Chemikalienresistenz

Chemikalienresistenz tritt nicht nur in der Biologie auf, sondern spielt auch eine wichtige Rolle in der Industrie, insbesondere bei der Herstellung von Verpackungen wie der Wellpappe. Für die Wellstar-Packaging GmbH stellt die Chemikalienresistenz einen zentralen Aspekt bei der Produktion von Wellpappe dar. Sie beeinflusst die Eignung von Faserstoffen, Klebstoffsystemen, Beschichtungen und Druckfarben, bestimmt die Haltbarkeit im Kontakt mit Reinigern, Ölen oder Lösemitteln und wirkt sich direkt auf Stabilitätswerte sowie die optische Anmutung aus. Eine belastbare chemische Beständigkeit reduziert Qualitätsrisiken entlang der Herstellung, Weiterverarbeitung, Lagerung und des Transports. Zusätzlich unterstützt eine planvolle Auslegung die Prozessstabilität in Konfektionierung und Kommissionierung, minimiert Reklamationsrisiken und erleichtert die Einhaltung von Spezifikationen über den gesamten Lebenszyklus einer Verpackung.

Definition: Was versteht man unter der Resistenz gegen Chemikalien?

Chemikalienresistenz ist die Fähigkeit eines Materials, unter dem Einfluss verschiedener Chemikalien seine Eigenschaften zu behalten. Dazu gehören physische, mechanische und optische Eigenschaften. Diese Resistenz wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, darunter die chemische Zusammensetzung des Materials, die Temperatur und die Einwirkungszeit der Chemikalien. Ergänzend wirken Konzentration und pH-Wert, Aggregatzustand (flüssig, gasförmig, Aerosol), Feuchtegehalt, mechanische Belastung während der Einwirkung sowie die Porosität und Oberflächenenergie des Materials. Für faserbasierte Substrate wie Wellpappe sind außerdem Diffusions- und Quellprozesse in der Zellulose, die Barrierewirkung von Leimungen und Beschichtungen sowie der Verbundaufbau zwischen Welle, Deckenpapier und Klebstoff maßgeblich.

• Art der Chemikalie: wässrige Lösungen, Säuren/Basen, Alkohole, Ketone, Ester, Öle/Fette, Salzlösungen, Desinfektionsmittel.
• Expositionsparameter: Kontaktart (Tropfen, Sprühnebel, Wisch), Kontaktzeit, Temperatur, Wiederholungszyklen.
• Materialeinfluss: Faserqualität, Leimung/Imprägnierung, Klebstofftyp, Beschichtungsdicke, Druck-/Lackaufbau.
• Umgebungsbedingungen: Klima (Temperatur/rel. Feuchte), Luftbewegung, Staubbelastung, UV-/Licht-Exposition.
• Prozesszustand: Reifegrad der Aushärtung von Lack/Leim, Trocknungsprofil, Restfeuchte im Substrat.

Chemikalienresistenz in Wellpappen

Bei der Herstellung von Wellpappen ist die Resistenz gegen Chemikalien von großer Bedeutung. Diese kann erreicht werden durch verschiedene Maßnahmen wie die Auswahl geeigneter Rohmaterialien, das Beschichten der Wellpappe mit speziellen Substanzen oder die Behandlung mit verschiedenen Verfahren. Dabei ist zu beachten, dass die verwendeten Chemikalien keine negativen Auswirkungen auf die Lebensdauer und Qualität der Produkte haben dürfen. In der Praxis kommen wasserabweisende Leimungen, Barrierebeschichtungen (z. B. polymer- oder dispersionsbasiert), wachs- oder harzmodifizierte Systeme sowie migrationsarme Druck- und Lackschichten zum Einsatz. Ebenso relevant sind nassfeste Ausrüstungen, optimierte Klebstoffrezepturen und eine prozessgerechte Trocknung, um Penetration und Faserquellung zu begrenzen. Ergänzend helfen geeignete Maschinenparameter (Leimauftrag, Trocknerführung, Andruck) und qualifizierte Wareneingangsprüfungen, die Beständigkeit reproduzierbar zu erreichen.

• Rohpapiere: hochfeste Deckenpapiere, geeignete Testliner, angepasste Leimungen zur Reduktion der Flüssigkeitsaufnahme.
• Klebstoffe: modifizierte Stärkeleime oder Hybridformulierungen mit verbesserter Feuchte- und Chemikalienbeständigkeit.
• Beschichtungen/Imprägnierungen: wasserbasierte Dispersionsbarrieren, biobasierte Systeme oder wachsartige Ausrüstungen für temporäre Beständigkeit.
• Druck/Lack: beständige Farbsysteme und Schutzlacke zur Sicherung von Farbton, Glanz und Abriebfestigkeit bei Kontakt mit Reinigern oder Lösemitteln.
• Konstruktion: Kantenversiegelung, Innenbeutel oder Inlays zur Trennung zwischen Inhalt und Außenlage.
• Prozessführung: definierte Trocknung, ausreichende Aushärtung, kontrollierte Abkühl- und Lagerzeiten vor Weiterverarbeitung.

Barrieren und Substratkompatibilität

Die Auswahl einer Barriere muss stets mit dem Substrat und der vorgesehenen Anwendung harmonieren. Starre, dicke Schichten können die Rillbarkeit verschlechtern, während zu weiche Systeme die Blockneigung erhöhen. Ein balancierter Schichtaufbau ermöglicht gute Wisch- und Tropfbeständigkeit, ohne die Weiterverarbeitung (Rillen, Stanzen, Kleben) zu beeinträchtigen.

Lebensmittel- und Pharmabezug

Bei Anwendungen mit sensiblen Gütern sind migrationsarme Rezepturen, eine saubere Produktion und eine verlässliche Dokumentation essenziell. Prüfungen unter praxisnahen Klimen und mit typischen Medien des Einsatzumfelds schaffen belastbare Datengrundlagen für Spezifikationen.

Prüfmethoden und Bewertung

Die Beurteilung der chemischen Beständigkeit erfolgt praxisnah über standardisierte oder kundenspezifische Prüfungen. Ziel ist, Veränderungen in Oberfläche, Mechanik und Funktion nach definierter Exposition zu messen und mit den Einsatzbedingungen abzugleichen. Wichtig ist eine klare Festlegung der Versuchsparameter (Medium, Konzentration, Temperatur, Zeit, Applikationsmodus) sowie reproduzierbare Bewertungsmaßstäbe.

• Kontakt-/Wischtests: definierte Chemikalie, festgelegte Anzahl an Wischzyklen, Bewertung von Farbänderung, Aufquellen, Schmieren und Haftverlust.
• Tropf- oder Tauchtests: Beobachtung von Verfärbung, Delamination, Aufweichen oder Kantenaufbruch nach fixierter Kontaktzeit und Temperatur.
• Flüssigkeitsaufnahme: Bestimmung der Wasser- bzw. Flüssigkeitsaufnahme über gängige Verfahren, ergänzt um Sicht- und Gewichtsprüfungen.
• Mechanik vor/nach Exposition: Vergleich von ECT/BCT, Durchstoß- und Berstwerten zur Ermittlung der verbleibenden Tragfähigkeit.
• Alterung: beschleunigte Klimabelastung (Temperatur/Feuchte) mit anschließender Chemikalienexposition zur Simulation realer Nutzungsszenarien.
• Adhäsionstests: Beurteilung der Haftung von Lack- und Beschichtungsschichten vor und nach Kontakt mit Medien.

Relevante Normen und Kennwerte

Für faserbasierte Verpackungen haben sich u. a. folgende Prüfstandards etabliert: Cobb-Aufnahme (ISO 535) zur Wasseraufnahme, ECT (ISO 3037) für die Kantenstauchfestigkeit, BCT (ISO 12048) für die Stapelfähigkeit, Berstfestigkeit (ISO 2759) sowie Durchstoßwiderstand (ISO 3036). In Kombination mit definierten Chemikalienexpositionen erlauben diese Kennwerte die Bewertung der verbleibenden Leistungsfähigkeit.

Bewertungskriterien und Dokumentation

Neben objektiven Kennzahlen sind visuelle Kriterien (Glanz, Farbton, Flecken, Risse) und funktionale Aspekte (Bedruckbarkeit, Verklebung, Reibwert) zu dokumentieren. Eine aussagekräftige Auswertung enthält Grenzwerte, Toleranzen, Foto- oder Spektralnachweise und klare Freigabekriterien für die Serie.

Einfluss von Chemikalien auf Wellpappverpackungen

Die Interaktion von Wellpappverpackungen mit Chemikalien kann zu verschiedenen Veränderungen führen. Beispielsweise kann die Resistenz gegen Chemikalien dazu dienen, Farbvorgaben der Kunden zu erfüllen und gleichzeitig die mechanische Festigkeit der Produkte aufrechtzuerhalten. Sowohl während des Druckprozesses als auch während der Lagerung und des Transports können verschiedene Chemikalien auf die Wellpappe einwirken. Daher ist es wichtig, dass diese unbeeinflusst von den Chemikalien bleibt. Ohne ausreichende Beständigkeit können Faserquellung, Verblockung, Glanzverlust, Delamination in der Welle/Decklage, Klebstoffversagen sowie sinkende Kanten- und Stapelfestigkeiten auftreten. Lösemittel können Druckschichten anlösen, während Basen/Säuren die Papierleimung beeinträchtigen; Öle/Fette fördern Schmier- und Haftprobleme. Wechselwirkungen mit Feuchte und Temperatur beschleunigen diese Effekte häufig, weshalb die Betrachtung von realistischen Klimaprofilen entscheidend ist.

• Oberflächenwirkung: Aufweichen, Wegschwemmen von Pigmenten, Benetzungsänderung, Reduktion der Reibung.
• Strukturwirkung: Verlust der Verklebung an Wellenkämmen, verringerte Rückfederung, Kraftabfall in ECT/BCT.
• Optische Wirkung: Farbverschiebung, Fleckenbildung, Mattierung oder Glanzunterschiede.
• Funktionale Wirkung: Beeinträchtigte Bedruckbarkeit, reduzierte Abriebfestigkeit, veränderte Gleitreibwerte.

Praxisbeispiele

Typische Kontakte entstehen durch Reinigungs- und Desinfektionsmittel in Logistikbereichen, durch Öle und Fette in technischen Lieferketten, durch alkohol- oder ketonhaltige Substanzen beim Druck/Weiterverarbeitung sowie durch salzhaltige Lösungen im Winterbetrieb. Geeignete Materialwahl und Ausrüstung minimieren diese Effekte und stabilisieren die geforderten Eigenschaften über den vorgesehenen Lebenszyklus. In der Praxis bewährt sich eine Kombination aus Kantenversiegelung und wischbeständigem Lack bei wiederholter Flächenreinigung; bei Kontakt mit Ölen oder Fetten unterstützen innenliegende Barriere-Inlays oder Beutel den Schutz der Wellpappe.

Konstruktive Gestaltung und Anwendungshinweise

• Kontakt vermeiden: Trennlagen, Innenbeutel oder Sekundärverpackungen reduzieren direkten Chemikalieneintrag.
• Kanten schützen: Versiegelung und reduzierte Schnittoffenheit begrenzen Kapillaraufnahme an Schnittstellen.
• Oberflächendesign: Glatte, geschlossene Oberflächen mit geeigneten Lacken erleichtern Reinigung und erhöhen Wischbeständigkeit.
• Bauteilfeatures prüfen: Einfluss der Perforation auf Flüssigkeitsbarrieren beachten, da Öffnungshilfen den Medienzutritt begünstigen können.
• Validierung: Prüfungen mit repräsentativen Medien, Temperaturen und Kontaktzeiten bereits im Entwicklungsstadium durchführen; Grenzfälle mit Sicherheitsreserven auslegen.
• Kennzeichnung und Handling: Eindeutige Hinweise zu Reinigern, maximaler Kontaktzeit und Temperatur erleichtern den sicheren Einsatz.
• Prozessintegration: Geeignete Rillgeometrien und Klebeflächen einplanen, damit Barrieren und Klebungen unter Chemikalieneinfluss funktionsfähig bleiben.

Vor- und Nachteile der Resistenz gegen Chemikalien

Chemikalienresistente Wellpappen bieten vor allem den Vorteil, dass sie widerstandsfähiger gegen Verschmutzungen und Kontaminationen sind. Das eröffnet eine breite Palette von Einsatzmöglichkeiten, beispielsweise im Lebensmittelbereich oder in der Pharmaindustrie. Ein Nachteil dieser hohen Resistenz gegen Chemikalien könnte jedoch die Notwendigkeit spezifischer Recyclingprozesse sein. Zudem könnten die Kosten für die Herstellung chemikalienresistenter Wellpappe höher sein als die für herkömmliche Wellpappe. Es gilt daher, einen effizienten Kompromiss zwischen Widerstandsfähigkeit, Umweltverträglichkeit und Kosten zu finden. Zusätzlich ist zu berücksichtigen, dass bestimmte Barrieren den Druckfarbauftrag, die Heißleimung oder die Reibkennwerte beeinflussen können, was weitere Prozessanpassungen erforderlich macht. Ferner kann die Aushärtungszeit beständiger Lacke länger sein, was die Durchlaufzeit erhöht, während zu dünne Schichten die Zielbeständigkeit verfehlen.

Zusammenfassung:

• Chemikalienresistenz ist ein wichtiger Faktor für Verpackungen aus Wellpappe, da sie dafür sorgt, dass die Verpackung nicht durch verschiedene Substanzen beschädigt oder beeinträchtigt wird. Dies betrifft sowohl die Oberfläche als auch die strukturelle Stabilität.
• In diesem Zusammenhang bietet die Chemikalienresistenz einen zuverlässigen Schutz gegen unterschiedliche Chemikalien, um die Integrität und Funktionalität von Wellpappenverpackungen zu gewährleisten. Relevante Einflussgrößen sind Art des Mediums, Temperatur und Einwirkdauer.
• Unternehmen, die auf der Suche nach effektiven Verpackungslösungen sind, schätzen die Chemikalienresistenz besonders, da diese eine langanhaltende Qualität und Sicherheit der Verpackungsprodukte garantiert. Praxisnahe Prüfungen sichern die geforderte Performance ab.
• Die Beständigkeit lässt sich durch Rohpapierauswahl, Klebstoffsysteme, Barrierebeschichtungen und konstruktive Maßnahmen gezielt erhöhen.
• Ein ausgewogenes Verhältnis aus Performance, Recyclingfähigkeit und Wirtschaftlichkeit ist für die Auslegung chemikalienbeständiger Lösungen entscheidend.
• Standardisierte Prüfmethoden (z. B. ISO-basierte Kennwerte) in Verbindung mit realitätsnahen Medienkontakten ermöglichen belastbare Freigaben.
• Dokumentation, klare Grenzwerte und definierte Prozesse schaffen Transparenz über die gesamte Wertschöpfungskette und reduzieren Ausfallrisiken.