Blasenbildung

In der Welt der Wellpappe-Verpackungen ist die Blasenbildung ein relevantes Phänomen. Es ist ein Prozess, der während der Herstellung von Wellpappe auftritt und die Qualität und Funktionstüchtigkeit des Endprodukts beeinflusst. Typisch sind lokal begrenzte Auswölbungen der Deckschichten, die sowohl die optische Anmutung als auch die Weiterverarbeitung beeinträchtigen können. Je nach Ausprägung treten sie unmittelbar nach der Produktion oder zeitverzögert während Lagerung und Transport auf. Für Produzenten und Weiterverarbeiter ist Blasenbildung eine qualitätsrelevante Abweichung, die Ausschuss, Nacharbeit und Prozessinstabilitäten verursachen kann. Daher spielt die systematische Vermeidung, Überwachung und Dokumentation eine zentrale Rolle in der Qualitätsabsicherung von Verpackungen aus Wellpappe.

Definition: Was versteht man unter Blasenbildung?

Unter Blasenbildung wird ein Zustand verstanden, bei dem auf der Oberfläche des Wellpappeprodukts kleine, luft- oder gasgefüllte Ausbuchtungen, sogenannte Blasen, entstehen. Diese entstehen, wenn während des Produktionsprozesses Luft oder Wasserdampf in die Pappschichten eindringt und dort eingeschlossen wird. Charakteristisch sind kuppelförmige Erhebungen, die punktuell oder streifenförmig auftreten, meist in Maschinen- oder Querrichtung. Je nach Größe, Dichte und Verteilung spricht man von feiner Mikroblasen-Struktur bis hin zu ausgeprägten Makroblasen, die als Unregelmäßigkeiten der Oberfläche deutlich sichtbar sind. Im erweiterten Sinn umfasst das Fehlerbild auch flache Hohlräume und Lufttaschen, die die Ebenheit stören und als „Blister“ oder Beulen wahrgenommen werden.

Ursachen und Prozess der Blasenbildung

Die Hauptursache für die Blasenbildung ist überschüssige Luft oder Dampf, die während des Herstellungsprozesses zwischen den Papierschichten eingeschlossen wird. Diese kann durch unsachgemäße Handhabung des Materials, zu schnelle Produktionsgeschwindigkeiten oder Mängel im Klebeprozess verursacht werden. Der Prozess beginnt mit der Entstehung kleiner Hohlräume in den Papierschichten, die sich mit Luft füllen und zu sichtbaren Blasen an der Oberfläche führen. Der Grad der Blasenbildung kann stark variieren und reicht von vereinzelten, kaum sichtbaren Bläschen bis hin zu massiven Blasen, die die Struktur des Materials sichtbar stören. Häufig wirken mehrere Einflussgrößen gleichzeitig, sodass die Ursachenanalyse eine prozessorientierte Betrachtung erfordert. Einfluss hat zudem das Zusammenspiel aus Leimpenetration, Adhäsion an Welle und Deckschichten, Trocknungsrate sowie dem temperatur- und feuchteabhängigen Dampfdruck innerhalb des Faserverbundes.

Materialeinflüsse

• Feuchtegehalt der Rohpapiere: Zu hohe oder inhomogene Feuchte begünstigt Dampfentwicklung und eingeschlossene Gase.
• Porosität, Oberflächenleimung und Flächengewicht: Geringe Saugfähigkeit oder stark geschlossene Oberflächen erschweren das Entlüften des Leims.
• Recyclinganteil und Faserqualität: Variierende Saug- und Trocknungseigenschaften beeinflussen die Adhäsion zwischen Welle und Deckschicht.
• Beschichtungen und Barrieren (z. B. Dispersionslacke): Können die Diffusion behindern und Einschlüssen Vorschub leisten.
• Temperatur der Papiere und Feuchtegradienten über die Dicke: Große Gradienten fördern lokale Dampfbildung.
• Alterung und Lagerdauer der Rohpapiere: Einfluss auf Saugverhalten, Steifigkeit und Oberflächenchemie.

Maschinen- und Prozessparameter

• Klebstoffrezeptur und Viskosität: Zu dicker oder zu dünner Leimauftrag, falscher Feststoffgehalt oder Temperaturfenster stören die Benetzung.
• Anpressdruck und Kontaktzeit in der Leim- und Pressstrecke: Unzureichender Druck oder zu kurze Verweilzeit verhindert das Auspressen eingeschlossener Luft.
• Temperaturprofil (Vorheizer, Riffelwalze, Heizzone): Unpassende Temperaturen fördern Dampfblasen oder verhindern ausreichende Trocknung.
• Bahnlauf und Bahnspannung: Wellenbildung, Falten oder Bahnflattern erleichtern Hohlraumbildung zwischen den Schichten.
• Produktionsgeschwindigkeit: Zu hohe Geschwindigkeit reduziert Trocknungs- und Entlüftungszeit.
• Leimauftragsprofil und Walzenzustand: Rautiefe, Walzenverschleiß und Kalibrierung beeinflussen Gleichmäßigkeit und Penetration.
• Sensorik und Regelung: Unzureichend geregelte Heizzonen oder fehlerhafte Temperatur- und Feuchtemessung erzeugen instabile Prozessfenster.

Umgebungsbedingungen und Handling

• Klima im Produktions- und Lagerbereich: Schwankende relative Luftfeuchte und Temperaturen verändern das Gleichgewichtsfeuchte-Niveau der Papiere.
• Zwischenlagerung halbfertiger Bahnen: Kondensations- oder Rückfeuchteprozesse können Blasen nachträglich entstehen lassen.
• Kontaminationen: Staub, Faserknoten, Silikon- oder Trennmittelreste wirken als Trennschicht und bilden Keime für Hohlräume.
• Zugluft und lokale Wärmequellen: Unregelmäßige Konditionierung fördert inhomogene Trocknung und Spannungen.

Zeitlicher Verlauf

Blasen können unmittelbar beim Verlassen der Wellpappenanlage sichtbar sein (primäre Blasen) oder erst später auftreten (sekundäre Blasen), etwa nach Klimawechseln oder mechanischer Beanspruchung. Sekundäre Blasen deuten häufig auf unzureichende Trocknung, Materialspannungen oder Feuchteaufnahme während Lagerung hin. Typisch sind latent vorhandene Hohlstellen, die sich durch Transportvibrationen, Druckprozesse oder Temperaturschwankungen zu gut sichtbaren Aufwölbungen entwickeln.

Physikalischer Hintergrund der Hohlraumbildung

Blasenbildung beruht auf einem Zusammenspiel aus Dampfdruck, Diffusionswegen, Kapillarkräften und der mechanischen Steifigkeit des Schichtverbundes. Erwärmt sich feuchtes Papier, steigt der partielle Dampfdruck, und es können Dampfblasen entstehen, wenn der Abtransport durch porenarme Deckschichten oder geschlossene Oberflächen begrenzt ist. Gleichzeitig beeinflussen Viskosität und Gelbildung des Klebstoffs (z. B. Stärkeleim) die Entlüftung und Penetration. Unzureichende Penetration erzeugt Trennschichten, während zu tiefe Penetration die Poren verstopfen und die Diffusion hemmen kann. Die daraus resultierenden Hohlräume wölben die Decklagen auf, sobald der innere Druck die lokale Biegespannung übersteigt.

Effekte und Auswirkungen der Blasenbildung

Obwohl vereinzelt auftretende Blasen in der Regel keinen signifikanten Einfluss auf die Festigkeit oder Stabilität des Materials haben, können sie dennoch zu ästhetischen Mängeln führen. Starke Blasenbildung kann jedoch die Struktur des Materials schwächen und seine Belastbarkeit negativ beeinflussen. Zudem können Blasen Risse in der Oberfläche verursachen, durch die Feuchtigkeit eindringen kann. Das kann wiederum die Funktionalität und Haltbarkeit der Verpackung reduzieren. In der Druck- und Weiterverarbeitung beeinträchtigen Blasen die Planlage, führen zu Passerdifferenzen, ungleichmäßiger Farbannahme, erschweren das Rillen, Stanzen und die Perforation und können zu erhöhten Makulatur- und Rüstaufwänden führen. Auch die Lesbarkeit von Barcodes und die Passgenauigkeit bei Etiketten oder Kaschierungen können nachteilig beeinflusst werden.

Mechanisch äußern sich ausgeprägte Blasen lokal in reduzierter Verbundhaftung, was eine Tendenz zur Delamination begünstigt. Prüfwerte wie ECT oder BCT können bei umfangreicher Blasenbildung sinken; zugleich steigt das Risiko von Kantenquetschungen und Einrissen im Handling. Für kaschierte und bedruckte Oberflächen bedeutet die Unebenheit ein erhöhtes Risiko für Glanzbrüche, Wolkigkeit und ungleichmäßigen Lackstand. In der Logistik wirken sich solche Unebenheiten auf Stapelstabilität, Reibschluss und Flächenpressung aus.

Prüf- und Normbezug

• Mechanische Kennwerte: ECT, BCT und ggf. FCT zur Beurteilung der Trag- und Stapelfähigkeit bei betroffener Ware.
• Oberflächen- und Porositätswerte: Bendtsen/Gurley als Anhaltspunkte für Luftdurchlässigkeit und Diffusion.
• Feuchte- und Wasseraufnahme: Klimaprüfung sowie Cobb-Wert zur Einordnung von Feuchteverhalten und Trocknungsbedarf.
• Klimanormen und Konditionierung: Prüfklima (z. B. 23 °C/50 % r. F.) zur Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit.

Vor- und Nachteile von Blasenbildung

Ein Hauptvorteil der Blasenbildung besteht paradoxerweise in ihrer Vermeidung. Denn wer die Gründe für die Entstehung von Blasen kennt, kann den Herstellungsprozess entsprechend steuern und die Qualität seiner Wellpapp-Produkte sichern. Aus Sicht des Unternehmens sind Blasen auf Wellpappe also unerwünscht, da sie die Produktqualität beeinträchtigen und zu Reklamationen führen können. Nachteile sind eine mögliche Verringerung der Belastbarkeit und eine reduzierte Lebensdauer der Verpackung. Darüber hinaus könnten auftretende Blasen die Druckqualität mindern und die optische Erscheinung von bedruckter Wellpappe negativ beeinflussen.

Als indirekter Nutzen dient die Sichtbarkeit von Blasen als Frühindikator für Prozessabweichungen (z. B. Leimauftrag, Temperaturfenster, Klima), sodass Gegenmaßnahmen zielgerichtet eingeleitet werden können. Eine systematische Ursachenanalyse und Dokumentation reduziert Wiederholfehler. In verbindlichen Qualitätsvereinbarungen lassen sich Grenzmuster und Akzeptanzkriterien festlegen, um eine objektive Bewertung vorzunehmen und einheitliche Prüfniveaus entlang der Prozesskette sicherzustellen.

Erkennung, Prüfung und Dokumentation

• Sichtprüfung unter Streiflicht: Erhöht die Erkennbarkeit feiner Oberflächenunregelmäßigkeiten.
• Taktile Kontrolle und Dickenprofile: Identifiziert lokale Erhebungen und Hohlräume.
• Klebverbundtests (Peel-/Zugversuche): Beurteilt die Adhäsion zwischen Welle und Deckschicht.
• Klimakonditionierung vor Prüfungen: Vermeidet Feuchteartefakte und erhöht Vergleichbarkeit der Messergebnisse.
• Prozessdatenerfassung (Temperatur, Leimviskosität, Bahngeschwindigkeit): Erleichtert Korrelationen zwischen Parametern und Fehlerbild.
• Inline-Inspektion und Thermografie: Frühzeitige Erkennung von Hotspots, Benetzungsstörungen und Entlüftungsdefiziten.
• Feuchte- und Temperatur-Logging: Kontinuierliche Aufzeichnung zur Rückverfolgung und Ursachenanalyse.

Diagnose und Ursachenabstellung

Systematische Fehlersuche

• Strukturierte Methoden: Ishikawa-Diagramm, 5-Why und Fehlerbaum zur Priorisierung wahrscheinlicher Einflussgrößen.
• Versuchsplanung: DoE mit systematischer Variation von Leimparametern, Heizzonen und Geschwindigkeit.
• Stellhebel-Matrix: Abgleich von Material-, Maschinen- und Klimaparametern mit dem beobachteten Fehlerbild.
• Muster- und Grenzmuster-Archiv: Vergleich und Klassifikation von Ausprägungen zur schnellen Zuordnung.

Prävention und Abhilfe in der Praxis

• Klebstoffmanagement: Rezeptur, Feststoffgehalt, Viskosität und Temperatur an Papierqualität und Geschwindigkeit anpassen; gleichmäßiger Leimfilm.
• Temperatur- und Druckführung: Ausreichende Vorheizer-Wickelwinkel, konstante Riffelwalzen- und Heizzonentemperaturen; angepasster Pressdruck und Verweilzeit.
• Bahnlaufoptimierung: Korrekte Bahnspannung, Falzen vermeiden, Walzenzustand und Planlauf regelmäßig prüfen.
• Klimaführung: Konstante Temperatur und relative Luftfeuchte in Produktion und Lagerung; Rohpapiere akklimatisieren.
• Sauberkeit und Wartung: Ablagerungen, Staub und Trennmittel konsequent entfernen; Walzen und Leimauftragsaggregate instand halten.
• Geschwindigkeitsmanagement: Bei kritischen Aufbauten Geschwindigkeit reduzieren, um Entlüftung und Trocknung zu sichern.
• Wareneingangs- und Freigabeprüfung: Materialschwankungen früh erkennen; Musterfreigaben und Grenzmuster nutzen.
• SPC und Prozessfähigkeitskennwerte: Laufende Überwachung relevanter Kenngrößen zur Stabilisierung der Prozessfenster.
• Rüst- und Freigaberoutinen: Freigabestücke unter definiertem Klima und Licht prüfen, bevor die Serie startet.

Abgrenzung zu ähnlichen Fehlerbildern

• Delamination: Flächiges Ablösen ohne kuppelförmige Erhebung; oft mit deutlich reduzierter Verbundhaftung.
• Schüsselung/Planlagefehler: Großflächige Verzüge ohne lokale Hohlraumstruktur.
• Faltenbildung: Linienförmige Erhebungen durch Bahnlaufstörungen, keine punktuellen Blasen.
• Oberflächenpicking im Druck: Abreißen von Faserpartikeln, sichtbar im Druckbild, jedoch ohne Hohlraumbildung in der Struktur.
• Druck- oder Kaschierblasen: Luft- und Klebstoffeinschlüsse bei Laminierung oder Lackierung, meist schichtnah an der Oberfläche.

Beispiele typischer Erscheinungsformen

• Streifenförmige Blasenreihen in Maschinenrichtung infolge ungleichmäßiger Leimbenetzung.
• Punktuelle, verstreute Makroblasen nach Klimawechsel durch Rückfeuchteaufnahme im Lager.
• Blasen entlang der Rilllinien, verursacht durch lokale Spannungen bei der Weiterverarbeitung.
• Flächige Blasenfelder unter kaschierten Decklagen nach zu schneller Produktion mit unzureichender Trocknung.
• Lokale Blasen in mehrlagigen Schwerwellpappen bei inhomogener Erwärmung und hoher Flächenmasse.

Risikobewertung und Grenzwerte

Die Bewertung erfolgt häufig anhand von Grenzmustern, visuellen Klassen und funktionsbezogenen Kriterien (z. B. Einfluss auf Druckbild, Planlage oder Festigkeit). Akzeptanzniveaus können über Stichprobenpläne und AQL-Modelle festgelegt werden. Für kritische Anwendungen empfiehlt sich eine risikoorientierte Festlegung von Prüfumfang und Prüfintervallen sowie die eindeutige Dokumentation im Prüfplan.

Zusammenfassung:

• Die Blasenbildung bezeichnet das Auftreten von unerwünschten Luftblasen oder Hohlräumen in einer Materialschicht, etwa in Verpackungen aus Wellpappe.
• Unter Umständen kann die Blasenbildung Auswirkungen auf die Stabilität und Sicherheit der Verpackungen haben, insbesondere wenn empfindliche Produkte verpackt werden.
• Beim Verpackungsdesign sollte daher auf Vermeidungsstrategien gesetzt werden, um die Bildung von Blasen zu unterbinden und eine gleichbleibend hohe Qualität der Verpackungen zu sichern.
• Hauptursachen sind ungeeignete Klebstoffparameter, unpassende Temperatur- und Druckführung, fehlerhafter Bahnlauf sowie Klimaeinflüsse in Produktion und Lagerung.
• Wirksame Prävention umfasst Klebstoff- und Klimamanagement, stabile Prozessfenster, saubere Aggregate sowie eine konsequente Qualitäts- und Prozessdatenerfassung.
• Die eindeutige Abgrenzung zu Delamination, Faltenbildung und Planlagefehlern unterstützt eine zielgerichtete Fehlersuche und nachhaltige Korrekturmaßnahmen.
• Mess- und Prüfkonzepte mit Klimakonditionierung, mechanischen Kennwerten und visueller Inspektion erhöhen die Vergleichbarkeit und beschleunigen die Ursachenanalyse.
• Grenzmuster, AQL-basierte Stichproben und dokumentierte Prüfroutinen schaffen Klarheit über Akzeptanzkriterien und minimieren Wiederholfehler.