Extrusionsbeschichtung

Die Extrusionsbeschichtung spielt in der Fertigungspraxis von Wellpappen-Verpackungen eine hervorgehobene Rolle. Als Verfahren zur Beschichtung von Trägermaterialien gehört sie zu den Schlüsseltechnologien in der Papier-, Karton- und Wellpappenindustrie. Sie erzeugt funktionale Oberflächen, die Barriere-, Siegel- und Schutzfunktionen bereitstellen, ohne auf lösungsmittelhaltige Systeme angewiesen zu sein. Typische Ziele sind Feuchte-, Fett- und Aromaschutz, erhöhte Abriebfestigkeit, definierte Gleitreibwerte sowie eine verbesserte Verarbeitbarkeit in nachgelagerten Prozessschritten. Darüber hinaus unterstützt der lösungsmittelfreie Schmelzauftrag eine emissionsarme Produktion und erlaubt hohe Liniengeschwindigkeiten bei zugleich reproduzierbarer Schichtqualität, was in standardisierten Verpackungsprozessen entscheidend ist.

Definition: Was versteht man unter Extrusionsbeschichtung?

Die Extrusionsbeschichtung ist ein industrieller Prozess, bei dem eine Kunststoffschmelze über eine Flachdüse auf ein Trägermaterial aufgebracht und unmittelbar im Walzenspalt (Nip) unter Druck an das Substrat gepresst sowie auf einer Kühlwalze erstarrt wird. Ziel dieses Verfahrens ist es, das Material mit einer hochwertigen, gleichmäßigen Schicht zu versehen, die vor Einflüssen wie Feuchtigkeit, Säuren oder Fetten schützt und dadurch Einsatzspektrum, Lebensdauer und Prozesssicherheit erweitert. In der Praxis wird darunter häufig die Beschichtung von Papier, Karton oder Linerbahnen verstanden, die anschließend weiterverarbeitet oder mit einer Wellenbahn zur Wellpappe kombiniert werden. Abzugrenzen ist dies von der Extrusionskaschierung, bei der eine Schmelze als Bindeschicht zwei Bahnmaterialien zu einem Verbund verbindet. In Abhängigkeit von Polymertyp und Zielschichtdicke bewegen sich die Schmelzetemperaturen typischerweise im Bereich von etwa 200 bis 320 °C; das präzise Management von Temperaturprofil, Verweilzeit und Scherung ist dabei zentral für eine homogene, gelarme Schmelze.

Prozess der Extrusionsbeschichtung im Detail

Der Prozess der Extrusionsbeschichtung beginnt mit der Aufbereitung des Kunststoffs, der in eine Schmelze überführt wird. Dies geschieht in der Regel durch Erwärmung in einer Extrusionsanlage. Die nun flüssige Kunststoffmasse wird dann durch eine flache Düse auf das Trägermaterial, beispielsweise Wellpappe, aufgetragen und unter hohem Druck verfestigt. Der resultierende Verbundstoff zeichnet sich durch eine hohe Robustheit und Beständigkeit aus. In der Praxis erfolgt die Beschichtung meist auf Papier- oder Linerbahnen vor der eigentlichen Wellpappenherstellung, um eine plane, spannungsarme Oberfläche und konstante Schichtgewichte zu gewährleisten. Für stabile Ergebnisse sind Schmelzetemperatur, Luftspalt (Abstand Düse–Nip), Liniengeschwindigkeit, Walzendruck und Kühlwalzentemperatur aufeinander abzustimmen. Zusätzlich relevant sind exakte Abmessungen des beschichteten Substrats für die Weiterverarbeitung, da sie die Passgenauigkeit in Stanze, Druck und Konfektion maßgeblich beeinflussen. Ebenso bedeutsam sind Bahnlaufregelung und Bahnspannung, um Schrumpf, Neck-in und Kantenfehler zu begrenzen und eine gleichmäßige Schicht über die gesamte Breite zu erzielen.

Substratvorbehandlung und Haftung

Die Haftung zwischen Schmelze und faserbasiertem Träger wird durch Vorbehandlung und ggf. Haftvermittler gesichert. Üblich sind Corona- oder Plasma-Behandlung zur Erhöhung der Oberflächenenergie sowie Primer-Systeme auf Wasser- oder Lösemittelbasis. Die Wahl hängt von Substrat, Polymertyp und geforderter Verbundfestigkeit ab. Eine saubere, trockene Bahn mit konstanter Feuchte und homogener Oberfläche reduziert Fehlstellen wie Fischaugen, Orangenhaut oder Randabrisse. Je nach Prozesslayout können Primer mittels Rakel, Flexo- oder Tiefdruck aufgetragen werden; die Trocknung ist dabei so zu wählen, dass Restfeuchte minimiert und die Oberflächenenergie vor dem Nip stabil erreicht wird.

Schichtaufbau, Materialien und Parameter

Als Polymere kommen vor allem LDPE/LLDPE (Feuchtebarriere, gute Verarbeitbarkeit), HDPE (höhere Steifigkeit), PP (thermische Belastbarkeit), EVA/EMA (Haftung, Siegelverhalten) sowie in Coextrusionen funktionale Schichten wie EVOH (Sauerstoffbarriere) oder Polyamide zum Einsatz. Die typischen Auftragsmengen liegen – je nach Anforderung – im Bereich von etwa 6 bis 40 g/m² pro Lage. Mit Coextrusion lassen sich mehrlagige Schichtaufbauten realisieren, bei denen Bindeschichten (Tie-Layer) die Haftung zu Papier oder Barrierepolymerschichten herstellen. Die resultierenden Eigenschaften betreffen Wasserdampfdurchgang (Feuchteschutz), Fett- und Öldichtigkeit, Heißsiegelbarkeit, Kälteflexibilität sowie mechanische Beständigkeit. In der Praxis entspricht 10 g/m² PE etwa 10–12 µm Schichtdicke; die geforderte Barriereleistung nimmt mit Schichtdicke zu, ist jedoch material- und klimabedingt zu bewerten. Ergänzend werden Additive wie Gleit- und Antiblockmittel oder Antioxidantien eingesetzt; recycelte und biobasierte Polymere können – bei geeigneter Freigabe – in technischen Anwendungen berücksichtigt werden.

Maschinentechnik und Linienaufbau

Typische Linien bestehen aus Extruder, Schmelzepumpe (z. B. Zahnradpumpe), Flachdüse mit Lipspaltverstellung, Abzugs- und Kühlwalzen (Chill Roll), optionalen Vorheiz- und Bahnreinigungseinheiten, Randbeschnitt, Wicklern sowie Mess- und Regeltechnik. Der Luftspalt zwischen Düse und Nip, die Temperatur der Kühlwalze, der Walzendruck sowie der Düsenspalt bestimmen wesentlich den Draw-down, die Schichtdickenverteilung und den Neck-in. In-line-Messsysteme (z. B. Infrarot- oder Beta-Messung) überwachen das Flächengewicht; Randstreifen werden häufig direkt regranuliert und dem Prozess wieder zugeführt, um Materialkreisläufe zu schließen.

Prozessfenster und typische Kennzahlen

Liniengeschwindigkeiten liegen – abhängig von Material und Zielschicht – häufig zwischen 100 und 800 m/min. Ein enger Toleranzbereich des Schichtgewichts (z. B. ±5–10 %) ist für gleichmäßige Barriere- und Siegeleigenschaften entscheidend. Kenngrößen wie Neck-in, Draw-down Ratio und Temperaturprofile werden kontinuierlich überwacht, um Randüberdicken, Gelpartikel und Orangenhaut zu verhindern. Für Heißsiegelanwendungen ist ein ausreichend breites Siegel- und Abziehfenster wünschenswert; die Kombination aus Polymertyp, Additivierung und Oberflächentopografie beeinflusst die Gleitreibwerte im Weiterverarbeitungsprozess.

Qualitätssicherung und Prüfgrößen

Zur Beurteilung der Beschichtungsqualität werden unter anderem Verbundhaftung (z. B. Peel), Schichtgewicht und -dickenverteilung, Cobb-Wert (Wasseraufnahme), Fettbeständigkeit (z. B. KIT), Gleitreibwert, Oberflächenenergie sowie optische Kriterien (Glanz, Gleichmäßigkeit) herangezogen. Für anwendungsspezifische Barrieren sind auch Wasserdampf- und Sauerstoffdurchgangsrate relevant. Die Prozessfähigkeit zeigt sich in stabilen Liniengeschwindigkeiten ohne Gelpartikel, Randüberdicken (Edge Beads) oder Delaminationen. Ergänzende Methoden wie Querschliffmikroskopie, Heißsiegelprüfungen über Temperatur- und Druckfenster, Klimaprüfungen (z. B. 23 °C/50 % r. F. und 38 °C/90 % r. F.) sowie In-line-Inspektion unterstützen die Absicherung der Spezifikation.

Anwendungsgebiete von Extrusionsbeschichtungen

Verpackungen aus Wellpappe, die mit einer Extrusionsbeschichtung versehen sind, kommen in unterschiedlichen Bereichen zum Einsatz. Besonders in der Lebensmittelindustrie werden diese Verpackungslösungen aufgrund ihrer resistenten Eigenschaften geschätzt. Auch für den Transport und die Lagerung von Gütern mit besonderen Anforderungen – etwa Hygieneartikel oder chemische Produkte – sind sie von Bedeutung. Darüber hinaus werden beschichtete Liner für Feuchte-, Fett- und Geruchssperren genutzt, beispielsweise bei frischen oder fettenden Lebensmitteln, tiefgekühlten Erzeugnissen, Tiernahrung, empfindlichen Pulverprodukten sowie in Bereichen, in denen definierte Gleitreibwerte oder ein spezifisches Siegelverhalten gefordert sind. Bei flüssigkeitsnahen Anwendungen (z. B. Kondensat, Tauwasser) verbessern geeignete Schichtsysteme die Kanten- und Flächendichtigkeit und tragen zur Formstabilität unter wechselnden Klimabedingungen bei. Zusätzlich profitieren Versand- und Logistikanwendungen, bei denen Kartonagen wechselnden Temperaturen und Luftfeuchten ausgesetzt sind, von stabilen Wasserdampfbarrieren und definierten Oberflächen, die das automatische Verkleben, Rillen und Stanzen erleichtern.

Vor- und Nachteile der Extrusionsbeschichtung

Ein entscheidender Vorteil der Extrusionsbeschichtung ist ihre Vielseitigkeit. Sie ermöglicht es, eine Vielzahl von Materialien mit unterschiedlichen Kunststoffen zu beschichten und so individuelle Produktlösungen zu realisieren. Zudem verbessert sie die Fähigkeit des Trägermaterials, gegen äußere Einflüsse wie Feuchtigkeit, Fette oder Säuren resistent zu sein. Auf der anderen Seite erfordert Extrusionsbeschichtung den Einsatz von Spezialmaschinen und kann, je nach Art des Kunststoffs, mit hohen Energiekosten verbunden sein. Auch die Entsorgung von extrusionsbeschichteten Verpackungen kann herausfordernd sein. Nichtsdestotrotz kann festgehalten werden, dass die Extrusionsbeschichtung einen wichtigen Beitrag zur Effizienz industrieller Verpackungsprozesse leistet. In der Abwägung sind Investitionsbedarf, Rüstzeiten, Rohstoffverfügbarkeit und regulatorische Rahmenbedingungen (z. B. Eignung für den Lebensmittelkontakt) zu berücksichtigen.

• Vorteile: lösungsmittelfreier Auftrag, hohe Liniengeschwindigkeiten, definierte Schichtgewichte, gute Heißsiegelfähigkeit, robuste Oberflächen, reproduzierbare Barrierewirkung, kombinierbar mit Mehrschichtaufbauten.
• Herausforderungen: energieintensive Schmelzführung, mögliche Einschränkungen beim werkstofflichen Recycling von Mehrstoffverbunden, Substratwärmebelastung, Randbeschnitt und Prozessabfälle, regulatorische Anforderungen für Lebensmittelkontakt.
• Recyclingaspekte: Monomaterial-Ansätze (papierbasierte Systeme mit dünner, trennbarer Schicht) können die Rezyklierbarkeit verbessern; Coating-Design, Schichtdicken und Haftvermittlerwahl beeinflussen die Repulpierbarkeit.
• Zusätzliche Gesichtspunkte: geringere VOC-Emissionen im Vergleich zu lösemittelhaltigen Systemen, gute Kompatibilität mit Pre- und Postprint-Prozessen, jedoch potenziell begrenzte Gasbarriere mit Standard-PE ohne funktionale Coextrusionsschichten.

Praxisorientierte Auswahlkriterien

Die Spezifikation einer Extrusionsbeschichtung orientiert sich an geforderten Barrierezielen (Feuchte, Fett, Gas), mechanischer Belastung, Temperaturprofilen in Lagerung und Transport, Siegelmethode, Druck- und Weiterverarbeitungsbedingungen sowie regulatorischen Vorgaben für den vorgesehenen Einsatz. Eine geeignete Kombination aus Polymer, Schichtdicke, Vorbehandlung und Prozessparametern stellt sicher, dass Funktionsanforderungen erreicht und wirtschaftliche Vorgaben eingehalten werden. Ergänzend sind Gleitreibwerte, Oberflächenenergie, Heißsiegelfenster, Bedruckbarkeit (Primer, Vorbehandlung), Falz- und Rillverhalten, Klebstoffverträglichkeit sowie die Maßhaltigkeit im Zuschnitt zu definieren; Datenblätter sollten Prüfbedingungen, Toleranzen und Freigabekriterien klar ausweisen.

Alternativen und Abgrenzung

Zur Extrusionsbeschichtung bestehen alternative Beschichtungsverfahren wie Dispersionsbeschichtungen auf Wasserbasis, Hotmelt-Beschichtungen oder Wachssysteme. Dispersionsschichten erlauben dünne, gezielte Aufträge und können in bestimmten Recyclingpfaden Vorteile bieten, während Hotmelts schnelle Aushärtung und gezieltes Tack-Verhalten ermöglichen. Extrusionsbeschichtungen überzeugen insbesondere durch mechanisch robuste, geschlossene Filme, hohe Prozessgeschwindigkeiten und ein breites Spektrum an Polymerkombinationen. Die Wahl des Verfahrens hängt von Funktionsanforderungen, Temperatur- und Feuchteprofilen, Weiterverarbeitung und Kreislaufzielen ab.

Spezifikation und Datenblattinhalte

Für eine belastbare Spezifikation sind Angaben zu Polymertyp(en), Schichtaufbau (Mono-/Coextrusion), Flächengewicht (mit Toleranz), Oberflächenenergie, Gleitreibwert, Heißsiegelfenster (Temperatur, Druck, Zeit), WVTR/OTR (mit Prüfklima), Fett- und Wasserbeständigkeit (z. B. KIT, Cobb), Verbundhaftung, optischen Merkmalen (Glanz, Trübungsgrad) sowie zulässigen Fehlerbildern zweckmäßig. Ergänzt werden sollten Hinweise zur Lagerung, zur klimatischen Konditionierung vor der Weiterverarbeitung und zu regulatorischen Eignungen für den vorgesehenen Kontaktbereich.

Zusammenfassung:

• Bei der Extrusionsbeschichtung handelt es sich um ein Produktionsverfahren, bei dem Kunststoffe geschmolzen und auf Materialien wie Wellpappe aufgebracht werden, um sie widerstandsfähiger zu machen.
• Dieser Prozess ist besonders bei der Herstellung von Verpackungen aus Wellpappe beliebt, da er die Qualität und Stabilität der Verpackungen verbessert und gleichzeitig ihre Haltbarkeit erhöht.
• Durch die Extrusionsbeschichtung können zudem spezielle Eigenschaften wie Wasserdichtigkeit oder Beständigkeit gegenüber Ölen und Fetten in die Wellpappe-Verpackungen integriert werden, was sie für eine Vielzahl von Produkten und Anwendungen attraktiv macht.
• Die Auswahl von Polymer, Schichtdicke und Vorbehandlung bestimmt Barriereleistung, Haftung und Verarbeitbarkeit; eine sorgfältige Prozessführung minimiert Fehlerbilder und steigert die Konsistenz.
• Nachhaltigkeits- und Recyclinganforderungen sollten bereits in der Schichtarchitektur berücksichtigt werden, um Funktion und Kreislauffähigkeit bestmöglich zu vereinen.
• Eine klare Spezifikation mit definierten Prüfbedingungen, Toleranzen und Zielwerten erleichtert die Qualitätssicherung und die reproduzierbare Weiterverarbeitung im Verpackungsprozess.