (6,35 -10,16 cm) Proben verwendet werden. Es-werden mindestens drei, vorzugsweise fünf oder sechs Proben untersucht und aus den Ergebnissen, die in kg/cm^a gemessen werden, die Mittelwerte gebildet.

2. Säulentest

Hierbei wird der Widerstand der Pappe gegen auf deren Kanten ausgeübte Belastungen oder Drücke gemessen. Der Test ahmt Kompressionsprüfungen an Wellpappkartons in voller Größe nach. Die Riffelung kann hierbei senkrecht oder waagerecht liegen. Gewöhnlich liegen die Riffelungen in den Kartonseitenwänden senkrecht (von oben nach unten). Druckbeanspruchungen dieser Art treten auf, wenn gefüllte Pappbehälter aufgestapelt werden.

Als Gerät wird der »Hinde and Dauch Crush Tester« mit Säulenkompressionszusatzgerät verwendet. Die Proben sind 6,35 cm hoch (mit senkrechter Riffelung) und 10,16 cm lang. Ein oberer Rand von 2,54 cm Höhe bleibt nach dem Einsetzen ins Zusatzgerät frei. Die Prüfungen werden an mindestens drei, vorzugsweise fünf oder sechs Proben durchgeführt und aus den Ergebnissen, die in kg/cm Länge angegeben werden, die Mittelwerte gebildet. Vergleichbare Ergebnisse werden mit dem Kurzsäulenkompressionstest, der von K.L. K i 11 i c u t in »Packaging Engineering«, September 1959, S. 92, beschrieben worden ist, erhalten. Proben von 2,54 cm Höhe werden ohne Zusatzgerät eingespannt.

3. Mullen-Test

In dieser Prüfung wird die Kraft gemessen, die erforderlich ist, um die Pappe vollständig zu zerbrechen. Diese in kg/cm^a gemessene Größe steht in Beziehung zur Zugfestigkeit und dient der Feststellung von Gütegraden und Festigkeiten von Pappen. Die Berstfestigkeitsprüfung nach Mullen ist Bestandteil von Normvorschriften. Die Größe der Proben ist nicht kritisch. Die Prüfungen können an Einzelproben oder an Streifen vorgenommen werden, wobei für einen genügenden Abstand zwischen den Prüfstellen Sorge getragen werden muß. Es sollen mindestens sechs, vorzugsweise zehn bis zwölf Versuche durchgeführt und von den Ergebnissen die Mittelwerte gebildet werden. Als Gerät dient ein »Perkins-Mullen-Tester« mit Motorantrieb, Modell A, TMI-13-1-1.

Prüfungen an Pappproben werden nach folgenden beiden Methoden vorgenommen: (1) trockene Proben werden bei 23 ^cC und 50% relativer Feuchtigkeit während mindestens 24 Stunden klimatisiert, (2) nasse Proben werden unmittelbar (nicht länger als 5 bis 10 Minuten) nach 2stündigem Weichen iii Wasser von 23 ⁰C vorgenommen. Gegenüber einem lstündigen Weichen ergibt die längere Weichzeit geringere Schwankungen.

Typische Ergebnisse sind in Tabelle III wiedergegeben, wobei sich zeigt, daß trockene Pappproben unempfindlicher gegen die verschiedenen Überzüge sind.

Tabelle III

Typische Trocken- und Naßfestigkeiten von mit Wachs überzogener und nicht überzogener Wellpappe Riffelung. »A« — Flächengewicht 61,5 kg/100 m^a

Überzug	Wachsaul kg/100 m»	nähme %	Tr (klimatisie relati Flach quetschtest kg/cm*	ockenfestigkeit rt bei 23° C un vei Feuchtigke Säulen kompression kg/cm	d 50% it) Mullen- Test* kg/cm^a	1 (2 Stundet Flach quetschtest kg/cm²	Nlaßfestigkeit 1 in Wasser voi getaucht) Säulen kompression kg/cm	i23°C Mullen- Test* kg/cm*
Keiner W-6497** . Raffiniertes Paraffinwachs, Schmlezpunkt 56 bis 57° C	0 30,3 29,8	0 49 48	1,76 2,25 2,25	8,4 13,05 12,5	20,81 15,82 15,82	0,13 0,51 0,34	0,8 1,82 0,55	5,34 12,09 7,59

* Die Trockenfestigkeit nach Mullen nimmt mit einer Wachsbeladung bis zu etwa 50% Wachsaufnabme ab und nimmt dann

zu. Die NaBfestigkeit nach Mullen nimmt mit der Wachsbeladung zu. ** Gemisch Nr. 1 gemäß Tabelle IV und den Beispielen.

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Beispiel 1

In der folgenden TabelleIV sind die Zusammensetzungen von dreizehn Wachsgemischen in Gewichtsteilen angegeben,, die auf einer Wellpappe »A« der angegebenen Eigenschaften aufgebracht sind, sowie die Ergebnisse der verschiedenen Untersuchungsmethoden aufgetragen. Die einzelnen Bestandteile der Wachsmischung entsprechen den in Tabelle II angegebenen.

Es zeigen sich folgende charakteristische Unterschiede:

1. Die Naßfestigkeiten von Wachsgemischen aus Paraffinwachs, mikrokristallinem Wachs, Polyäthylen vom Molekulargewicht 12000 und Erdölharz Nn 1 und 2 der Tabelle IV sind entsprechenden Gemischen (Nr. 5 und 8) ohne Erdölharz überlegen. ao

2. Die Gemische (Nr. 1, Tabelle IV) sind ebenfalls besser: als Imprägnierungen mit Erdölharz allein (Nr; 9 und 10, Tabelle IV) (Müllen-Test bei Nr. 10 nach 2 Stunden: 11,25 kg/cm²).

3. Die Verwendung von Wachsen mit einem weiten Schmelzpunktbereich (Nr. 1, Tabelle IV) ist günstiger als die Verwendung von Paraffinwachs allein (Nr. 3, Tabelle IV).

4. Die Verwendung eines größeren Anteils an mikrokristallinem Wachs in dem Gemisch (Nr. 4, Tabelle IV) führt zu einem nur wenig besseren Ergebiiis gegenüber einem Gemisch mit 8 Gewichtsprozent dieses Wachses (Nr. 5, Tabelle IV).

5. Die Verwendung von Polystyrolharz (Nr. 11, Tabelle IV) im Gemisch führt zu guten, wenngleich gegenüber erdölharzhaltigen Mischungen (Nr. 1) nicht ganz so guten Ergebnissen. Ähnliches gilt von Terpenpolymerisatharzen (Nr. 12, Tabelle IV). Dagegen ergibt das Fortlassen von Harzen (Nr. 5, 6) stark abfallende Werte.

TabeUe IV

Uberzüge auf Wellpappe »A«; Flächengewicht 61,5 kg/100 m²; Wachsgehalt 29,3 kg/100 m^a; Pappe 30 Sekunden bei 99°C getaucht; 15 bis 20 Minuten bei 99^eC ablaufen gelassen

				Zusammensetzung, Gewichtsteile
Gemisch	Paraffinwachse. F. C⁰Q		Polyäthylen		Harze
Nr.	54,5 55,6	56,1 57,2	65,6	Mikrokristallines Wachs	Molgewichts prozent 21000 (DYLT)	Erdöl harz 100	Polystyrol »Piccolastie A-75«	Terpenharz »Piccolyte S-70«
1	68		12	8	2	10
2		. 68	12	8	2	10
3	77 .		11		2	10
4	66		12	20	2		i
5	78		12	8	2
6	76		12	8	4
7	90		2,8	4,2	3
8		78	12	8	2
9	60		12	8		20
10	60*		12	8		20
11	68		12	8	2		10
12	68		12	8	2			10
13	78		12	8	2** :

* Enthält 1,5% öl.
** Epolene-N.

Tabelle IV (Fortsetzung)

Gemisch Nr.	Erstarrungspunkt	Viskosität bei98,9⁰C	Naßfes Flachtest	tigkeit, 1 Stunde, H₁Ov« Säulentest	an 23° C Mullen-Test
⁰C	cSt	kg/cm*	kg/cm	kg/cm*
1	63,9	9,25	0,55	2,24	14,4
2			0,51	1,82	13,15
3	58,2	7,99	0,49	2,24	10,7
4			0,42	1,79	11
5	58,9	7,24	0,34	1,92	11,25
6	67,2	11,4	0,31		7,95
7	63,2	8,58	0,29	1,92	10,83
8	63,9	7,45	0,37	2,02	12,73
9	56,1	7,3	0,53	2,14	14
10			0,48	1,73
11	64	8,07	0,54	2,04	12,5
12	64,7	9,61	0,45	1,79	11,25
13			0,39	1,79	12,5

i 250 255

13 14

Beispiel 2 Tabellen V und VI für verschiedene Wachsbehand- Die Wachsaufnahme kann vermindert und die Naß- lungsbedingungen und verschiedene Paraffinwachse

festigkeit erhöht werden, indem man auf einen Feuch- erläutert. Der Feuchtigkeitsgehalt wurde in diesep

tigkeitsgehalt von weniger als etwa 2 Gewichts- Beispielen mit dem Feuchtigkeitsmesser nach Ha r _;t

prozent vorgetrocknete Pappe verwendet. Die Wir- 5 gemessen und außerdem durch Bestimmung der

kung des verminderten Feuchtigkeitsgehaltes ist in den Gewichtsdifferenz kontrolliert.

Tabelle V Vortrocknung der Pappe vermindert die Wachsaufnahme und erhöht die Festigkeit

Bedingungen
Tauchbedingungen:

Wellpappeprobe 1 Minute in geschmolzenes Wachs von 82 oder 115° C getaucht, herausgenommen und bei Raumtemperatur (23 °C) erhärten gelassen.

Druckfestigkeit beim Flachquetschtest, naß:
Test durchgeführt auf der »Hinde and Dauch Crush Test Machine« mit einer flachen Wellpappeprobe. Messung der Druckfestigkeit der Riffelungen. Die Werte geben die Festigkeiten der nassen Pappproben nach Istündir gem Weichen in Wasser von 23 °C an.

	ASTM-	Wassergehalt	Wachsaufnahme	Naßdruckfestigkeit	Wachs	Schmelzpunkt	der Pappe	kg Wachs/100 m»
⁰C	°/o	Wellpappe	kg/cm*

Versuche bei einer Tränktemperatur von 115° C Paraffinwachs Paraffinwachs Paraffinwachs

54,4 54,4

65,6 65,6

0
6

Versuche bei einer Tränktemperatur von 82° C

54,4 I 0 54,4 6

27,4	0,42
36,7	0,36
35,2	0,27
38,6	0,25
27,9	0,42
33,2	0,28

TabelleVI Weitere Werte über den Einfluß des Trocknens der Pappe

Uberzüge auf Wellpappe »A«; Flächengewicht 61,5 kg/100 m⁸; Wachsgehalt 29,3 kg/100 m⁸; 30 Sekunden bei 99°C getränkt; 15 Minuten bei 99^eC ablaufen gelassen

			Naßfestigkeit nach 1 Stunde in Wasser von 23°C
Wachs	%H.O	Flachquetschtest	Säulenkompression	Berstfestigkeit nach Mullen	in der Pappe	Wachs,		Wachs,		Wachs,
kg/100 m«	kg/cm*	kg/100 m*	kg/cm	kg/100 m»	kg/cm*
0	31,3	0,76	30,3	15,5	29,3	20,25	» I	2,5	32,3	0,65	31,8	13,4	33,2	14,62
4,5	32,3	0,58	30,3	12,8	30,8	14,84
0	31,3	0,53	29,8	10,2	30,3	12,37	(2) j	2.5	30,8	0,48	31,8	9,8	32,8	11,18
4,5	30,3	0,41	30,8	9,8	28,4	10,48 ^s'

Wachs(I) = 60% raffiniertes Wachs (F. = 54,4/55,6°Q; 12"/, raffiniertes Wachs (F. = 65,6°Q, 8% mikrokristallines Wachs; 20% Erdölharz.

Wachs (2) = 76% raffiniertes Wachs (F. = 54,4/55,6° Q; 12% raffiniertes Wachs 0?. = 65,6°C); 8% mikrokristallines Wachs; 4% Polyäthylen (Molekulargewicht 4500).

Beispiel 3

Zur Bestimmung des Einflusses der beim Auf- 6o bringen von Wachsüberzügen auf Wellpappe angewandten Arbeitstemperaturen wurden zwei Versuchsreihen durchgeführt, wobei erstens die Tauchtemperaturen und zweitens die Abtropftemperaturen unter Beibehaltung sonst identischer Versuchsbedingungen 65 variiert wurden.

Bei den Versuchen wurden folgende Wachsmaterialien verwendet:

a) Sealite 43, ein Wachs auf Paraffinbasis, das mikrokristallines Wachs enthält;

b) Amprol 30, ein Wachs, das praktisch die gleiche Zusammensetzung hat wie Sealite 43;

c) W-6300, eine Wachsmasse auf Paraffinbasis, die mikrokristallines Wachs und das Erdölharz enthält, und

d) W-6400, eine Wachsmasse auf Paraffinbasis, die ein mikrokristallines Wachs und Polyäthylen enthält.

Claims

Aus den Werten der Tabelle ergibt sich ganz ein- Pappe das Abtropfen bei Temperaturen über 115°C deutig, daß die Naßfestigkeit von imprägnierter Pappe und das Imprägnieren selbst bei Temperaturen über stark herabgesetzt wird, wenn beim Imprägnieren der HO0C vorgenommen wird. Tabelle VII Gewachste Wellpappe (Crescent Box Co.) Riffelung »A«, 42/33/42, Flächengewicht: 59,1 kg/100 m2· NaBfestigkeit nach 2 StundenImprägnierbedingungenWacbs-in Wasser von 23° CWachsaufnahmeFlachSäulenMullen-EintauchenAbtropfenquetschtestkompressionTestSekunden0CSekunden0C%kg/cm*kg/cmkg/cm*Sealite 43 ' 711076042,60,482.529.5Sealite 43 71102345,30,622,819,9Sealite 43 Durchschnitt440,552,669,7Sealite 43 '. 1599__2344,50,652,8412,9Sealite 43 Durchschnitt der drei Bedingungen440,582,7210,77"11076046,10,622,639,771102344,50,562,710,1Durchschnitt45,30,592,669,91599-2345,80,622,8811,2Durchschnitt der drei Bedingungen45,50,602,7410,35 Tabelle VIII Wellpappen-Versuchsimprägnierungen Imprägnierungen auf Riffelung »C«, 42-33-42-Platte Imprägnierbedingungen: Eintauchen bei 990C, Abtropfen bei 99 bzw. 135°C (6 Minuten) Wachsverbrauch auf 29,3 kg Wachs je 100 m2 eingestellt Probe Nr. W- Zusammensetzung Naßfestigkeit Eintauchen in Wasser bei 23 °C Flachquetschtest kg/cm1 !Stunde Säulenkompression kg/cm 1 Stunde Mullen-Test kg/cm* 2 Stunden 6300 20 % Mikrokristallin 1600 20% Piccopale 100 (l) Abtropfen bei 99°C Abtropfen (6 Minuten) bei 135 0C 6400 20 % MikrokristaUin 1600, 4 % DYLT (*) Abtropfen bei 99°C . Abtropfen (6 Minuten) bei 135 0C 0) 1,5% Primol D zur raffinierten Wachsmischung zugesetzt. 1,75 1,1 1,40 0,77 3,96 3,0 3,42 2,65 13,9 11,8 10,3 9,7 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Imprägnieren von Pappe, insbesondere Wellpappe, indem man die Pappe in ein Gemisch eintaucht, welches zumindestens 60 Gewichtsprozent aus einem raffinierten kristallinen Paraffinwachs mit einem ölgehalt von nicht über 0,5 Gewichtsprozent und einem Schmelzpunkt zwischen etwa 49 und 82 °C, bis zu 30 Gewichtsprozent aus einem mikrokristallinen Wachs mit einem · Schmelzpunkt oberhalb 71⁰C, bis zu 8 Gewichtsprozent aus einem Polyolefin mit einem mittleren Molekulargewicht im Bereich von 1500 bis 20000 und zu 1 bis 15 Gewichtsprozent aus einem festen Erdölharz oder Polystyrolharz von

einem Erweichungspunkt von mindestens 70° C besteht, dadurch gekennzeichnet, daß man die Tränkungstemperatur im Bereich von 71 bis HO⁰C hält, die getränkte Pappe aus dem Gemisch herausnimmt und sie bei einer Temperatur nicht über 115⁰ C abtropfen läßt.

2. Verfahren zum Imprägnieren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Pappe vor dem Imprägnieren bis auf einen Feuchtigkeitsgehalt von nicht mehr als 2% vorzugsweise bei Temperaturen von 82 bis 104° C trocknet.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 050 052;
USA.-Patentschriften Nr. 2 728 735, 2 758 100.

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