Wasseraufnahmefähigkeit

Wellpappe ist ein Material, das in der Verpackungsindustrie häufig Verwendung findet. Sie zeichnet sich durch eine hohe Stabilität aus und ist gleichzeitig leichtgewichtig. Eine besonders relevante Eigenschaft der Wellpappe ist ihre Wasseraufnahme. Sie beeinflusst die Festigkeit der Wellpappe und hat Einfluss auf deren Verarbeitungs- und Verwendungsmöglichkeiten. Da der Faserverbund hygroskopisch ist, reagiert er sowohl auf flüssiges Wasser als auch auf Luftfeuchte: Beides wirkt sich auf den Feuchtegehalt, die Maßhaltigkeit und die mechanische Leistungsfähigkeit der Wellpappe aus.

In der Praxis bedeutet dies: Zellulosefasern nehmen Feuchtigkeit über Kapillaren und Faserwandporen auf, quellen anisotrop (längen- und querrichtungsabhängig) und verändern dadurch Steifigkeit, Elastizität und Kriechverhalten. Schon moderate Feuchteerhöhungen können Kantenstauchwiderstand (ECT) und Stapeldruckfestigkeit (BCT) senken, während ungleichmäßige Feuchteverteilungen zu Verzug, Planlagenproblemen und Passerdifferenzen beim Druck führen. Für prozesssichere Verpackungen ist deshalb ein planvolles Feuchtemanagement über die gesamte Supply Chain essenziell.

Definition: Was versteht man unter Wasseraufnahmefähigkeit?

Die Wasseraufnahmefähigkeit bezeichnet, wie viel Wasser ein Material aufnehmen kann, ohne seine Struktur zu verändern. Bei der Wellpappe bestimmt die Wasseraufnahmefähigkeit maßgeblich die Stabilität. Wird zu viel Wasser aufgenommen, kann dies die Festigkeit der Wellpappe beeinträchtigen. Der Grad der Wasseraufnahme wird durch verschiedene Faktoren bestimmt, unter anderem die Papierqualität und -dicke, die Art der Welle sowie die Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen während der Lagerung und des Transports. Zusätzlich ist zwischen der Aufnahme von flüssigem Wasser an Oberfläche und Schnittkanten und der Feuchteaufnahme aus der Umgebungsluft zu unterscheiden; beides wird technisch unterschiedlich bewertet und gesteuert.

Terminologie und Abgrenzung

Im Kontext von Wellpappe werden mehrere, eng verwandte Begriffe genutzt: Feuchteaufnahme (Aufnahme von Wasserdampf), Wasseraufnahme (Aufnahme von flüssigem Wasser), Benetzbarkeit (Oberflächenverhalten/Kontaktwinkel), kapillare Saugfähigkeit und Nassfestigkeit. Während der Cobb-Wert primär die Flüssigwasseraufnahme einer Papieroberfläche beschreibt, charakterisieren Klimaprüfungen die Auswirkungen der Umgebungsfeuchte auf mechanische Kennwerte. Die resultierende Gleichgewichtsfeuchte (EMC) folgt Sorptions- und Desorptionsisothermen und weist eine Hysterese auf.

Einflussfaktoren im Überblick

• Faserstoffzusammensetzung und Grammatur: Liner und Wellenpapier mit hoher Dichte und angepasster Leimung nehmen meist weniger Wasser auf als offenporige Qualitäten.
• Leimungsgrad und Oberflächenbehandlung: Innen- und Oberflächenleimung sowie gegebenenfalls Beschichtungen reduzieren die kapillare Saugfähigkeit.
• Geometrie der Welle: Höhe und Teilung beeinflussen das Verhältnis von Oberfläche zu Masse und damit die Empfindlichkeit gegenüber Feuchte.
• Verarbeitung und Klebstoffsystem: Wasserhaltige Stärkeleime, Trocknung und Pressung im Herstellprozess bestimmen die Restfeuchte und spätere Reaktion.
• Klimabedingungen: Temperatur und relative Luftfeuchte während Lagerung, Transport und Einsatz beeinflussen den Gleichgewichtsfeuchtegehalt.
• Schnittkanten: An Kanten und Stanzungen kann Wasser schneller kapillar eindringen als auf geschlossenen Flächen.
• Faserherkunft und Sekundärfasern: Recyclingfasern mit Fein- und Füllstoffanteilen können ein anderes Sorptionsverhalten aufweisen als Frischfasern.
• Druckfarben und Lacke: Wasserbasierte Farben, Dispersionslacke oder Primerschichten verändern die Benetzbarkeit und Trocknungsdynamik.
• Schichtaufbau: Kombinationen wie BC- oder EB-Welle differieren in Porosität, Masse und Oberflächenanteilen, was die Feuchteempfindlichkeit beeinflusst.
• Palettierung und Verpackungskonstruktion: Lüftungsöffnungen, Kantenöffnungen und Abdeckungen beeinflussen das lokale Feuchteprofil.

Einfluss der Wasseraufnahmefähigkeit auf die Qualität der Wellpappe

Die Qualität der Wellpappe hängt stark von der Wasseraufnahmefähigkeit ab. Sie beeinflusst, wie gut die Wellpappe Feuchtigkeit aushalten kann, ohne dabei an Festigkeit zu verlieren. Das ist besonders relevant, wenn Wellpappe zur Verpackung von Gütern verwendet wird, die gegen Feuchtigkeit empfindlich sind oder unter feuchten Bedingungen gelagert werden müssen. Steigt die Feuchte, sinken typischerweise Kantenstauchwiderstand und Stapeldruckfestigkeit; zusätzlich können Planlage, Dimensionsstabilität und die Performance von Klebungen und Verschlüssen beeinträchtigt werden. Eine gute Kontrolle der Wasseraufnahmefähigkeit ermöglicht eine optimale Anpassung an verschiedenste Verwendungs- und Lagerungsbedingungen und unterstützt reproduzierbare Prozesse beim Rillen, Stanzen, Drucken und Kleben. Für anwendungsnahe Orientierung zu Produkten unterstützt ein neutraler Überblick über geeignete Verpackungen für feuchte Umgebungen kurzfristig ab Lager verfügbar die Auswahl passender Lösungen.

Im Betrieb zeigen sich Feuchteeffekte häufig als Verzug zwischen Längs- und Querrichtung, verringerte Rillqualität, Klebeversagen an Laschen, Delamination in Zwickzonen sowie Kriechdeformation bei Dauerbelastung. Besonders kritisch sind Situationen mit Kondenswasser (Temperatursprünge) und lange Verweildauern bei hoher relativer Luftfeuchte ≥ 70 % r. F., da dort die mechanische Degradation beschleunigt verläuft.

Typische Einsatzszenarien mit Feuchteeinfluss

• Kühlkette und temperierte Logistik, bei der Kondenswasser entstehen kann.
• Außenumschläge beim Transport mit Niederschlag oder Spritzwasser.
• Verpacken feuchteempfindlicher Güter, bei denen ein Feuchtepuffer erforderlich ist.
• Längere Zwischenlagerung in wechselnden Klimazonen mit Tag-Nacht-Schwankungen.
• Obst- und Gemüselogistik mit Vor- und Nachkühlung sowie hoher Produktausatemfeuchte.
• Getränketrays und Umverpackungen in Abfüllbereichen mit Spritzwasserbelastung.
• Gartenbau- und Floristikversand, bei dem Substratfeuchte und Tauwasser eine Rolle spielen.

Methoden zur Bestimmung der Wasseraufnahmefähigkeit von Wellpappe

Um den Grad der Wasseraufnahmefähigkeit zu bestimmen, gibt es verschiedene Testmethoden. Eine gängige Methode ist der Cobb-Test. Bei diesem Test wird die Papieroberfläche einer bestimmten Menge Wasser ausgesetzt und danach die Menge des aufgenommenen Wassers gemessen. Durch solche Tests lässt sich die Qualität der Wellpappe und ihre Eignung für spezifische Verwendungszwecke bestimmen. Üblich ist die Angabe als Cobb-Wert in g/m² über eine definierte Prüfzeit (z. B. 60 Sekunden bei Cobb60), häufig bezogen auf die Deckpapiere. Wichtig ist eine standardisierte Probenkonditionierung, damit Ergebnisse vergleichbar bleiben.