Klebstoffe

Im Herzen von Wellpappe-Verpackungen spielt eine Komponente eine entscheidende Rolle: der Klebstoff. Ohne ihn wären die Wellen und Deckschichten nicht miteinander verbunden. Hier dreht sich alles um das wichtige Verbindungselement in der Herstellung von Wellpappe. Klebstoffe sichern die strukturelle Integrität, beeinflussen Festigkeit und Feuchtehaushalt der Pappe und sind mitverantwortlich für Prozessgeschwindigkeit, Ausschussquote und Rezyklierbarkeit. Neben der reinen Bindung zwischen Welle und Decklagen bestimmen Zusammensetzung, Auftragsmenge und Aushärtung maßgeblich die Qualität der resultierenden Bahn. Darüber hinaus prägen Klebstoffe den Energiebedarf im Trocknungsabschnitt, die Maßhaltigkeit der Bahnen sowie das Verzugspotenzial der fertigen Verpackung. Ein optimal abgestimmtes Adhäsiv minimiert Stillstände, stabilisiert den Prozess über unterschiedliche Papierqualitäten hinweg und ermöglicht reproduzierbare Ergebnisse bei variierenden Klimabedingungen.

Definition: Was versteht man unter Klebstoffen?

Wenn von Klebstoffen die Rede ist, sind damit Materialien gemeint, die unterschiedliche Werkstoffe durch Oberflächenhaftung (Adhäsion) und innere Festigkeit (Kohäsion) zusammenbinden. Dem Klebstoff kommt in der Wellpappenproduktion eine essenzielle Bedeutung zu, da er die Wellenkronen zuverlässig mit den Deckbahnen verbindet und so eine dauerhafte Klebefuge aufbaut. Für die Ausbildung einer tragfähigen Klebverbindung spielen Oberflächenenergie, Benetzbarkeit und das zeitliche Zusammenspiel von Anpressung und Wärmeübertrag eine zentrale Rolle. Die im Kontakt entstehende Klebefuge muss sowohl kurzfristige Schub- und Schälbelastungen im Prozess als auch langfristige Beanspruchungen beim Einsatz der Verpackung sicher abtragen.

Voraussetzung für eine stabile Verklebung sind ausreichende Benetzung der Substratoberfläche, die richtige Viskosität des Leims, ein passender Feststoffgehalt sowie ein definiertes thermisches Verhalten (Gelpunkt). Ebenso relevant sind pH-Wert, Temperaturführung und das zeitliche Zusammenspiel von Leimauftrag, Wärmeübertrag und Pressung. Darüber hinaus beeinflussen Scher- und Dehnraten im Auftragsspalt, das Eindringverhalten in die Papierporen und die Feuchteverteilung in der Klebefuge das frühe Anhaften (Tack) und die Endfestigkeit. In der Praxis spricht man von offener Zeit, Anziehverhalten und Geliergeschwindigkeit, die zusammen mit der Maschinenkonfiguration den stabilen Klebeprozess definieren.

Arten von Klebstoffen in der Wellpappenherstellung

Es existieren diverse Typen von Klebstoffen, die in der Wellpappenproduktion zum Einsatz kommen. Hauptsächlich werden jedoch Stärkeleime genutzt. Diese bestehen mehrheitlich aus natürlich abbaubaren Rohstoffen wie Mais-, Weizen- oder Kartoffelstärke und bieten eine hohe Klebekraft bei guter Prozessfähigkeit. Unter den Stärkeleimen finden sich wiederum unterschiedliche Varianten wie der sogenannte Weiße Leim oder der Corrugating-Leim. Moderne Formulierungen berücksichtigen borathaltige und boratfreie Systeme, oxidierte oder enzymatisch veränderte Stärken sowie Trägerstärken mit definiertem Molekulargewicht, um Viskosität, Gelpunkt und Anfangshaftung präzise zu steuern.

In der Praxis werden Formulierungen nach etablierten Prinzipien gefahren, zum Beispiel Stein-Hall-, No-Carrier- oder Modified-Carrier-Systeme. Häufige Komponenten sind Stärke (Träger- und Klebstoffanteil), Wasser, alkalische Aktivatoren (z. B. Natronlauge für die Verquellung), Viskositäts- und Gelpunkt-Controller (z. B. Borax) sowie optionale Additive zur Prozessstabilisierung. Das Ziel ist ein definiertes Anziehverhalten: zügiges Anhaften beim Kontakt, gefolgt von schneller Gelierung und ausreichender Endfestigkeit. Ergänzend werden Entschäumer, Biozide gegen mikrobielle Aktivität sowie Verlaufshilfen eingesetzt, um Schaum, Sedimentation und Rezepturschwankungen zu kontrollieren. Für spezielle Anforderungen (z. B. erhöhte Feuchtebeständigkeit) kommen modifizierte Stärken in Kombination mit feuchteaktivierbaren Additiven zum Einsatz.

Alternative Klebstoffsysteme

• Dextrin- und Silikatleime: punktuell bei Spezialpapieren oder Zusatzanwendungen. Sie eignen sich für Anwendungen mit moderaten Geschwindigkeiten und bieten gute Hitzebeständigkeit, sind jedoch hinsichtlich Feuchtelastizität und Flexibilität limitiert.
• Dispersionsklebstoffe (wasserbasiert): vor allem in der Weiterverarbeitung (z. B. Kistenkleben, Aufspenden von Anbauteilen), seltener im Wellpappaggregat selbst. Typische Systeme sind PVAc- oder EVA-Dispersionen, die mit definierter Offenzeitensteuerung, hoher Nasshaftung und guter Alterungsbeständigkeit punkten; sie sollten hinsichtlich Repulping-Eigenschaften bewertet werden.
• Hotmelts: für Sonderfälle mit kurzen Offenzeiten oder definierter Kaltfestigkeit, typischerweise nicht für die Flötenklebung in Hochgeschwindigkeits-Wellpappanlagen. Sie dienen u. a. zur Kantenverklebung, Schachtelaufrichtung und zum punktuellen Fixieren; Schmelzviskosität, Setzzeit und Wärmestandfestigkeit sind zentrale Auswahlkriterien.

Wesentliche Kennwerte von Leimen

• Viskosität: bestimmt Fließ- und Auftragseigenschaften sowie das Eindringverhalten in das Papier. Scherratenabhängigkeit (pseudoplastisches Verhalten) erleichtert den Auftrag bei gleichzeitig stabilem Stand auf der Flöte.
• Feststoffgehalt: beeinflusst Klebkraft, Trocknung und Masseauftrag. Höhere Feststoffgehalte reduzieren den Wassertransport in das Papier, erfordern aber präzise Temperaturführung.
• Gelpunkt und Geliergeschwindigkeit: steuern das Abbindeverhalten unter Wärme. Ein gut definierter Gelpunkt sorgt für schnelle Festigkeitsbildung bei begrenzter Kontaktzeit im Heißbereich.
• pH-Wert und Temperatur: wirken auf Stabilität, Lagerfähigkeit und Reaktionskinetik. Konstante pH-Führung unterstützt reproduzierbare Viskosität und minimiert Rezepturdrift.
• Dichte und Oberflächenspannung: beeinflussen Benetzung und Adhäsion an Deck- und Wellenbahn. Eine angepasste Oberflächenspannung fördert gleichmäßige Linienbildung und reduziert Leimwurf.

Einsatzgebiet und Verarbeitung von Klebstoffen

Die Verwendung von Klebstoffen in der Wellpappe ist breit gefächert. Sie dienen zum Verkleben der Innen- und Außendeckschicht mit der wellenförmigen Mittelschicht und sorgen dafür, dass die Wellpappe ihre einzigartigen Eigenschaften aufweist. Die Anwendung des Klebers erfolgt über spezielle Auftragswalzen im Wellpappaggregat. Herausfordernd ist dabei, die perfekte Balance zwischen Schnelligkeit und Durchdringung zu finden. Neben der korrekten Leimfilmdicke beeinflussen Dosier- und Auftragswalzenspalt, Walzenbeschichtung, Oberflächenrauheit sowie die Geometrie der Flöten die Reproduzierbarkeit. Eine saubere Leimküche mit kontrollierter Umwälzung und definierter Temperierung bildet die Basis für stabile Prozesse.

Im Singlefacer wird die gewellte Mittelschicht an den Flötenkronen mit der ersten Decklage verbunden. Im Doublebacker erfolgt die zweite Verklebung zur Außendeckbahn. Entscheidend sind Leimfilmdicke, Linienbreite, Anpressdruck, Papierfeuchte und -temperatur sowie die Prozesswärme an Vorheizern und Heißplatten. Die Einstellung muss zur Papiergrammatur, Flötengeometrie, Maschinengeschwindigkeit und Umgebungsklima passen. Zusätzlich beeinflussen Kontaktlänge im Heißbereich, Riemenspannung, Vakuumunterstützung und die Verweilzeit auf den Heißplatten die Trocknung der Klebefuge. Durch abgestimmte Vorheizer- und Bahnspannungsführung lässt sich Verzug minimieren und eine gleichmäßig tragfähige Verbundzone erzeugen.

Prozessparameter mit starker Wirkung

• Leimtemperatur: beeinflusst Viskosität und Gelpunktansprache. Zu kalter Leim verzögert das Anziehen, zu warmer Leim erhöht Penetration und kann zu Leimdurchschlag führen.
• Maschinengeschwindigkeit: definiert die verfügbare Offenzeit und den Wärmeübertrag. Höhere Geschwindigkeiten erfordern präziseres Timing von Auftrag, Pressung und Gelierung.
• Bahntemperaturen: steuern Gelierung und Wasserverdampfung. Ausgewogene Vorheizung der Deck- und Wellenbahn reduziert Kondensationsrisiken und stabilisiert die Klebefuge.
• Papierfeuchte: wirkt auf Penetration, Faserquellung und Endfestigkeit. Zu trockene Papiere erhöhen Sprödbruchrisiken, zu feuchte Papiere verzögern die Aushärtung.
• Auftragsmenge: zu wenig führt zu Delamination, zu viel zu Durchschlagen und Wellenabdrücken. Eine konstante Linienbreite mit homogenem Leimfilm verhindert ungleichmäßige Festigkeitsprofile.

Typische Fehlerbilder und Ursachen

• Delamination: unzureichender Auftrag, zu niedrige Temperatur oder zu kurze Kontaktzeit. Abhilfe schaffen erhöhte Leimtemperatur, längere Heißzonen-Verweilzeit und angepasste Pressung.
• Durchschlagen/Leimmarken: überhöhter Auftrag oder zu dünnflüssiger Leim. Optimierung über reduzierte Feststoffe, engere Spalteinstellung und kontrollierte Oberflächenspannung.
• Sprödbruch: ungünstige Gelpunktlage oder übertrocknete Papiere. Eine leicht erhöhte Papierfeuchte und ein moderater Gelpunkt verbessern die Zähigkeit der Klebefuge.
• Leimschmierung: mangelnde Temperaturstabilität, falsche Viskosität. Konstante Leimtemperierung und gereinigte Walzenoberflächen reduzieren Schmierneigung; Entschäumer mindern Lufteinschlüsse.

Qualitätssicherung und Prüfverfahren

• Pin Adhesion Test (PAT): Beurteilung der Verbundfestigkeit an der Flöte. Regelmäßige Stichproben entlang der Bahn zeigen Prozessdrift frühzeitig auf.
• Peel/Schältests: Einschätzung der Adhäsion zwischen Welle und Deckbahnen. Ergänzend liefern Zug- und Scherprüfungen Hinweise zur Fugenhomogenität.
• Klimatests: Untersuchung des Verhaltens bei variierender Temperatur und Luftfeuchte. Konditionierungen gemäß definierten Klimaklassen erhöhen die Aussagekraft.
• Gewichts- und Dickenkontrollen: indirekte Bewertung der Auftragsmenge und Trocknung. Viskositätsmessungen (z. B. mit Brookfield) und Gelpunktbestimmung komplettieren die Prozessüberwachung.

Vor- und Nachteile von Klebstoffen

Ganz oben auf der Liste der Vorteile steht die hohe Klebekraft, um eine stabile Konstruktion sicherzustellen. Ein weiterer Aspekt ist die Umweltverträglichkeit. Meist bestehen die Klebstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen und sind biologisch abbaubar. Allerdings bringt die Nutzung von Klebstoffen auch gewisse Herausforderungen mit sich. Sie müssen korrekt gelagert und vor Temperaturschwankungen geschützt werden. Auch der Klebevorgang selbst erfordert Präzision und Know-how, um ein optimales Ergebnis zu erzielen. Zusätzlich sind mikrobiologische Stabilität, Schaumkontrolle und die Abstimmung auf unterschiedliche Papierqualitäten zu beachten, damit Repulping, Laufstabilität und Maßhaltigkeit gewährleistet bleiben.

• Vorteile: gute Benetzbarkeit, schnelle Gelierung, hohe Endfestigkeit, Rezyklierbarkeit der Faserstoffe bleibt erhalten. Wasserbasierte Systeme sind emissionsarm und unterstützen eine kreislauffähige Verpackungsproduktion.
• Herausforderungen: Empfindlichkeit gegenüber Klimawechseln, kontrollierte Lagerbedingungen nötig, prozesssichere Einstellung von Viskosität und Gelpunkt erforderlich. Rezepturdrift, Sedimentation und Biofouling müssen durch Rühr- und Hygienepläne beherrscht werden.
• Kompatibilität: in der Regel unkritisch beim Recycling, bei direktem Lebensmittelkontakt sind geeignete Rezepturen und Konformitätsbewertungen zu berücksichtigen. Bei Dispersionsklebern ist das Stickies-Risiko in der Altpapieraufbereitung zu prüfen.

Lagerung und Handhabung

• Temperaturführung: flüssige Leime temperiert halten, Frost und Überhitzung vermeiden. Temperaturfenster definieren und Leitungen isolieren, um Viskositätssprünge zu verhindern.
• Rühr- und Umwälzmanagement: Sedimentation verhindern, gleichmäßige Rezeptur sicherstellen. Totzonen vermeiden, Siebe reinigen und Umwälzvolumen an die Anlagengröße anpassen.
• Haltbarkeit: frische Ansätze bevorzugen, Mikrobiologie und Viskositätsdrift im Blick behalten. Konservierungskonzepte, Protokollierung von Ansatzdaten und regelmäßige Laborchecks erhöhen die Prozesssicherheit.

Arbeitssicherheit

• Schutzausrüstung beim Ansetzen und Nachstellen von Leimen verwenden. Spritzschutz, Handschuhe und Schutzbrille sind bei Arbeiten an heißen und alkalischen Medien empfehlenswert.
• Alkalische Komponenten und Additive sachgerecht handhaben. Sicherheitsdatenblätter beachten und Dosierstellen gegen unbeabsichtigten Zugriff sichern.
• Reinigung von Leimwerken und Walzen mit geeigneten Verfahren durchführen. Rutschgefahr durch verschütteten Leim minimieren, Heißflächen kennzeichnen und Druckleitungen drucklos schalten.

Für weiterführende Informationen zu fertigen Lösungen in unterschiedlichen Formaten und Qualitäten: breite Auswahl an Verpackungen direkt ab Lager.

Zusammenfassung:

• Klebstoffe sind essenziell für die Herstellung von Verpackungen aus Wellpappe, da sie die verschiedenen Schichten effektiv miteinander verbinden. Sie sichern die mechanische Belastbarkeit und unterstützen die Formstabilität im weiteren Verarbeitungsprozess.
• Es gibt eine Vielzahl von Klebstofftypen, jedoch sind speziell wasserbasierte Adhäsive, auch als Dispersionsklebstoffe bekannt, optimal für den Einsatz mit Pappe geeignet. In der Flötenverklebung dominieren jedoch modifizierte Stärkeklebstoffe mit definiertem Gelierverhalten.
• Starke Haftung, schnelle Trocknungszeiten und einfache Anwendung machen diese Klebemittel zu einer idealen Wahl für Verpackungsunternehmen. Entscheidend sind dabei Benetzung, Penetration und das Zusammenspiel aus Wärme, Druck und Zeit.
• In der Wellpappenanlage dominieren modifizierte Stärkeleime; Dispersionsklebstoffe kommen überwiegend in der Weiterverarbeitung zum Einsatz. Alternative Systeme wie Hotmelts und Silikatleime dienen spezifischen Nischenanforderungen.
• Prozessstabilität beruht auf der richtigen Kombination aus Viskosität, Gelpunkt, Temperatur, Auftragsmenge und Pressung. Ergänzend sind Papierfeuchte, Bahntemperaturen und Maschinengeschwindigkeit eng zu führen, um Delamination und Durchschlag zu vermeiden.
• Qualität wird durch Prüfungen wie PAT und Schältests verifiziert; Klimaeinflüsse und Papierfeuchte sind stets mitzuberücksichtigen. Regelmäßige Viskositäts- und Gelpunktkontrollen in Kombination mit Klimatests sichern reproduzierbare Ergebnisse.