Laminierkleber auf Wasserbasis im Vergleich zu lösungsmittelbasierten und lösungsmittelfreien Typen

Der Markt für Laminierklebstoffe für flexible Lebensmittelverpackungen wird heute von lösemittelhaltigen und reaktiven lösungsmittelfreien Polyurethansystemen dominiert. Reaktive lösungsmittelfreie Klebstoffe sind aufgrund von Kostenvorteilen und der Tatsache, dass Emissionen organischer Lösungsmittel vermieden werden, als Ersatz für lösemittelhaltige Klebstoffe sehr beliebt geworden. Es gibt jedoch zwei Einschränkungen der lösungsmittelfreien Klebstofftechnologie: Insbesondere Laminate, die mit lösungsmittelfreien Klebstoffen für High-End-Verpackungsanwendungen hergestellt wurden, müssen mehrere Tage gelagert werden, bevor sie für Lebensmittelverpackungen verwendet werden. Diese Lagerzeiten sind notwendig, um die Haftfestigkeit für nachfolgende Schnitt- und Versiegelungsprozesse aufzubauen und um niedermolekulare Inhaltsstoffe mit einem toxikologischen Risikopotential für das verpackte Lebensmittel zu eliminieren. Ein weiterer Nachteil von lösungsmittelfreien Klebstoffen kann sein, dass das optische Erscheinungsbild von Drucken und die Transparenz von nicht bedruckten klaren Laminaten erheblich schlechter sein können als die von Laminaten, die mit lösemittelhaltigen Klebstoffen hergestellt werden.

Angesichts der Einschränkungen der derzeitigen lösungsmittelbasierten und lösungsmittelfreien Laminierklebstoffe stellt sich die Frage: Können Klebstoffe auf Wasserbasis eine attraktive Alternative sein?

Die Schälfestigkeit einer Laminatbindung hängt in hohem Maße vom Molekulargewicht des Klebstoffs ab. Um eine signifikante Bindungsstärke zu erzielen, sollten polymere Klebstoffe mindestens ein mittleres Molekulargewicht von mehreren 10000 Dalton aufweisen. Eine Herausforderung für Zweikomponenten-Polyurethan-Klebstoffe, die heute verwendet werden, besteht darin, dass der Aufbau des Molekulargewichts im Klebstoff zwischen den Filmen einen bestimmten Zeitraum erfordert.

Bevor der reaktive Klebstoff ein ausreichendes Molekulargewicht erreicht hat, zeigt das Laminat nur eine sehr begrenzte Beständigkeit gegen mechanische Beanspruchung. Bei Verwendung von lösungsmittelfreien Klebstoffen, die typischerweise von Komponenten mit sehr niedrigem Molekulargewicht ausgehen (Abbildung 1), besteht die Gefahr, dass sich die Filme unmittelbar nach dem Laminieren der zweiten Bahn aufgrund einer noch nicht zusammengebauten Haftfestigkeit gegeneinander bewegen. In diesem Fall ist eine schnelle Verarbeitung von frisch zubereiteten Laminatwalzen schwierig. Das Zurückspulen und Schneiden ist erst nach mehreren Stunden Lagerung der Laminatwalzen möglich, und die Gefahr des Teleskopierens der Walzen ist allgegenwärtig. Heißsiegelvorgänge können in der Regel erst nach mehreren Tagen durchgeführt werden, da die hohe mechanische Beanspruchung des Laminats während des Versiegelungsprozesses eine ausreichend starke Klebkraft des Laminierklebstoffs erfordert.

Neben der begrenzten Grünfestigkeit sind Anwender von reaktiven Polyurethan-Klebstoffen mit einem weiteren Problem konfrontiert, und das ist das Risiko einer Kontamination des Lebensmittels, das mit giftigen Bestandteilen verpackt wird. Üblicherweise enthalten lösemittelhaltige und insbesondere lösungsmittelfreie Klebstoffe einige Prozent monomere aromatische Isocyanate, beispielsweise Diphenylmethandiisocyanat (MDI). Diese Chemikalie wird aufgrund ihrer hohen chemischen Reaktivität als Bestandteil der Klebstoffe verwendet, um einen schnellen Aufbau des Molekulargewichts und damit der Bindungsstärke zu ermöglichen. Wenn nicht umgesetztes aromatisches Isocyanat im Klebstoff verbleibt, besteht die Gefahr, dass dieses Isocyanat durch den inneren Laminatfilm in das verpackte Lebensmittel wandert und dort unter Bildung eines aromatischen Amins hydrolysiert.

Solche aromatischen Amine stehen im Verdacht, Krebs zu verursachen, und dürfen in der Nahrung nicht nachgewiesen werden. Infolge dieser Gefahr müssen zwischen der Laminatherstellung und dem Befüllen der flexiblen Verpackung mit Lebensmitteln mehrere Tage liegen. Diese Lagerzeit stellt sicher, dass das aromatische Isocyanat in der Klebstoffschicht vollständig in ein ungiftiges Produkt umgewandelt wurde, indem es in das Polymernetzwerk des Klebstoffs eingearbeitet wird. In den letzten Jahren konnte diese Wartezeit für lösungsmittelfreie Klebstoffe durch chemische Innovationen erheblich verkürzt werden. Bis heute beträgt die Lagerzeit jedoch in der Regel mindestens einige Tage. Für Hochleistungsanwendungen, z. Retortenverpackung, notwendige Lagerzeiten können in beheizten Kammern bis zu 2 Wochen betragen.

Eine Reihe von Laminierklebstoffen auf Wasserbasis wurde erfolgreich für flexible Verpackungsanwendungen entwickelt. Wie in diesem Artikel gezeigt, bieten die Klebstoffe auf Wasserbasis eine hervorragende Lebensmittelsicherheit und Klebstoffgrünfestigkeit, was wiederum die Inline-Verarbeitung ermöglicht, um die Gesamtverarbeitungszeit zu verkürzen. Zusätzlich kann eine hervorragende Filmklarheit und Druckbrillanz erreicht werden. Mit diesen Vorteilen ist Klebstoff auf Wasserbasis eine sehr attraktive Wahl für Laminierklebstoffe für die wachsende flexible Verpackungsindustrie.

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