Für jeden Einsatz die richtige Lösung finden

Silikonpolymere für effiziente Trennbeschichtungen

Der Münchner Chemiekonzern Wacker entwickelt nicht nur Rezepturen für Silikontrennmittel, sondern testet das gesamte System auch am eigenen Pilotcoater in Burghausen

Haftetiketten mit perfekter Trennschicht bei niedrigen Herstellkosten – dieses Ziel zwingt die Hersteller zu einem schwierigen Spagat. Hilfe sollen vier neue Silikonpolymere von Wacker bieten. Sie sollen Kosteneinsparungen beim Beschichtungsprozess ermöglichen und dafür sorgen, dass das Etikettenlaminat auch auf schnelllaufenden Maschinen weiterverarbeitet werden kann. Im folgenden Artikel erfahren sie mehr über die neuen Produkte und die technologischen Hintergründe zur Silikonisierung.

Wo Konsumgüter sind, sind auch Haftetiketten: Marktexperten schätzen, dass weltweit rund zwei Fünftel aller Flaschen, Tuben, Dosen oder anderer Gebinde im Lebensmittel-, Non-Food-und Medizinbereich mit Haftetiketten dekoriert sind. Bevor das Etikett jedoch auf die Dose kommt, muss es durch ein silikonisiertes Trennpapier oder eine Trennfolie geschützt werden. 2014 wurden weltweit etwa 42.000 Quadratkilometer Trägersubstrat mit Silikontrennmitteln beschichtet – eine Fläche so groß wie die Niederlande.

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Warum sind Silikontrennmittel so wichtig?

Ein Blick auf die Etikettenherstellung gibt Aufschluss. Haftetiketten bestehen aus zwei Lagen: dem Trennpapier bzw. der Trennfolie und einem Haftmaterial, dem eigentlichen Etikett. Im ersten Schritt wird das Trägermaterial – häufig ein verdichtetes Papier – mit einem flüssigen Silikontrennmittel beschichtet. Darauf wird der Haftklebstoff aufgetragen, anschließend das Deckpapier. Trennpapier und Haftmaterial bilden gemeinsam den Haftverbund. Dieser Verbund, auch Etikettenlaminat genannt, wird aufgerollt und in Längsrichtung auf die gewünschte Breite zugeschnitten. Anschließend werden die Etiketten in der gewünschten Form gestanzt, ohne das darunter liegende Trennpapier zu beschädigen. Vor der Etikettierung wird das Papiergitter entfernt, das netzartig zwischen den einzelnen Etiketten liegt.

Auf die Trennschicht kommt es an

Eine zentrale Rolle bei der Etikettenherstellung übernimmt die etwa ein Mikrometer dünne Silikontrennschicht auf dem Träger. Sie ist fest mit dem Trägermaterial – einem Basispapier oder einer Basisfolie – verbunden und verbleibt dort auch nach dem Abziehen des Etiketts. Sie schützt den Klebstoff und trennt die Klebstoffschicht vom Trägermaterial. Nur so lässt sich der Aufkleber vom Träger abziehen – im richtigen Augenblick und mit exakt der gewünschten Trennkraft (siehe auch Kasten unten).

Die Kunst des Laminatherstellers besteht darin, die gewünschte Trennkraft so einzustellen, dass sowohl der Gitterabzug als auch das Etikettieren problemlos funktionieren. Gerade das ist in der Praxis aber gar nicht so einfach: erstens, weil Gitterabzug und Etikettierung bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten erfolgen; und zweitens, weil sich die viskoelastischen Eigenschaften des Klebers und die Trenneigenschaft der Silikonschicht mit zunehmender Abziehgeschwindigkeit verändern. Während sich der Kleber beim langsamen Abziehen eher wie Kaugummi verhält und zähe Fäden zieht, verstrammt er mit zunehmender Geschwindigkeit. Bei sehr schnellem Abzug wird er spröde wie Glas.

Das wirkt sich auch auf die Trennkräfte aus, die beim Abziehen entstehen. Beim langsamen Abziehen trennt sich der weiche Kleber besonders leicht von Silikontrennbeschichtungen, die aus einem weitmaschigen Netzwerk bestehen. Trennbeschichtungen mit einem engmaschigen Netzwerk erfordern dagegen eine höhere Abzugskraft. Umgekehrt verhält es sich beim schnellen Gitterabzug. Hier trennt sich der Kleber leichter von engmaschigen Silikontrennbeschichtungen als von weitmaschigen. Mit Silikonpolymeren, die weitmaschige Netzwerke ausbilden, steigt die Trennkraft mit zunehmender Abzugsgeschwindigkeit an. Sie besitzen folglich ein ansteigendes Trennkraftprofil. Dagegen liefern Silikonpolymere, die ein engmaschiges Netzwerk aufweisen, ein flaches Trennkraftprofil.

Sternpolymere mit verzweigter Molekülstruktur

Hier setzen die neuen, lösemittelfreien Silikonpolymere an, die der Münchner Chemiekonzern Wacker für die neue Dehesive-SFX-Serie entwickelt hat. Im Gegensatz zu herkömmlichen Silikontrennmitteln sind die neuen Silikonpolymere sternartig aufgebaut. Sie besitzen eine hochverzweigte dreidimensionale Molekülarchitektur. Von einem zentralen Baustein aus zweigen mehrere Silikonarme ab, die in verschiedene Raumrichtungen weisen. Jeder Zweig trägt an seinem Ende eine Vinylgruppe. Ein sternförmiges Silikonmolekül enthält somit mehrere vernetzungsfähige Vinylgruppen, deren Zahl mit zunehmender Verzweigung wächst.

Diese sternartige Struktur beeinflusst die Eigenschaften der neuen Polymere entscheidend. Aufgrund ihrer verzweigten Molekülstruktur sind sie in der Lage, engmaschige Netzwerke zu bilden. Ihr Molekülaufbau bewirkt somit ein flaches Trennkraftprofil. Das ist vor allem beim Einsatz auf High-Speed-Beschichtungsanlagen ein großer Vorteil.

Da die neuen Sternpolymere so viele vernetzungsfähige Gruppen enthalten, sind sie auch außerordentlich reaktiv. Sie vernetzen deutlich schneller als herkömmliche Silikonpolymere gleicher Viskosität. Diese hohe Reaktivität kann auch zur Einsparung von Platin genutzt werden, das als Katalysator die Vernetzung der Trennschicht steuert. Wie viel konkret eingespart werden kann, hängt allerdings vom ausgewählten Sternpolymer und von den Aushärtungsbedingungen ab.

Die Silikonpolymere im Einzelnen

Die neuen Sternpolymere sind für verschiedene Substrate maßgeschneidert und ergeben unterschiedliche Trennkraftprofile. Sie unterscheiden sich vor allem in der Viskosität und in der Vernetzungsgeschwindigkeit.

Das reaktivste der vier neuen Polymere ist Dehesive SFX 250. Bei diesem Typ verläuft die Vernetzung extrem schnell – ein Vorteil für den Einsatz auf Hochgeschwindigkeits-Beschichtungsanlagen. Das Polymer besitzt ein außerordentlich flaches Trennkraftprofil. Daher ist es das Material der Wahl, wenn besonders hohe Abzugsgeschwindigkeiten angestrebt werden. Das mit einer Viskosität von 200 Millipascalsekunden (mPa*s) relativ niedrigviskose Silikon eignet sich besonders gut zur Beschichtung dichter Trägersubstrate.

Der Trägermaterialhersteller kann die hohe Reaktivität von Dehesive SFX 250 auch zur Verringerung des Platinkatalysators oder zur Senkung der Temperaturen beim Aushärten nutzen. Beides führt zu Kostensenkungen. So genügt für eine vollständige Aushärtung bereits ein Platingehalt von nur 20 parts per million im Beschichtungssystem. Mit Dehesive SFX 250 sind – im Vergleich zu Standard-Silikonpolymeren – Platineinsparungen von bis zu 60 Prozent möglich.

Bei rauen, porösen Papiersubstraten dringt ein dünnflüssiges Silikon leichter in die Poren ein und wird vom Untergrund eher aufgesaugt. Deshalb müssen Beschichtungsmittel für solche Substrate eine höhere Viskosität besitzen. Wird dagegen ein etwas dickflüssigeres Silikon verwendet, bleibt mehr Beschichtungsmittel auf der Papieroberfläche. Soll auf porösen Untergründen ein schnell vernetzendes Silikon eingesetzt werden und wird eine niedrige Trennkraft bei hohen Abzugsgeschwindigkeiten angestrebt, ist der Einsatz von Dehesive SFX 380 mit seiner Viskosität von 400 mPa*s von Vorteil. Es hat innerhalb der Produktfamilie die höchste Viskosität.

Bei dichtem, glatten Untergrund verbleibt das aufgebrachte Silikon fast vollständig auf der Oberfläche und verteilt sich gleichmäßig über die Fläche. Dies ist bei Foliensubstraten und hochwertigen Glassine-Papieren der Fall. Für solche Substrate hat Wacker das dünnflüssige Dehesive SFX 195 entwickelt, dessen Viskosität liegt bei 190 mPa*s. Weil es dichte Substrate hervorragend abdeckt, genügt ein sparsamer Auftrag. Im Vergleich zu Standardsiliconen kann das Auftragsgewicht bei geeigneten Substraten um bis zu 20 Prozent verringert werden.

Das vierte Polymer, Dehesive SFX 280, zeichnet sich durch ein sehr ausgewogenes Eigenschaftsprofil aus. Mit einer Viskosität von 220 mPa*s, die im mittleren Bereich der neuen Sternpolymere liegt, eignet es sich gleichermaßen für dichte wie auch für poröse Substrate. Diese Type ist der Allrounder unter den Sternpolymeren.

Fazit

Die neuen Dehesive-SFX-Sternpolymere verbessern die Möglichkeiten, Etikettenlaminate mit flachem Trennkraftprofil wirtschaftlich herzustellen. Die hohe Reaktivität und das flache Trennkraftprofil macht sie dann zum Rohstoff, wenn hochwertige Trägersubstrate schnell und kosteneffizient beschichtet werden sollen und das Etikettenlaminat für die Weiterverarbeitung auf schnelllaufenden Maschinen vorgesehen ist. Weil sich bei hohen Beschichtungsgeschwindigkeiten ein störender Sprühnebel bilden kann, bietet Wacker die Sternpolymere auch mit einem integrierten Anti-Misting-Additiv an, welches die Nebelbildung verhindert. Diese als AMA-Versionen bezeichneten Produkttypen vervollständigen die Produktfamilie Dehesive SFX.