Hydrophobe Beschichtungen

In der Welt der Wellpappenverpackungen spielen hydrophobe Beschichtungen eine zentrale Rolle. Diese speziellen Oberflächenbehandlungen verleihen den Kartonagen wasserabweisende Eigenschaften und reduzieren die kapillare Feuchteaufnahme deutlich. Dadurch perlen Wasser und wässrige Medien ab, Kondensat haftet weniger stark an und Feuchtigkeit dringt zeitlich verzögert in die Fasern ein. Das schützt Inhalte vor Nässe, mindert quellenbedingte Verformungen und stabilisiert die Funktion der Konstruktion während Transport, Umschlag und Lagerung. Ergänzend beeinflusst eine hydrophobe Oberfläche die Benetzbarkeit und die Oberflächenenergie, wodurch sich das Diffusions- und Quellverhalten des Faserverbunds messbar verbessert und die Gebrauchsdauer der Verpackung in feuchtkalten oder wechselklimatischen Umgebungen steigt.

Definition: Was versteht man unter hydrophoben Beschichtungen?

Hydrophobe Beschichtungen sind wasserabweisende Überzüge, die auf Oberflächen von Wellpappenverpackungen appliziert werden, um sie gegenüber Feuchtigkeit, Nässe oder Flüssigkeiten zu schützen. Der Begriff „hydrophob“ leitet sich aus dem Griechischen ab und bedeutet „wasserabstoßend“. Technisch ausgedrückt wird die Benetzbarkeit der Oberfläche reduziert, sodass Tropfen nicht eindringen, sondern abrollen. In der Praxis zeigt sich dies als verzögertes Aufweichen der Deckschichten, geringere Kantenaufsaugung und stabilere Materialeigenschaften bei feuchter Umgebung. Abzugrenzen ist dies von „hydrophil“ (wasseranziehend) sowie von oleophoben Systemen, die primär Fette und Öle abweisen.

Funktionsprinzip und relevante Begriffe

Die Wirksamkeit hydrophober Systeme wird häufig über den Kontaktwinkel beschrieben: Werte über 90° stehen für deutliche Wasserabweisung. Neben der reinen Wasserbarriere können Rezepturen auch gegen wässrige Lösungen, Emulsionen oder Fette wirken. Je nach Aufbau spricht man von Imprägnierungen, Lacken, Dispersionsschichten oder kaschierten Barrieren. Entscheidend ist eine gleichmäßige, geschlossene Schicht ohne Fehlstellen, insbesondere in Falt- und Schnittbereichen. Oberflächenrauheit und Mikrostruktur (Wenzel- bzw. Cassie-Baxter-Zustand) beeinflussen das Abperlverhalten zusätzlich. Für die Praxis relevant sind außerdem Begriffe wie Oberflächenenergie, Edge-Wicking (Kantenaufsaugung) und Blockfestigkeit unter Last.

Anwendungsbereiche der hydrophoben Beschichtungen

Hydrophobe Beschichtungen finden in zahlreichen Einsatzfeldern Anwendung, in denen Feuchte oder Flüssigkeiten auf Verpackungsmaterial treffen. Besonders verbreitet sind sie in der Versand- und Transportkette, wenn Außenklima, Niederschlag oder Kondensat auftreten können. Auch bei Lagerung in feuchtebelasteten Umgebungen und im Umgang mit Gütern, die Feuchte abgeben oder Fette enthalten, bieten sie zusätzlichen Schutz. In der Lebensmittelindustrie sind hydrophob ausgerüstete Wellpappenverpackungen relevant, wenn hygienische Anforderungen, Fettrückhaltevermögen oder Kondensatbeständigkeit gefordert sind. Darüber hinaus spielen sie eine Rolle bei saisonalen Klimaschwankungen, in Kühlhäusern mit hoher relativer Luftfeuchte sowie bei häufigen Temperaturwechseln, die Kondensbildung begünstigen.

• Transport und Lagerung: Schutz bei Witterungseinflüssen, hoher relativer Luftfeuchte, Temperaturschwankungen und Kondenswasserbildung.
• Lebensmittelumfeld: Sekundärverpackungen für feuchte oder fettende Produkte, Trays im Kaltbereich, Umverpackungen in Nassräumen.
• Kühl- und Tiefkühlkette: Reduzierung von Feuchteaufnahme nach Temperaturwechseln und während Auftauphasen.
• Technische Güter: Waren mit öligen Rückständen oder Prozessfeuchte, bei denen Oberflächenkontakt mit Flüssigkeiten nicht ausgeschlossen ist.
• E-Commerce und Retouren: Zusätzliche Robustheit bei unvorhersehbaren Feuchtesituationen auf dem Transportweg.
• Getränke- und Frischelogistik: Nassbereiche in Abfülllinien, Kühltruhen, Vorstufen mit Sprühnebel oder Schwallwasser.
• Gartenbau und Agrar: Transport von Topfpflanzen, frischem Obst und Gemüse mit natürlicher Oberflächenfeuchte.

Wichtig: Hydrophobe Ausrüstungen sind nicht automatisch wasserdicht. Sie bieten eine definierte Verzögerung der Durchfeuchtung und verringern die Benetzbarkeit; Dauer- oder Tauchbelastungen überschreiten die typische Auslegung. Für Anforderungen an vollständige Flüssigkeitsbarrieren sind alternierende Lösungen (z. B. mehrschichtige Barrieren oder zusätzliche Kaschierungen) gesondert zu prüfen.

Herstellungsprozess der hydrophoben Beschichtungen

Die Herstellung hydrophober Beschichtungen erfolgt in kontrollierten Prozessschritten. Üblicherweise wird eine geeignete Polymerschicht als Lack, Dispersion oder Imprägnierung auf die Oberfläche der Wellpappe aufgetragen und anschließend getrocknet oder ausgehärtet. Ziel ist eine homogene, haftfeste und dünne Barriere mit definiertem Auftragsgewicht, die die Faserstruktur zuverlässig gegen Flüssigkeitsaufnahme schützt. Besonders kritisch sind Kanten, Rillungen und Stanzungen: Hier muss der Auftrag so ausgelegt sein, dass auch mechanisch beanspruchte Zonen möglichst geschlossen bleiben. Vorbehandlungen (z. B. Staubentfernung, Oberflächenreinigung) sowie geeignete Primer können die Adhäsion verbessern, während die Wahl des Trocknungsverfahrens (IR, Heißluft, UV/EB bei entsprechenden Systemen) das Prozessfenster bestimmt.

Typische Auftragsverfahren

• Streich- und Lackaufträge (z. B. mittels Rakel- oder Walzenauftrag) mit nachfolgender thermischer Trocknung.
• In-line-Beschichtungen im Druckprozess (z. B. Flexo/Offset Lackwerke) für integrierte Prozessketten.
• Sprühen oder Curtain-Coating bei speziellen Geometrien oder höheren Auftragsmengen.
• Kaschierung/Extrusion dünner Barrierefilme, wenn neben Hydrophobie weitere Barrierefunktionen benötigt werden.
• UV-/EB-härtende Überzüge für schnelle Aushärtung und definierte Oberflächeneigenschaften.

Prozess- und Qualitätsparameter

• Auftragsgewicht und Schichtdicke: beeinflussen Abperlverhalten, Trocknung und Flexibilität.
• Viskosität und Verteilung: entscheidend für gleichmäßige Benetzung ohne Fehlstellen.
• Trocknung/Härtung: ausreichende Energieeinbringung verhindert Klebrigkeit und Sicherstellung der Blockfestigkeit.
• Adhäsion: Haftung der Schicht auf der Decklage ohne Delamination bei Falten, Rillen oder Stanzungen.
• Substratfeuchte und Temperatur: beeinflussen Penetration, Filmaufbau und Curling-Tendenzen.
• Oberflächenenergie der Deckschicht: relevant für Benetzung, Druck- und Klebstoffhaftung.

Materialsysteme und Chemie

Zum Einsatz kommen überwiegend wasserbasierte Systeme mit unterschiedlichen Bindemitteln und Additiven. Auswahlkriterien sind Repulpierbarkeit, Beständigkeit gegen Medien, Lebensmittelkonformität, Geruch und Prozessierbarkeit.

• Dispersionslacksysteme (z. B. Acrylat-/Styrol-Acrylat- oder PU-Dispersionen) für ausgewogene Hydrophobie und Verarbeitbarkeit.
• Wachs- und Harz-Emulsionen für erhöhte Wasserabweisung und gutes Abperlverhalten.
• Silikon- oder fluorfreie Modifikationen zur Reduktion der Benetzbarkeit ohne problematische Substanzen.
• Biobasierte Systeme (z. B. modifizierte Stärke-/Polysaccharidformulierungen) mit Fokus auf Kreislauffähigkeit.

Leistungsbewertung und Prüfkriterien

Die Leistungsfähigkeit hydrophober Beschichtungen wird über standardisierte und praxisnahe Tests beurteilt. Neben visueller Benetzungsprüfung kommen Mess- und Kennwerte zum Einsatz, um Vergleichbarkeit herzustellen und Anforderungen zu spezifizieren. Prüfungen werden idealerweise nach Klimakonditionierung durchgeführt, um realitätsnahe Ergebnisse zu erhalten.

• Kontaktwinkelmessung: quantifiziert die Wasserabweisung der Oberfläche (statische und dynamische Winkel).
• Wasserabsorptionsprüfung (z. B. Cobb-Verfahren nach ISO 535): ermittelt die Wasseraufnahme in g/m² innerhalb definierter Zeit (z. B. Cobb60).
• Kantenaufsaugung/Edge-Wicking: bewertet Feuchtewanderung über Schnittkanten und Rillungen.
• Fett-/Ölbeständigkeit (z. B. Kit-Test): relevant bei fetthaltigen Anwendungen.
• Mechanische Stabilität unter Feuchte (z. B. ECT/BCT nach Klimakonditionierung): zeigt Tragfähigkeit in realen Umgebungen.

Ergänzend werden Praxistests durchgeführt, etwa Sprühnebel-Belastung, Kondensatsimulation oder definierte Tropfenexposition mit anschließender Bewertung von Verformung, Delamination und Druckbildstabilität. Für die Spezifikation sind klare Zielwerte und Toleranzen hilfreich, einschließlich Grenzwerten für Farbabrieb, Gleitreibzahl und Oberflächenglanz, sofern relevant.

Vor- und Nachteile von hydrophoben Beschichtungen

Hydrophob ausgerüstete Wellpappenverpackungen bieten eine Reihe klarer Vorteile. Ein Hauptvorteil liegt in der wirksamen Abweisung von Feuchtigkeit und wässrigen Medien. Dadurch lassen sich Feuchteschäden an Inhalten reduzieren, die Materialfestigkeit bleibt unter klimatischer Belastung länger erhalten und die Funktion von Klebungen, Rillungen sowie Verschlüssen wird unterstützt. Zudem sind viele Systeme gegenüber Ölen und Fetten widerstandsfähig, was die Eignung in hygienisch sensiblen Bereichen erweitert. In der Handhabung resultiert dies häufig in saubereren Oberflächen, geringerem Faserauflauf und stabileren Stapel- sowie Transporteigenschaften. Auch die Prozessstabilität in Nassbereichen von Packlinien kann verbessert werden, weil Durchfeuchtungen und daraus resultierende Maß- oder Formabweichungen seltener auftreten.

Grenzen und mögliche Nachteile bestehen ebenfalls. Die Herstellung ist im Vergleich zu Standardkartonagen mit zusätzlichen Kosten verbunden. Je nach Beschichtungssystem kann die Recyclingfähigkeit variieren; wasserbasierte, repulpierbare Systeme verhalten sich anders als mehrschichtige Barrierekaschierungen. Zudem beeinflussen hydrophobe Oberflächen die Weiterverarbeitung: Klebstoffe (z. B. Hotmelt, Selbstklebebänder) und Druckfarben benötigen ausreichende Haftung, gegebenenfalls angepasste Formulierungen. Auch Reibwerte (Gleitverhalten) und Falzeigenschaften können sich ändern und müssen pro Anwendung validiert werden. Für den Lebensmittelkontakt sind Konformitätsbewertungen und gegebenenfalls migrationsbezogene Prüfungen erforderlich, insbesondere bei fettenden oder feuchten Füllgütern.

Konstruktions- und Verarbeitungsaspekte

• Drucken und Kennzeichnen: Vorversuche sichern Haftung und Abriebfestigkeit des Druckbildes.
• Kleben und Verschließen: Auswahl kompatibler Klebstoffe/Tapes für hydrophobe Oberflächen.
• Rillen, Stanzen, Perforieren: Beschichtungsbruch an Kanten vermeiden und Kantenabdichtung berücksichtigen.
• Maßhaltigkeit: Auftragsgewichte sind dünn, dennoch sollten Toleranzen beachtet werden; hierzu bieten Praxisrelevante Abmessungen und Toleranzen im Überblick hilfreiche Orientierungswerte.
• Verschlussarten: Heften, Kleben oder Umreifung an die veränderte Oberflächengüte und Gleitwerte anpassen.
• Handhabung: Antirutsch-Anforderungen prüfen, da hydrophobe Schichten die Reibzahl beeinflussen können.

Fehlerbilder und Troubleshooting

• Krater/Pinhole-Bildung: auf Verunreinigungen, zu niedrige Oberflächenenergie oder falsche Viskosität prüfen.
• Delamination an Rillen: Auftragsgewicht, Trocknung und Flexibilität des Films optimieren.
• Blocking/Kleben im Stapel: Trocknungsenergie, Liniengeschwindigkeit und Restfeuchte kontrollieren.
• Ungleichmäßiger Glanz/Orangenhaut: Applikationsmethode, Temperaturfenster und Netzmittel anpassen.

Nachhaltigkeit und Entsorgung

Hydrophobe Systeme unterscheiden sich hinsichtlich Repulpierbarkeit und Sortierbarkeit im Altpapierstrom. Wasserbasierte, dispersionsgebundene Beschichtungen lassen sich in der Regel besser ablösen als mehrschichtige Barriereverbunde. Einflussgrößen sind Schichtdicke, Bindemittelart und Additive. Für eine kreislauffähige Auslegung sind Prüfberichte zur Faserfreisetzung, Deinking-Eignung und Removability hilfreich. Ziel ist eine wirkungsvolle Feuchtebarriere bei möglichst hoher Recyclingfähigkeit und geringer Materialkomplexität.

In der Beschaffungspraxis unterstützen klare Lastenhefte, die Zielwerte für Cobb, Kontaktwinkel, ECT/BCT nach Klimaprüfung, Kantenaufsaugung und Verarbeitungsfenster enthalten. Wareneingangsprüfungen und periodische Audits sichern die Konstanz der Barriereleistung über Chargen und Zeit.

Zusammenfassung:

• Hydrophobe Beschichtungen bieten eine effektive Lösung zur Herstellung feuchteabweisender Verpackungen und sind für die Verpackungsindustrie mit Wellpappe technisch bedeutsam, wenn Kondensat, Sprühfeuchte oder kurzzeitiger Flüssigkeitskontakt zu erwarten sind.
• Die reduzierte Benetzbarkeit verlängert die Lebensdauer der Verpackungen unter feuchten Bedingungen, stabilisiert Festigkeitskennwerte und schützt die Qualität der verpackten Produkte.
• Je nach System sind wasser- und fettabweisende Eigenschaften kombinierbar; die Auswahl sollte sich an geforderten Prüfkriterien (z. B. Kontaktwinkel, Cobb, ECT/BCT nach Klima) orientieren.
• Auftragsverfahren, Schichtdicke und gleichmäßige Verteilung sind entscheidend für die Schutzwirkung; Kanten, Rillungen und Stanzbereiche verdienen besondere Beachtung.
• Nachteile können zusätzliche Kosten, potenziell angepasste Klebe-/Druckprozesse und eine je nach Technologie unterschiedliche Recyclingfähigkeit sein; daher sind Material- und Prozessfreigaben sinnvoll.
• Insgesamt ermöglichen hydrophobe Systeme robuste, anwendungsorientierte Lösungen, sofern Performance, Verarbeitung und Entsorgung im Zusammenspiel betrachtet und validiert werden.