Verpackungen aus Wellpappe Einfluß der Bedruckung auf Wasserabsorption und Festigkeitseigenschaften

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1 Verpackungen aus Wellpappe Einfluß der Bedruckung auf Wasserabsorption und Festigkeitseigenschaften BAM ERFA-Sitzung Berlin,. September 1 Julian Pachniewski Verband der Wellpappen-Industrie e.v. (VDW), Darmstadt

2 Inhalt Gesetzlicher Hintergrund, Prüfvorschriften Physik der Flüssigkeitspenetration in Papier VDW Untersuchung "Wasserabsorption und Steifigkeit der Wellpappeschachteln" Seite

3 Gesetzlicher Hintergrund, Prüfvorschriften ADR / RID schreiben für Kisten aus Pappe (G) jeweils unter Punkt vor: "Die Wasserbeständigkeit der Außenfläche muß so sein, daß die Ehöh Erhöhung der Masse während dder 3Minuten dauernden d Prüfung Püf auf Wasseraufnahme nach der Cobb-Methode nicht mehr als 155 g/m² ergibt (nach ISO-Norm 535:1991)." Seite 3

4 Gesetzlicher Hintergrund, Prüfvorschriften Bei der Cobb-Methode wird eine totale einseitige Wasserabsorption von Papier- oder Pappeoberfläche bestimmt und in Gramm Wasser pro Quadratmeter Papierbzw. Pappeoberfläche (g/m²) ausgedruckt. Die Absorption erfolgt sowohl durch Kapillarkräfte in den Blattporen als auch infolge der Faserquellung. Laut ISO 535 muss die Prüfung an unbeschädigten Stellen des Materials durchgeführt werden. Seite

5 Gesetzlicher Hintergrund, Prüfvorschriften ISO 535:1 Paper and Board - Determination of water absorptiveness - Cobb method DIN EN ISO 535 (1) Papier und Pappe. Bestimmung des Wasserabsorptionsvermögens. Cobb-Verfahren. FEFCO Prüfmethode Nr. 7 (1997) Bestimmung der Wasseraufnahme von Wellpappe (Cobb-Test) Tappi T 1 om-13 Water absorptiveness of sized (non-bibolous) paper, paperboard and corrugated fiberboard (Cobb test) Seite 5

6 Gesetzlicher Hintergrund, Prüfvorschriften Bezeichnung Einheit ISO 535 DIN EN ISO 535 FEFCO Prüfmethode Nr. 7 Tappi T 1 Prüfzeiten s 3,, 1, 3, (bevorzugt), frei wählbar Probenahme Probenvorbehandlung - - ISO 17, EN 17 3 C / 5 % rel. LF FEFCO Prüfmethode Nr. 1 3 C / 5 % rel. LF Tappi T 3 C / 5 % rel. LF Prüfflüssigkeit - deionisiertes Wasser, 3 C deionisiertes Wasser, 3 C deionisiertes Wasser Löschpapier g/m² Saughöhe n. Klemm: 5-1 mm Prüffläche cm² Menge der Prüfflüssigkeit Höhe der Wassersäule ml mm Metallrolle - Länge mm - Durchmesser - Masse mm kg 9 1,5 9 1,5 9 1,5 Seite

7 Gesetzlicher Hintergrund, Prüfvorschriften Beispiel eines Cobb-Prüfgerätes Seite 7

8 Gesetzlicher Hintergrund, Prüfvorschriften Einflussfaktoren bei der Durchführung der Cobb-Prüfung: - Probenahme, Zustand der Probestücke - Probenvorbehandlung (tisierung) - Prüfwasserqualität, Löschpapierqualität - Einhaltung der in der Norm vorgegebenen Zeiten (Prüfzeit, Entfernung des Wasserüberschüsses, Ablöschen) - Wiegen vor und nach der Wässerung Seite

9 Physik der Flüssigkeitsabsorption in Papier Absorption von Flüssigkeiten durch Papieroberfläche: q = q p + q f q q p q f - gesamte Durchflußmenge (Volumen pro Zeiteinheit) - Porensorption (Kapillarsorption) - Fasersorption (Faserquellung) Kapillarsorption: q p = ( r P) / ( L) r - Radius der Kapillare L - Länge der Kapillare - Viskosität der Flüssigkeit P - externer Druck Seite 9

10 Physik der Flüssigkeitsabsorption in Papier Bei Papieren hat Absorption durch Faserquellung (Term qf) eine wesentliche Bedeutung. Heutige Wellpappenrohpapiere werden bei neutraler Fahrweise hergestellt Basische Umgebung führt zur Faserquellung somit erhöht sich das Flüssigkeitsaufnahmevermögen der Papierfaser Wasserbasierende Flexodruckfarben haben einen ph-wert von ph bis ph 9 und mehr - somit verursachen die mit diesen Farben en Stellen eine höhere Flüssigkeitsabsorption. Seite 1

11 Fragestellung: g kann die erhöhte Flüssigkeitsabsorption an den en Flächen die Steifigkeit der Wellpappeschachtel bei einer erhöhten Feuchtigkeit der Umgebung signifikant beeinflussen? Festigkeitseigenschaften (Steifigkeit) haben eine zentrale Bedeutung bei einer Verpackung aus Wellpappe. Von der Größe der Wasserabsorption (z.b. Cobb-Wert) kann jedoch die Steifigkeit der Schachtel nicht direkt abgeleitet werden. Seite 11 Eine typische G-Verpackung hat im Durchschnitt weniger als 5 % er Flächen, der Anteil kann aber höher sein

12 Untersuchungszeitraum: 13 bis 15 G-Verpackungen aus der Produktion verschiedener VDW- Mitgliedswerke Prüfmuster (Schachteln) jeweils mit und ohne Bedruckung. Prüfung der Festigkeitseigenschaften sowie der Wasserabsorption nach Cobb an en und en Schachteln (einschließlich e Stellen). Seite 1

13 BCT-Prüfung an en und en Schachteln - bei Standardklima 3 C und 5 % rel. LF (3/5) ca. 1,5 g H O/m³ Luft - bei feuchten ta C und 5 rel. LF (/5) ca. 11,5 g H O/m³ Luft 3 C und 7 % rel. LF (3/7) ca. 15, g H O/m³ Luft. Prüfung von Berstfestigkeit, Durchstoßarbeit und Kantenstauchwiderstand unten den drei og. ta jeweils an en und en Schachteln Seite 13

14 Struktur der Bedruckung von G-Verpackungen Mitgliedsunternehmen Nr. 1 (Mittelstand) Nr. (Mittelstand) Nr. 3 (Mittelstand) Nr. (Konzern, nur deutsche Werke) Nr. 5 (Mittelstand) Bedruckung von G-Verpackungen % braun mit wenig Druck 35 % braun/weiß mit höherem Druckanteil 5 % vollflächig 97 % braun mit wenig Druck 3 % braun/weiß mit höherem Druckanteil % vollflächig 99 % braun mit wenig Druck 1 % braun/weiß mit höherem Druckanteil % vollflächig 5 % braun mit wenig Druck 3 % braun/weiß mit höherem Druckanteil % vollflächig 9 % braun mit wenig Druck % braun/weiß mit höherem Druckanteil % vollflächig Seite 1

15 Untersuchte Muster: G-Verpackungen mit BAM-Zulassung Muster Wellpappe Anteil der en Flächen an den tragenden Wänden ca. % WP 1 zweiwellig, Decke gebl., BC-Welle, WP zweiwellig, BC-Welle, WP 3 einwellig, C-Welle 3, WP einwellig, B-Welle 3, WP 5 zweiwellig, Decke weißgedeckt, BC-Welle 5, WP zweiwellig, Decke gebl., BC-Welle 1, WP 7 zweiwellig, ellig Decke weißgedeckt., BC-Welle 1, WP einwellig, B-Welle 5, WP 9 einwellig, B-Welle 3, WP 1 zweiwellig, Decke gebl., BC-Welle 9, WP 11 einwellig, B-Welle, WP 1 zweiwellig, BC-Welle 5, WP 13 einwellig, Decke weißgedeckt, C-Welle 3, Seite 15

16 Untersuchte Muster: Zusammensetzung Muster Außendecke Welle Zwischenlage Welle Innendecke Sorte Fl. Masse Sorte/Profil Fl. Masse Sorte Fl. Masse Sorte/Profil Fl. Masse Sorte Fl. Masse g/m² g/m² g/m² g/m² g/m² WP 1 KL, gebl. 137 WS/B 1 TL 19 WS/C 151 KL 17 WP KL WS/B 19 TL 17 WS/C 151 KL WP 3 KL 17 WS/C 19 TL 17 WP KL 7 WS/B 13 KL 7 WP 5 KL, weißg. 5 WS/B 115 WS 1 WS/C 113 KL 173 WP KL, gebl. 139 WS/B 19 TL 133 WS/C 15 KL 191 WP 7 KL, weißg. 139 WS/B 115 WS 115 WS/C 11 TL 1 WP KL 1 WS/B 1 KL WP 9 KL 1 WS/B 17 KL 3 WP 1 KL, gebl. 1 WS/B 1 WS 15 WS/C 1 TL 17 WP 11 KL 15 WS/B 15 TL 175 WP 1 KL 17 WS/B 9 KL 115 WS/C 19 KL 175 WP 13 Kl, weißg. 13 WS/C 13 TL 13 LEGENDE KL - Kraftliner TL - Testliner KL, gebl. - Kraftliner gebleicht WS - Wellenstoff KL, weißg. Seite 1 - Kraftliner weißgedeckt

17 Festigkeitseigenschaften: Berstfestigkeit Muster Berstfestigkeit, kpa (Mullen Pappe, EN ISO 759) 3 C/5 % rel. LF C/5 % rel. LF 3 C/7 % rel. LF WP WP WP *) WP WP WP WP WP WP WP WP *) WP *) *) Seite 17 WP *) - keine Prüfung möglich wg. Prüfmaterialmangel

18 Berstfestigkeit Berstfestigkeit (WP 1) Berstfestigkeit (WP ) Berstfestigkeit, kpa a un Berstfestigkeit, kpa un Berstfestigkeit (WP 3) Berstfestigkeit (WP ) it, kpa Berstfestigkei un it, kpa Berstfestigkei un Seite 1

19 Berstfestigkeit Berstfestigkeit (WP 5) Berstfestigkeit (WP ) 5 Berstfestigkeit, B kpa un Berstfestigkeit, kpa un Berstfestigkeit (WP 7) Berstfestigkeit (WP ) 3 t, kpa Berstfestigkeit un t, kpa Berstfestigkeit un Seite 19

20 Berstfestigkeit Berstfestigkeit (WP 9) Berstfestigkeit (WP 1) erstfestigkeit, kpa B un erstfestigkeit, kpa B un Berstfestigkeit (WP 11) Berstfestigkeit (WP 1) 1 1 t, kpa Berstfestigkeit 1 1 un t, kpa Berstfestigkeit 1 1 un Seite

21 Berstfestigkeit Berstfestigkeit (WP 13) 5 Be erstfestigkeit, kpa un Seite 1

22 Festigkeitseigenschaften: Durchstoßarbeit Muster Durchstoßarbeit, kpa (Pendel, DIN 531 Teil 1) 3 C/5 % rel. LF C/5 % rel. LF 3 C/7 % rel. LF WP 1 11, 1, 1,9 1,5 1,97 1, WP 13,11 13,9 13,3131 1,3 *) 1,71 WP 3,1,11 3,9 *),13 *) WP,57,9 7, 7,1 7,53 7,35 WP 5 9, 9,5 9,1 9, 9, 9,55 WP 11,3 11, 11,35 1,7 11,1 1, WP 7,9 7,71 7,75, 7, 7, WP,73,7,,,9, WP 9,,1, 7,9,5,7 WP 1 1,5 1,35 1,73 1,3 1,7 1,33 WP 11,7,5, *),75, WP 1,3,9,1,3 *) *) Seite WP 13 9,55 9,13 *) - keine Prüfung möglich wg. Prüfmaterialmangel,9,3 9,71 9,39

23 Durchstoßarbeit Durchstoßarbeit (WP 1) Durchstoßarbeit (WP ) Durchstoßarbeit, D J un Durchstoßarbeit, J un Durchstoßarbeit (WP 3) Durchstoßarbeit (WP ) Durchstoßarb beit, J un Durchstoßarb beit, J un Seite 3

24 Durchstoßarbeit Durchstoßarbeit (WP 5) Durchstoßarbeit (WP ) Durchstoßarbeit, J 1 1 un Durchstoßarbeit, J un Durchstoßarbeit (WP 7) Durchstoßarbeit (WP ) Durchstoßarb beit, J un Durchstoßarb beit, J 1 1 un Seite

25 Durchstoßarbeit Durchstoßarbeit (WP 9) Durchstoßarbeit (WP 1) 1 1 Durchstoßarbeit, J 1 un Durchstoßarbeit, J 1 1 un Durchstoßarbeit (WP 11) Durchstoßarbeit (WP 1) Durchstoßarb beit, J un eit, J Durchstoßarb un Seite 5

26 Durchstoßarbeit Durchstoßarbeit (WP 13) 1 Durchstoßarbeit, J 1 un Seite

27 Festigkeitseigenschaften: Kantenstauchwiderstand Muster Kantenstauchwiderstand, kn/m (DIN EN ISO 337) 3 C/5 % rel. LF C/5 % rel. LF 3 C/7 % rel. LF WP 1 1, 1, 1,57 1,31 9,99 9,37 WP 13,79 11,5 11,7 13, 1,3 11, WP 3 5,7 5, 5,55 *) 5, 5,1 WP 9,1 9,3 7,9 7, 7,97 7,7 WP 5 1,97 11,1 9,1 9, 9,3 9, WP 1,55 11,9 9,9 1,1 9,5 9,9 WP 7 9,53,1 7,5 9,, 7, WP 11,17 11, 9,19 9,5,7, WP 9 1, 1,5, 9,,1,5 WP 1 11,5 11, 1,1 1, 9,7 9,3 WP 11, 7,9 5,71 5,3 5,3 5, WP 1,5 5,3,79,7 *) *) Seite 7 WP 13 1,57 11,1 *) - keine Prüfung möglich wg. Prüfmaterialmangel 9,9 9,3,,5

28 Kantenstauchwiderstand Kantenstauchwiderstand (WP 1) Kantenstauchwiderstand (WP ) ECT, kn/m un ECT, kn/m un Kantenstauchwiderstand (WP 3) Kantenstauchwiderstand (WP ) ECT, kn/m un ECT, kn/m 1 1 un Seite

29 Kantenstauchwiderstand Kantenstauchwiderstand (WP 5) Kantenstauchwiderstand (WP ) 1 1 ECT, kn/m 1 un ECT, kn/m 1 1 un Kantenstauchwiderstand (WP 7) Kantenstauchwiderstand (WP ) 1 1 ECT, kn/m 1 un ECT, kn/m 1 1 un Seite 9

30 Kantenstauchwiderstand Kantenstauchwiderstand (WP 9) Kantenstauchwiderstand (WP 1) 1 1 ECT, kn/m 1 un ECT, kn/m 1 1 un Kantenstauchwiderstand (WP 11) Kantenstauchwiderstand (WP 1) ECT, kn/m m un ECT, kn/m un Seite 3

31 Kantenstauchwiderstand Kantenstauchwiderstand (WP 13) ECT, kn/m un Seite 31

32 Wasserabsorption nach Cobb 1 Muster Wasserabsorption nach Cobb 1, g/m² (ISO 535) e e e Schachtel Schachtel Schachtel - Druck WP WP WP WP WP WP WP WP WP WP WP WP WP Seite 3

33 Wasserabsorption nach Cobb 1 Wasserabsorption (Cobb 1) Co obb 1, g/m m² un - Druck WP 1 WP WP 3 WP WP 5 WP WP 7 WP WP 9 WP 1 WP 11 WP 1 WP 13 Untersuchungsmuster Seite 33

34 Stapelstauchwiderstand (BCT) Muster Stapelstauchwiderstand, kn (BCT, DIN 55) 3 C/5 % rel. LF C/5 % rel. LF 3 C/7 % rel. LF WP 1 3,73 3,7 3,5 3,5 3,37 3,19 WP 3,1 3,,,5,3,3 WP 3,3,33 1,3 1, 1,71 1,7 WP 3, 3,,9 3, 3,35 3,9 WP 5 3, 3,5 3,3 3,33 3,1 3,17 WP 5,1 5,,3, 3, 3, WP 7 3,7 3,79 3,1 3,7 3, 3,53 WP 3,7 3, 3,7 3, 3,55 3, WP 9 3,7 3, 3,1 3,79 3, 3,3 WP 1 5,9 5,73,99,7,,5 WP 11,11,9 1, 1, 1,75 1,79 WP 1 3,,9,7,75,7, Seite 3 WP 13 5,,1,9 5,13,95 5,

35 Stapelstauchwiderstand (BCT) BCT (WP 1) BCT (WP ) BCT, kn,5, 3,5 3,,5, 1,5 1, 5,5, un BCT, kn, 3,5 3,,5, 1,5 1, 5,5, un BCT (WP 3) BCT (WP ) BCT, kn 3,,5, 1,5 1,,5, un BCT, kn 3,5 3,5 1,5 1,5 un Seite 35

36 Stapelstauchwiderstand (BCT) BCT (WP 5) BCT (WP ) BCT, kn, 35 3,5 3,,5, 1,5 1, 5,5, un BCT, kn un BCT (WP 7) BCT (WP ) BCT, kn,5 3,5 3,5 1,5 1,5 un BCT, kn,5 3,5 3,5 1,5 1,5 un Seite 3

37 Stapelstauchwiderstand (BCT) BCT (WP 9) BCT (WP 1) BCT, kn,5 3,5 3,5 1,5 1 5,5 un BCT, kn un BCT (WP 11) BCT (WP 1) BCT, kn,5 1,5 1,5 un BCT, kn 3,5 3,5 1,5 1,5 un Seite 37

38 Stapelstauchwiderstand (BCT) BCT (WP 13) BCT, kn un Seite 3

39 Die im Flexodruckverfahren en Flächen weisen erwartungsgemäß eine erhöhte Wasserabsorption auf. Eine erhöhte Luftfeuchtigkeit führt bei allen Mustern zur Abnahme der BCT-Werte in einer aus der Fachliteratur bekannten Größenordnung. Eine geringfügige Abnahme der BCT-Werte der en Verpackungen resultiert aus der Stauchung der Welle im Druckprozeß. Seite 39

40 Eine erhöhte Abnahme des BCT infolge einer höheren Wasserabsorption an den en Stellen ist nicht erkennbar die BCT-Unterschiede zwischen den en und en Verpackungen liegen in den Schwankungsbreiten der Materialschwankung und der Prüfmethode. Gleiche Erkenntnis betrifft auch die weiteren untersuchten Festigkeitseigenschaften der Wellpappe: Berstfestigkeit, Durchstoßarbeit und Kantenstauchwiderstand Seite

41 Kontaktdaten Julian Pachniewski Verband der Wellpappen-Industrie e.v. (VDW) Hilpertstraße 95 Darmstadt Tel Fax i d Vielen Dank! Seite 1