Restfeuchte

Zu den wesentlichen Merkmalen von Wellpappe gehört die sogenannte Restfeuchte. Dieser Aspekt spielt eine signifikante Rolle für die Qualität und Haltbarkeit von Verpackungen und ist innerhalb der Branche von hoher Relevanz. Wenn es um Verpackungen und Papiererzeugnisse geht, ist die Kenntnis über die Restfeuchte von essenzieller Bedeutung. Sie beeinflusst unter anderem die Formstabilität, die mechanische Festigkeit, die Klebleistung und das Klebverhalten von Stärkeklebstoffen, das Rill- und Stanzverhalten sowie die Eignung für Lagerung, Transport und Weiterverarbeitung. In der Praxis entscheidet ein kontrollierter Feuchtegehalt häufig darüber, ob sich Wellpappenbogen plan verarbeiten lassen oder ob es zu Wellen, Krümmungen und Verzug kommt. Da Papier hygroskopisch ist, reagiert es fortlaufend auf das umgebende Klima: Temperatur- und Feuchteschwankungen führen zu Quellen und Schwinden der Fasern und damit zu dimensions- und festigkeitsrelevanten Veränderungen. Ein reproduzierbarer Feuchtehaushalt ist deshalb eine Grundvoraussetzung für stabile Prozesse und gleichbleibende Verpackungsqualität.

Definition: Was versteht man unter Restfeuchte?

Die Restfeuchte ist die Bezeichnung für die verbleibende, in einem Material enthaltene Feuchtigkeit nach einem Trocknungsvorgang. Bei der Herstellung von Wellpappe legen Produzenten großen Wert darauf, diesen Feuchtigkeitsgehalt präzise zu steuern. Der Anteil der Restfeuchte beeinflusst sowohl die physikalischen Eigenschaften der Wellpappenbogen als auch die Verarbeitungseigenschaften im späteren Verpackungsprozess. Im engeren Sinn beschreibt sie den Massenanteil von Wasser im Material nach dem Verlassen der Trocknungs- beziehungsweise Heizstrecken. Typischerweise bewegt sich der Zielbereich im Papier- und Wellpappenumfeld bezogen auf die ofentrockene Masse in einem moderaten Korridor von etwa 6–9 %, häufig werden 7–8 % angestrebt; zu hohe oder zu niedrige Werte führen zu Abweichungen in Maßhaltigkeit und Festigkeit. Für bestimmte Anwendungen (z. B. kaschierte oder bedruckte Qualitäten) können engere Toleranzbänder sinnvoll sein, um Planlage und Weiterverarbeitbarkeit sicherzustellen.

Begriffliche Einordnung und Messbasis

Der Feuchtegehalt wird in der Regel als Massenprozent angegeben. In der Papierprüfung ist dabei wichtig, ob der Wert auf die nasse oder die ofentrocken bestimmte Masse bezogen ist. In der Praxis der Wellpappenherstellung hat sich die Angabe in Prozent bezogen auf die ofentrockene Masse etabliert. Neben der Restfeuchte ist die Gleichgewichtsfeuchte (Equilibrium Moisture Content, EMC) relevant: Sie bezeichnet den Feuchtegehalt, den ein Material bei einer gegebenen Kombination aus Temperatur und relativer Luftfeuchte nach ausreichender Konditionierung annimmt. In Standardklimata (typisch 23 °C/50 % r. F.) liegt die EMC von Papier oft im Bereich von etwa 7–8 % und dient als Referenz für die Beurteilung der Restfeuchte nach der Produktion. Zur Klarstellung: Feuchtegehalte auf Nassbasis und auf Ofentrocknungsbasis sind nicht direkt vergleichbar; bei der Dokumentation sollte die Bezugsbasis daher stets eindeutig benannt werden.

Für Hintergrundwissen zu maßlichen Aspekten, die durch Feuchte beeinflusst werden (z. B. Quellen und Schwinden), bieten sich praxisnahe Erläuterungen zu relevanten Abmessungen von Wellpappbogen an.

Die Relevanz der Restfeuchte

Die Bedeutung der Restfeuchte in der Wellpappenherstellung ist nicht zu unterschätzen. Sie trägt maßgeblich zur Qualität und Stabilität der Endprodukte bei. Eine zu hohe Restfeuchte kann zum Beispiel dazu führen, dass die Pappe aufquillt und an Festigkeit verliert. Eine zu niedrige Restfeuchte hingegen kann das Material brüchig und spröde werden lassen. Zudem kann die Restfeuchte Maschinenprozesse beeinflussen, indem sie das Laufverhalten der Wellpappenbogen während der Verarbeitung und den Klebeprozess bei der Herstellung von Wellpappenverpackungen beeinflusst. Ebenso wirkt sie auf Bedruckbarkeit, Kaschierfähigkeit und die Planlage in nachgelagerten Prozessen wie Faltschachtelverklebung oder automatisierter Aufrichtung. Durch Einseitigkeiten im Feuchteprofil entstehen häufig Verzugstypen (z. B. Längs- oder Querkrümmung), die zu Passerdifferenzen, Stanzgratbildung und erhöhter Ausschussquote führen können.

Konkrete Auswirkungen in der Praxis

• Mechanische Kennwerte: ECT, BCT und FCT sind feuchtesensitiv. Abweichungen vom Zielbereich führen zu messbaren Festigkeitsverlusten oder zu Schwankungen im Prüfresultat.
• Maß- und Planlage: Lokale Feuchtegradienten verursachen Verzug, Wellenbildung und Krümmung. Das erschwert Rillen, Stanzen und Falzen und wirkt sich auf Passgenauigkeit und Stapelstabilität aus.
• Klebverhalten: Zu trockene Decken- oder Wellenbahnen nehmen Klebstoff schlechter auf; zu feuchte Oberflächen verzögern das Abbinden. Beides beeinflusst die Verbundqualität.
• Rill- und Perforierbarkeit: Der Feuchtegehalt steuert die Fasermobilität. Zu trockene Bogen neigen zu Faserbruch an Rilllinien, zu feuchte zu Quetschungen.
• Lager- und Transporteignung: Schwankende Umgebungsbedingungen können nachträgliche Feuchteaufnahme oder -abgabe bewirken und so zu Dimensionsänderungen führen.
• Druck- und Kaschierbild: Ungleichmäßige Feuchte verursacht Farbannahme- und Trocknungsunterschiede sowie Blasenbildung oder Wellen bei der Kaschierung.
• Weiterverarbeitbarkeit: Variierende Feuchte fördert elektrostatische Effekte bei trockenen Bogen oder Blockbildung bei zu feuchten Stapeln.

Messung der Restfeuchte

Zur Sicherstellung einer optimalen Restfeuchte in der Wellpapp-Verpackung wird diese kontinuierlich gemessen. Mittels spezieller Feuchtigkeitsmessgeräte wird der Feuchtigkeitsgehalt während des gesamten Produktionsprozesses überwacht. Die Messung erfolgt mittels Sensorik, ohne die Pappe zu berühren, sodass kein Produktionsausfall durch die Messung entsteht. So kann ein konstanter Feuchtigkeitsgehalt sichergestellt werden, der die Qualität der Wellpappenprodukte gewährleistet. Eine belastbare Messstrategie kombiniert prozessnahe Inline-Werte mit referenzierten Laborbestimmungen, dokumentiert Trends und gleicht Kalibrierabweichungen systematisch aus.

Inline- und Laborverfahren

In der Linie kommen vor allem berührungslose Systeme wie Mikrowellen-, Infrarot- oder NIR-Sensoren zum Einsatz. Sie liefern kontinuierliche Querschnittsprofile und ermöglichen eine Regelung von Vorheizer-Temperatur, Wickelwinkel und Klebstoffauftrag. Für Referenz- und Kalibrierzwecke wird ergänzend das ofentrockene Laborverfahren genutzt, bei dem Proben konditioniert, gewogen, bei definierter Temperatur getrocknet und erneut gewogen werden. Ein regelmäßiger Abgleich (z. B. im Rahmen von Kalibrierplänen) minimiert Messunsicherheiten und stellt die Vergleichbarkeit zwischen Schichten und Maschinen sicher.

• Prozessnah: Inline-Sensorik für sofortiges Feedback und geschlossene Regelkreise.
• Referenz: Ofentrocknung nach standardisierten Verfahren zur Verifikation und Kalibrierung.
• Qualitätssicherung: Dokumentation von Trends, Toleranzen und Grenzwertverletzungen.
• Profilqualität: Erfassung von Quer- und Längsprofilen zur gezielten Korrektur einseitiger Feuchteverteilungen.

Prüfklima und Probenahme

Ein definiertes Prüfklima (typisch 23 °C/50 % r. F.) und eine repräsentative Probenahme sind essenziell. Quer- und Längsprofile sowie Messungen vor und nach kritischen Prozessschritten (Vorbefeuchtung, Wellenbildung, Verklebung, Trocknung) erlauben eine gezielte Ursachenanalyse bei Abweichungen. Proben sollten aus verschiedenen Zonen (Rand, Mitte) und Bahnlagen entnommen werden; Transport und Lagerung der Proben haben in geschlossenen Behältnissen zu erfolgen, um Feuchteänderungen zwischen Entnahme und Prüfung zu vermeiden. Für statistisch belastbare Aussagen empfiehlt sich ein definierter Stichprobenumfang mit wiederholten Messungen.

Kennzahl und Berechnung

Zur Interpretation von Messwerten ist die Bezugsbasis entscheidend. Üblich ist die Angabe in Prozent bezogen auf die ofentrockene Masse. Die Berechnung erfolgt als Verhältnis der Wasser-Masse zur Masse des ofentrockenen Materials multipliziert mit 100. Abweichungen in der Methodik (z. B. unterschiedliche Trocknungstemperaturen oder -dauern) beeinflussen die Ergebnisse und sollten in Prüfplänen eindeutig festgelegt werden, um Vergleichbarkeit sicherzustellen.

Einflussfaktoren und Prozesssteuerung

Die Restfeuchte ergibt sich aus einem Zusammenspiel von Rohpapier, Prozessparametern und Umgebungsbedingungen. Wichtige Stellgrößen sind:

• Rohpapier: Faserzusammensetzung, Grammatur und Leimung beeinflussen Sorptionsverhalten und Wasseraufnahme.
• Vorheizer und Vorbefeuchtung: Temperatur, Kontaktzeit und Wickelwinkel steuern die Feuchte im Bahnverbund.
• Klebstoff: Rezeptur, Viskosität und Auftragsmenge wirken auf Trocknung, Bindung und Restfeuchte ein.
• Maschinengeschwindigkeit: Höhere Geschwindigkeiten verkürzen Trocknungszeiten und können Feuchtegradienten verstärken.
• Hallenumgebung: Temperatur und relative Luftfeuchte fördern entweder Trocknung oder Reabsorption nach der Herstellung.
• Produktdesign: Wellenart, Deckpapiergrammaturen und Mehrlagenaufbauten reagieren unterschiedlich auf Feuchteprofile und beeinflussen die Warp-Neigung.

Praxisempfehlungen

1. Rohpapier konditionieren: Rollen vor der Verarbeitung an das Produktionsklima anpassen.
2. Feuchteprofile ausgleichen: Querseitige Vorheizer-Einstellungen und Klebstoffauftrag symmetrisch ausbalancieren.
3. Setpoints definieren: Produktspezifische Zielwerte und Toleranzbänder hinterlegen und überwachen.
4. Nachlauf überwachen: Feuchte und Temperatur bis zur Stapelbildung und im Lager beobachten, um Reabsorption zu vermeiden.
5. Saisonale Anpassungen einplanen: Parameter für winterliche Trockenphasen und sommerlich feuchte Klimata differenziert justieren.
6. Sensorik pflegen: Regelmäßige Reinigung, Kalibrierung und Funktionsprüfungen verhindern Drifts und Fehlinterpretationen.

Vor- und Nachteile von Restfeuchte

Der Regulierung der Restfeuchte kommt eine entscheidende Rolle zu. Bei optimaler Einstellung kann die Restfeuchte zu einer verbesserten Produktqualität und Produktionsleistung beitragen. Vorteile sind beispielsweise eine höhere Stabilität des Materials, ein verbessertes Laufverhalten in den Maschinen und eine Konstanz im Produktionsprozess. Auch die Reproduzierbarkeit von Rillgeometrien, konstante Klebnahtqualitäten und stabile Druckergebnisse werden durch einen kontrollierten Feuchtehaushalt begünstigt.

Die Nachteile von nicht optimal ajustierter Restfeuchte können gravierend sein. Eine zu hohe Restfeuchte kann nicht nur zum Aufquellen und Verformen des Materials, sondern auch zu Produktionsstörungen führen. Eine zu niedrige Restfeuchte hingegen kann zu Brüchigkeit, zu Problemen beim Kleben und letztendlich zu Kundenreklamationen führen. Deshalb ist die Überwachung und Steuerung der Restfeuchte ein wichtiger Bestandteil der Produktionskette in der Wellpappenherstellung. Neben Qualitätsrisiken erhöhen sich bei abweichenden Feuchtewerten häufig auch Energiebedarf und Makulaturanteil.

• Vorteile im Zielbereich: Stabilere Kennwerte, bessere Rillqualität, geringere Ausschussquote, zuverlässige Klebverbindungen.
• Risiken bei Abweichungen: Verzug, Delamination, eingerissene Rilllinien, schwankende Festigkeiten, Stopper in der Weiterverarbeitung.
• Prozessnutzen: Gleichmäßige Feuchte erleichtert voraussagbare Maschineneinstellungen und reduziert Einrichtzeiten.
• Kostenauswirkungen: Konstante Restfeuchte senkt Nacharbeit, minimiert Reklamationen und unterstützt effiziente Materialnutzung.

Lagerung und Konditionierung

Nach der Herstellung sollten Bogen oder Zuschnitte in einem klimatisch geeigneten Bereich lagern. Eine Konditionierung von 24–48 Stunden im vorgesehenen Einsatzklima reduziert Spannungen und gleicht Feuchtegradienten aus. Direkte Sonneneinstrahlung, Zugluft oder stark schwankende Raumfeuchte sind zu vermeiden. Stapel sollten luftumspült, eben und vor Feuchtequellen geschützt stehen. Ein Lagerklima im Bereich von etwa 18–24 °C und 45–55 % relativer Luftfeuchte hat sich als praxistauglich erwiesen. Abdeckungen sollten diffusionsoffen gewählt und Wickel- oder Stretchfolien so eingesetzt werden, dass keine unerwünschten Mikroklimata mit Kondensatbildung entstehen.

Normen und Prüfhinweise

Für die Bestimmung des Feuchtegehalts von Papier und Pappe kommen standardisierte Laborverfahren zum Einsatz. Ergänzend ist ein definiertes Prüfklima für mechanische Kennwerte bedeutsam, damit Messergebnisse vergleichbar bleiben. Prüfpläne sollten die Probenahmeorte, die Konditionierungsdauer und die zulässigen Toleranzen festlegen, um Trends frühzeitig zu erkennen und gegenzusteuern. Relevante Regelwerke sind beispielsweise ISO 287 (Bestimmung des Feuchtegehalts), ISO 186 (Probenahme), ISO 187 (Standardklimata), ISO 3037 (Kantenstauchwiderstand ECT), ISO 3035 (Flachstauchwiderstand FCT) sowie ISO 12048 (Druckversuch an kompletten Verpackungen, BCT). Ergänzend werden in der Praxis TAPPI-Methoden und FEFCO-Richtlinien als Referenz herangezogen, sofern kompatibel.

Zusammenhang zwischen Restfeuchte und Verzug

Verzug entsteht häufig durch ungleichmäßige Feuchteverteilung über die Breite oder Dicke des Verbunds. Einseitig befeuchtete oder ungleich erhitzte Deckbahnen führen zu asymmetrischen Schrumpf- und Quellvorgängen. In der Folge entstehen Längs- oder Querkrümmungen sowie S- oder W-förmige Verzüge. Abhilfe schaffen symmetrische Vorheizer-Setups, angepasste Leimaufträge, kontrollierte Kühlzonen nach der Trocknung und eine ausreichende Konditionierung vor dem Rillen und Stanzen. Die kontinuierliche Überwachung der Querschnittsfeuchte liefert die Grundlage für zielgerichtete Korrekturen.

Praxisbeispiele und typische Szenarien

In winterlichen Trockenphasen sinkt die Umgebungsfeuchte in Produktionshallen häufig deutlich, wodurch das Papier stärker austrocknet. Ohne Gegenmaßnahmen (z. B. Anpassung der Vorbefeuchtung oder Reduktion der Vorheizertemperaturen) können spröde Brüche an Rilllinien und Klebprobleme auftreten. Im Sommer hingegen begünstigt hohe Luftfeuchte eine Reabsorption nach der Produktion; Planlagenverluste und verzögertes Abbinden des Stärkeklebstoffs sind typische Folgen. Bei höheren Grammaturen oder mehrlagigen Aufbauten reagieren die Verbunde träger; hier sind längere Konditionierungszeiten und engmaschige Profilkontrollen zielführend.

Zusammenfassung:

• Die Restfeuchte ist der Anteil an Feuchtigkeit, der nach dem Herstellungsprozess in Materialien wie Wellpappe verbleibt.
• Bei der Produktion von Verpackungen ist darauf zu achten, dass eine zu hohe Restfeuchte die Stabilität und Qualität der Wellpapp-Verpackungen negativ beeinflussen kann.
• Mithilfe spezieller Messverfahren kann die Restfeuchte exakt bestimmt und so eine optimale Materialbeschaffenheit für robuste, langlebige Verpackungen sichergestellt werden.
• Optimale Restfeuchte stabilisiert mechanische Kennwerte, verbessert die Klebung und verringert Verzug sowie Ausschuss.
• Ein abgestimmtes Zusammenspiel aus Rohpapier, Temperaturführung, Klebstoffauftrag und Hallenklima ist entscheidend, um Zielwerte sicher zu treffen.
• Inline-Messung und referenzierte Laborbestimmung bilden zusammen die Basis für eine belastbare Prozessregelung und Dokumentation.
• Geeignete Lagerung und Konditionierung vor der Weiterverarbeitung reduzieren Feuchtegradienten und sichern eine gleichbleibende Qualität.
• Normkonformes Prüfklima, klare Prüfanweisungen und regelmäßige Kalibrierungen erhöhen die Vergleichbarkeit und Prozesssicherheit.