Kleben

Das Kleben oder Versiegeln des Kartons bildet das letzte Glied in einer langen Verfahrenskette bei der Verarbeitung von Karton zu einer funktionellen und ansprechenden Verpackung. Dieser letzte Schritt muss mit der gleichen Sorgfalt durchgeführt werden wie die vorhergehenden Arbeitsgänge. Kleben ist kein schwieriges Verfahren, nachlässiges Arbeiten kann aber sehr kostspielige Folgen nach sich ziehen.

Unter Seitennahtverklebung versteht man das Auftragen des Klebers auf eine Seitenlasche, die so lange an eine Seitenfläche der Schachtel gepresst wird, bis die Klebenaht ausgehärtet ist. Die geklebten Kartonzuschnitte werden anschließend in der Regel in Kisten verpackt, wobei weiter- hin ein gewisser Druck auf die Klebenaht ausgeübt wird. Die Zuschnitte trocknen in den Kisten. Dieses Produktionsver-fahren muss äußerst sorgfältig kontrolliert werden, um unvor-hergesehene Probleme zu vermeiden. Es sollte ein Kleber verwendet werden, der sich beim jeweiligen Packungstyp bereits bewährt hat. Auch das Auftragen des Klebers sollte überprüft werden.

Side-seam gluing with hot melt glue requires precise machine settings. The glue seam must be fully developed after the application of pressure.

Das Kleben der Seitennaht mit Heißkleber erfordert eine genaue Einstellung der Maschinen. Nach dem Anpressen muss sich die Klebenaht voll ausgebildet haben.

Bei von unten befüllbaren Faltschachteln, die mit Kleb-stoffen auf Wasserbasis versiegelt werden, ist darauf zu achten, dass die Klebenaht schnell abbindet und der Karton über eine ausreichende Nassfestigkeit verfügt, um die Lasche so lange in der gewünschten Stellung zu halten, bis die Klebenaht getrocknet ist. Bei der Verwendung von Heiß-klebern ist dies nicht erforderlich, da die Haftfestigkeit durch schnelles Abkühlen erzielt wird.

Von oben befüllbare Faltschachteln, die in der Maschine aufgerichtet werden, können mechanisch verschlossen oder geklebt werden. Das Heißsiegeln kommt vorwiegend bei kunststoffbeschichteten Faltschachteln in der Aufricht-maschine zum Einsatz. Zum Verschließen der Packung wird meist Heißkleber verwendet, weil der Gegendruck an den Klebe-Kontaktflächen zum Heißsiegeln häufig nicht ausreicht.

Auch die Temperatur des Füllguts beeinflusst den Klebevorgang.


Klebevorgang. Klicken zum Vergrößern.

 

 

Klebstoff
  Beschreibung
  Anwendungen
 Wasserlösliche Klebstoffe
(Stärke/Eiweiß)
  Der Klebstoff besteht aus einer Stärke- oder Eiweißlösung, die auch Gummizusätze enthalten kann.   Ungestrichene und pigmentgestrichene Oberflächen in relativ langsamen Verfahren mit ausreichend langer Andruckzeit zur Ausbildung der Klebeverbindung.
Dispersionskleber oder
Weißleim
  Enthält kleine, in Wasser gelöste Kunststoff-partikel mit verschiedenen Zusätzen, um den Kleber weich und verarbeitungsfähig zu halten.   Wird in der Regel bei niedrigen oder mittleren Verfahrensgeschwindigkeiten eingesetzt. Weißleim ist kostengünstig und sparsam im Verbrauch. Er wird in gewissem Umfang auch für einseitig PE-beschichteten Karton verwendet.
Heißkleber   Besteht aus thermoplastischem Material und Zusätzen wie Harzen, Wachs und Antioxidationsmitteln. Die Auftragtemperatur liegt je nach Zusammensetzung zwischen 100 und 200 °C.   Sehr weit verbreitet in Hochgeschwindigkeitsverfahren für nahezu alle Arten von Oberflächen oder wenn Andruckdauer oder Gegendruck nicht für andere Klebeverbindungen ausreichen. Geringe Wärmebeständigkeit.

 

Die Wahl des jeweiligen Klebers ist wichtig. Er muss für Karton und Maschine gleichermaßen geeignet sein. Er muss geruchlos sein und darf Geruch und Geschmack des verpackten Produkts nicht beeinflussen. Der Klebstoff muss auf dem Karton haften und innerhalb des kurzen Anpressvorgangs in der Klebenaht ausreichende Haftfestigkeit entwickeln. Die meisten Klebstoffhersteller bieten eine ausführliche Beratung an. Sie sind mit den unterschiedlichen Kartonsorten, den gängigen Klebe- und Verpackungsmaschinen sowie Klebstoff-Auftragsystemen vertraut.

Mit verschiedenen Auftragsystemen lassen sich exakt definierte Klebstoffmengen auftragen. Die offene Zeit darf nicht zu lang sein, während die Andruckzeit ausreichend lang sein muss. Beim Kleben sind folgende Faktoren zu berücksichtigen:
• Der Klebstoff muss das Basismaterial benetzen und haften bleiben.
• Es muss genügend Klebstoff vorhanden sein, um eine Klebeverbindung zu erzielen, aber nicht so viel, dass er herausgedrückt wird.
• Der Klebstoff muss an der richtigen Stelle aufgetragen werden

• Der Druck muss aufrechterhalten bleiben, bis die Klebeverbindung fest genug ist.

Beschreibung von Klebeverfahren

Der Klebstoff wird vom Auftragsystem zuerst auf die erste Kartonoberfläche aufgetragen. Er benetzt die Oberfläche und beginnt auszuhärten. Die zweite Kartonoberfläche wird unter Druck angepresst, und es entsteht eine Klebeverbindung. Bei Verwendung von Klebstoffen auf Wasserbasis absorbiert der Karton zunächst das Wasser, so dass der Klebstoff abbinden kann. Heißkleber werden zum Aushärten gekühlt.

Als offene Zeit bezeichnet man den Zeitraum zwischen dem Auftragen des Klebstoffs und dem Anpressen der zweiten Oberfläche.

Dieser Zeitraum hängt von der Verpackungsmaschine ab und ist bei der Auswahl des Klebstoffs und der erforderlichen Klebstoffmenge zu berücksichtigen. Er kann sogar einen Einfluss auf die Wahl des Auftragsystems und -musters haben. Wird z. B. in einem Radauftragsystem ein Heiß- kleber verwendet, ist es möglich, dass eine zu dünne Klebstoffschicht aufgetragen wird, die bereits getrocknet ist, ehe die Seiten aneinandergepresst werden. Wird die Klebstoff-menge hingegen erhöht, lässt sich der Kleber nicht gleichmäßig auftragen und läuft nach. Hier empfiehlt sich statt-dessen ein Düsenauftragsystem. Mit der Düse wird ein kontrolliertes Klebstoffmuster aufgetragen, das die Wärme länger hält und dadurch ein einwandfreies Versiegeln ermöglicht.

Die Andruckzeit muss für die Ausbildung der Klebever-bindung ausreichen.

Klebstoffe

Der Klebstoff muss für Karton und Maschine gleichermaßen geeignet sein. Entscheidender Faktor ist das Substrat, weil von ihm die Wahl des geeigneten Klebstoffs abhängt. Die meisten Klebstoffhersteller bieten diesbezüglich eine ausführliche Beratung an.
Ein Klebstoff muss in der Regel folgende Anforderungen erfüllen:
• Der Klebstoff muss bei nahezu allen verfügbaren Auftragverfahren zuverlässig kleben.
• Der Klebstoff muss bei allen Kartonprodukten zufriedenstellende Klebeverbindungen erzielen.
• Das Auftragsystem muss leicht zu reinigen sein.
• Klebstoff und Verfahren müssen so aufeinander abge-stimmt sein, dass keine Geruchsstoffe oder toxische Substanzen entstehen, die zu einer Beeinträchtigung der Qualität von Lebensmitteln oder anderen empfindlichen Produkten führen können.
• Der Klebstoff muss für die Umgebungsbedingungen des Produktes geeignet sein, z. B. bei Backschalen oder Verpackungen für Tiefkühlkost.

Klebstoffauftragsystem

Das Auftragsystem trägt die erforderliche Menge Klebstoff im vorgesehenen Bereich auf. Der Klebstoff kann je nach Anwen-dung und Auftragsystem in unterschiedlichen Mustern aufgetragen werden.
Um allen Anforderungen des Verbrauchers gerecht zu werden, muss der Designer beim Entwurf der Verpackung wissen, für welches Produkt die Verpackung vorgesehen ist. Bei einer von oben befüllbaren Faltschachtel, die mit einem Produkt gefüllt wird, das keinen Widerstand bietet, muss der für die Versiegelung erforderliche Gegendruck beispielsweise von der Faltschachtel erzeugt werden. Im Folgenden werden die herkömmlichen Verfahren zum Auftragen der erforderlichen Klebstoffmenge beschrieben.

 


Beispiele für Klebstoffauftragmuster.

 

Ein Fingerauftragsystem besteht aus einem System von Fingern, die in einen Klebstoffbehälter getaucht und wieder angehoben werden. Ein Kartonzuschnitt wird positioniert. Anschließend werden die Finger auf den Zuschnitt gesenkt, wo sie ein Klebstoffmuster auftragen.

Dieses Auftragsystem wird in langsamen Verfahrensab-läufen zum Kleben von Faltschachteln verwendet. Die Aus-rüstung ist sehr robust, muss jedoch ständig überwacht werden, um sicherzustellen, dass der Klebstoff tatsächlich von sämtlichen Fingern erfolgreich aufgetragen wird. Bei der Klebstoffmenge können Abweichungen auftreten, daher wird diese Art von Auftragsystem heute mehr oder weniger als veraltet betrachtet.

Beim Radauftragsystem wird ein sich drehendes Rad in einen Klebstoffbehälter getaucht, so dass es ständig mit einem Film von Dispersions- oder Heißkleber überzogen ist. Der Klebstoff wird auf die Zuschnitte aufgetragen, indem diese am Rad vorbeigeführt werden. Dieses System ist sehr robust und weit verbreitet.

Der größte Nachteil besteht darin, dass die Klebstoffmenge schwer kontrolliert werden kann. Der Abstreifer verschmiert leicht, so dass die Klebstoffschicht zu dünn wird. Infolgedessen entsteht entweder eine zu schwache Klebe-naht, oder der Abstreifer wird so eingestellt, dass die Klebe-naht zu dick wird. Dieses System eignet sich am besten für Weißleim.

Beim Düsenauftragsystem wird der Klebstoff von einem Vorratsbehälter durch eine Düse gepumpt, die mit einem Hochgeschwindigkeitsventil ausgestattet ist. Die Klebstoff-menge kann mit großer Genauigkeit dosiert werden, und die Vorrichtung kann das vorgegebene Klebstoffmuster linien- oder punktförmig auftragen. Mit diesem Auftragsystem lassen sich Klebstoffmenge und Klebstoffauftragmuster präzise einstellen. Es ist mit einer integrierten Funktionskontrolle ausgestattet, so dass sich die relativ hohen Investitionskosten aufgrund der hohen Konstanz und Zuverlässigkeit der Maschine langfristig auszahlen.

Wichtige Kartoneigenschaften

Das Kleben oder Herstellen einer Klebeverbindung ist normalerweise der letzte Arbeitsgang, der an einer Verpackungoder einem grafischen Erzeugnis vorgenommen wird. Aus diesem Grund ist hier die Funktion das entscheidende Kri-terium. Der Karton muss sich für die jeweilige Technik eignen. Außerdem müssen gleichbleibende Kartoneigenschaften sowohl innerhalb einer Bestellung als auch von Lieferung zu Lieferung gewährleistet sein. Das bedeutet, dass nach der Auswahl des Klebstoffs und der Einstellung der Maschine nur eine routinemäßige Überwachung der Maschine erforderlich ist, um einen reibungslosen Arbeitsablauf zu gewährleisten.

Der Aufbau der Kartonlagen ist von entscheidender Bedeutung, da er für die Rillfähigkeit ausschlaggebend ist. Hohe Bruchdehnungswerte der Außenlagen ermöglichen die Herstellung von tiefen und schmalen Rillen mit geringer Rückstellkraft nach dem Falten. Dies ermöglicht einwand-freies Kleben, weil die Seitenlaschen der Faltschachtel die neu ausgebildete Klebenaht nicht übermäßig belasten und sie gut trocknen kann, bis sie ihre Endfestigkeit mit vollständigem Oberflächenkontakt in der Klebenaht erreicht hat.

Wichtige Eigenschaften

Da das Kleben durch die Außenlage beeinflusst wird, ist die Oberflächenfestigkeit von entscheidender Bedeutung.

Bedeutung des Verpackungsdesigns.

Der Rillwiderstand in der Klebelasche muss ausgewogen sein, da sowohl ein zu hoher als auch ein zu niedriger Widerstand in einer schwachen Naht resultiert. Klicken zum Vergrößern.

 

Verkleben von Karton mit anderen Materialien

Beim Einsetzen eines Fensters in einen Kartonzuschnitt wird die Rückseite des Kartons mit Zelluloseacetatfolie oder orientierter Polypropylenfolie beschichtet. Normalerweise werden zu diesem Zweck Dispersionskleber verwendet, aber auch Heißkleber kommen zum Einsatz. Hier ist die Wahl des geeigneten Klebers wichtig, der tatsächlich auf der Folie haftet und nicht vom Karton absorbiert wird, was eine Minderung der Haftfestigkeit nach sich ziehen würde. Vor der Weiter-verarbeitung muss der Klebstoff vollständig durchtrocknen und elastisch und zäh bleiben. Es ist ein geeigneter Kleber zu verwenden, und die Klebemaschine muss exakt die erforder-liche Klebstoffmenge auftragen. Wird zu wenig Kleber aufgetragen, haftet das Fenster nicht, wird zu viel Klebstoff aufge-tragen, verformt sich der Zuschnitt, und es kann unter Umständen lange dauern, bis er vollständig getrocknet ist.

Verfahrenseinstellungen

Jeder einzelne Arbeitsgang des Klebeverfahrens muss dokumentiert werden, damit man bei Bedarf auf die Einstellungen zurückgreifen kann. Die Verwendung eines anderen Klebstoffs ohne sorgfältige vorhergehende Tests kann problematisch sein. Das Gleiche gilt für das Mischen von Klebstoffen. Es sollten möglichst wenige Klebstoffsorten zum Einsatz kommen. Ideal ist die Verwendung eines einzigen Klebers.

Zur Erzielung des besten Klebeergebnisses wird der Kleb-stoff zuerst auf die schwierigste Oberfläche aufgetragen. Da der Kleber während der offenen Zeit klebefähig sein muss, ist die Beibehaltung einer konstanten Umgebungstemperatur und Belüftung wichtig, damit die Klebkraft berechenbar bleibt.

Die Klebenaht wird fester, wenn sie neben einer Kante verläuft und nicht in der Nähe von Rillungen aufgetragen wird.

Verfahrensmerkmale

Folgende Faktoren sind für gute Klebeergebnisse entscheidend:
• Klebstoffmenge
• offene Zeit
• Druck und Andruckzeit.

Druck und Temperatur sind grundlegende Voraus-setzungen für einwandfreies Versiegeln.

Kleben von kunststoffbeschichtetem Karton

Bei einer Kunststoffbeschichtung handelt es sich sozusagen um gehärtetes Öl. Daher verfügen beschichtete Oberflächen auch über die entsprechenden chemischen Eigenschaften. Eine unbehandelte PE-Oberfläche hat eine Oberflächenspan-nung von ca. 30 dyn/cm und wird durch Emulsionsklebstoff nicht benetzt, weil dessen Oberflächenspannung aufgrund des Wassergehalts zu hoch ist. Um einen einseitig PE-be-schichteten Karton mit Emulsionskleber zu kleben, muss er coronabehandelt werden. Dadurch wird die Polarität der Außenlage erhöht, so dass ihre Oberflächenspannung die des Klebstoffs übersteigt.

Die coronabehandelte Oberfläche ist mit größter Sorg-falt zu behandeln, um Abrieb oder Verunreinigung der einseitigen PE-Beschichtung zu verhindern, was ein Abfallen der Oberflächenspannung auf unter 40–41 dyn/cm nach sich ziehen würde. Tatsächlich sind beim Kleben von PE-Oberflächen die Anforderungen höher als beim Drucken. Probleme beim Drucken zeigen sich, sobald die Farbe getrocknet ist. Probleme mit Dispersionsklebstoffen sind dagegen weitaus schwieriger zu erkennen und Mängel treten u. U. erst nach dem Abpacken auf.

Bei geringsten Zweifeln hinsichtlich der Berechenbarkeit der Seitennahtverklebung eines einseitig PE-beschichteten Kartons empfiehlt sich die Verwendung von Heißklebern, die eine sichere Alternative zu einem geringfügig höheren Preis darstellen.

Kaltleim

Kaltleim erfordert für eine optimale Funktionalität eine absorbierende Oberfläche. An der nichtabsorbierenden Oberfläche (z. B. der Kunststoffbeschichtung) muss die Oberflächen-spannung hoch genug sein, um vom Klebstoff benetzt werden zu können. Normalerweise ist die Oberflächenspannung der Kunststoffbeschichtung aufgrund der chemischen Eigenschaften des Kunststoffs zu niedrig. Daher muss die Kunststoffbe-schichtung immer durch eine Oxidationsbehandlung wie eine elektrische Coronaentladung modifiziert werden, um die Polari-tät des Kunststoffs durch die Einbringung von Sauerstoff in die Oberflächenmoleküle zu erhöhen.

Kunststoffbeschichteter Karton hat eine begrenzte Lebens-dauer und reagiert empfindlich auf Handhabung, Lagerung und mechanische Beschädigung.

Problem
  Ursache
Brüchige Klebenaht   • Zu wenig Klebstoff
• Zu kurze Abbindezeit unter Druck
Klebenaht öffnet sich (Klebstoff nur auf einer Kartonoberfläche)   • Zu geringer Druck
• Zu wenig Klebstoff
• Auftragtemperatur zu niedrig (Heißkleber)
• Offene Zeit zu lang
Klebenaht öffnet sich (Klebstoff auf beiden Kartonoberflächen)   • Zu viel Klebstoff
• Zu kurze Andruckzeit
• Auftragtemperatur zu hoch (Heißkleber)
• Offene Zeit zu kurz
Schachteln bleiben nach Seitennahtverklebung aneinander haften   • Zu viel Klebstoff – tritt aus Seitennaht aus
• Verzogene Klebenaht
• Klebelinie zu dicht an Schachtelkante

Heißkleber

Nach dem Heißsiegeln (siehe gesonderten Abschnitt zu diesem Thema) ist Heißkleber das Alternativverfahren zum Versiegeln von beidseitig kunststoffbeschichtetem Karton, denn die Funktion des Heißklebeverfahrens hängt nicht von einer Coronaentladung ab. Bei einem beidseitig kunststoffbeschichteten Karton wird in der Regel die zu bedruckende Seite einer Coronabehand-lung unterzogen, damit die Druckfarbe die Oberfläche benetzen kann. Eine beidseitige Coronabehandlung empfiehlt sich nicht, da dies unvermeidlich zu Verblockungsproblemen führt.

Prüfung des Klebeergebnisses

Die regelmäßige Wartung der Klebemaschine ist von größter Wichtigkeit. Störungen in dieser Phase unterbrechen den Verfahrensablauf, und das Produkt wird unter Umständen unbrauchbar.

Bei der Faltschachtelherstellung ist der Klebevorgang ein wichtiger Teil des Verfahrens und wird dementsprechend sorgfältig überwacht. Grundsätzlich können allerdings jederzeit Störungen auftreten, wie z. B. das Verschmieren des Auftragsystems, so dass der Auftrag der vorgesehenen Klebstoffmenge nicht mehr gewährleistet ist.

Das Abpackverfahren verläuft nach anderen Grundsätzen. Das Hauptinteresse gilt der Herstellung des Konsumartikels. In vielen Fällen ist die Verpackungsanlage geleast und wird nur einer gelegentlichen Wartung unterzogen. Der einwandfreie Arbeitsablauf bei möglichst geringer Überwachung wird voraus-gesetzt. Diese Situation ist sicherlich nicht zufriedenstellend, da alle Maschinen regelmäßig durch Fachkräfte gewartet werden müssen, um einen sicheren und zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten. Es ist beispielsweise möglich, dass Heißkleber über einen längeren Zeitraum überhitzt werden, was zur Oxidierung oder sogar zur Verkohlung führt und die Klebekraft beeinträchtigt.

Prüfverfahren

Fingertest
Ein übliches Verfahren zur Beurteilung einer Klebenaht ist Folgendes: die Schachtel wird quer über die Klebenaht in ca. 20 mm breite Streifen geschnitten. Vor der Prüfung müssen die Streifen auf Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit gebracht werden. Anschließend werden die Streifen nacheinander einzeln zwischen Zeigefinger und Daumen beider Hände gehalten.

Nun wird die Klebenaht sehr langsam auseinandergezogen. Lässt sich dieser Vorgang bei mehreren Klebenähten ohne Beschädigung des Kartons wiederholen, besteht die Gefahr, dass diese Klebenaht beim Transport oder bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt aufspringt. In diesem Fall erneut alle kritischen Punkte des Verfahrens überprüfen.

Lassen sich dagegen die geklebten Kartonstreifen nur mit Faserriss auseinanderziehen, kann man davon ausgehen, dass die Klebenaht den Anforderungen standhält.

In diesem Fall liegt ein günstiges Verhältnis zwischen Klebenahtfestigkeit und der inneren Festigkeit des Kartons vor. Der Klebstoff selbst ist der festeste Teil der Klebeverbindung.

 

 

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