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Probleme bei Blisterverpackungen

Die Blisterverpackung ist eine Verkaufsverpackung. Zum Verschließen der Verpackung wird die Blisterhaube mit dem Trägermaterial in der Regel durch eine Heißsiegelung verbunden. Diese Heißsiegelung erfolgt durch Aktivierung der Heißsiegelschicht (Blisterlack) in den Siegelnähten mittels Druck und Wärme. Ist die Versiegelung korrekt ausgeführt, kann die Verpackung nur durch Zerstörung geöffnet werden und bietet damit der Ware ausreichenden Diebstahlschutz. Ist die Versiegelung mangelhaft ausgeführt, kommt es zum partiellen oder ganzflächigen Abplatzen der Haube ohne Faserriss im Karton (Abb. 1).

Abbildungen (von links nach rechts)

Abb. 1: Partielles Abplatzen der Blisterhaube ohne Faserriss.
Abb. 2: Optisch störende Siegelbackenabdrücke auf der Kartonrückseite.
Abb. 3: Partielle, großflächige Störungen in der Siegelnaht.
Abb. 4: Hohe Verbundfestigkeit durch vollflächige Versiegelung.
Abb. 5: Abplatzen der Haube ohne Faserriss in der Siegelnaht.
Abb. 6: Lackschichtdicke ca. 1 tausendstel Millimeter (REM-Aufnahme).
Abb. 7: Lackschichtdicke ca. 4 tausendstel Millimeter (REM-Aufnahme).
Abb. 8: Partielles Ablösen der Blisterhaube infolge hoher Kartonverspannungen.
Abb. 9: Planliegende bzw. nicht planliegende Blisterkarten.

         


Mögliche Ursachen

Bei der Herstellung von Blisterverpackungen sind auftretende Produktionsstörungen aufgrund der vielzahligen Verfahrens- und Materialeinflüsse äußerst komplex und in ihrer Struktur jeweils individuell zu betrachten. So spielen neben den eingesetzten Verarbeitungsmaterialien auch maschinentechnische Parameter eine entscheidende und von Fall zu Fall verschiedene Rolle. Falsche Lagerbedingungen bzw. ungünstige klimatische Raumverhältnisse ergänzen die möglichen Fehlerursachen. Im Einzelnen sind das:

Anpressdruck, Anpresszeit und Temperatur der Siegelelektrode

Der Anpressdruck, die Anpresszeit und die Temperatur der Siegelelektrode müssen in Abhängigkeit des eingesetzten Kartons, des Lacks und der Siegelfolie so eingestellt sein, dass möglichst hohe Taktzahlen im Abpackprozess bei gleichzeitig guter Verbundfestigkeit der Siegelpartner erreicht werden können. Das bedeutet, dass die Siegelpartner soweit erwärmt bzw. erweicht werden müssen, dass einerseits eine ausreichende Molekülbeweglichkeit zwischen den Haftpartnern und andererseits eine ausreichend hohe Viskosität des Lacks gewährleistet ist, damit der Blisterverband auch kurz nach der Freigabe der Siegelbacken eine gewisse Lastaufnahmefähigkeit besitzt. Ist die Siegeltemperatur zu niedrig bzw. die Anpresszeit zu kurz eingestellt, wird die Lackschicht nicht genügend erwärmt und kann damit nicht als Haftvermittler zwischen Folie und Karton fungieren. Zu hohe Temperaturen bzw. zu lange Siegelzeiten können dazu führen, dass sich der Blisterlack nach der Siegelbackenöffnung noch in einem flüssigen und nicht abgebundenen Zustand befindet und die Hauben bei mechanischer Belastung abfallen. Unter Umständen kann eine zu hohe Wärmemenge im Karton auch bewirken, dass der Lack extrem dünnflüssig wird und damit möglicherweise die Gefahr des Wegschlagens in den Karton gegeben ist. Außerdem kann es bei zu langen Siegelzeiten oder zu hohen Siegeltemperaturen vorkommen, dass sich die Folie infolge zu hoher Wärmeaufnahme im Bereich der Siegelnaht verzieht bzw. eine Schrumpfung eintritt.
Zu niedriger Anpressdruck bedingt in der Regel – auch bei Einhaltung der richtigen Siegeltemperatur – eine mangelafte Siegelnahtfestigkeit. Zu hoher Anpressdruck und zu hohe Temperaturen können unter Umständen wiederum optisch störende Siegelbackenabdrücke auf der Kartonrückseite hinterlassen (Abb. 2).

Kartondicke, Feuchtegehalt und Verarbeitungsqualität des Kartons

Für Blisterverpackungen werden Kartons mit einer flächenbezogenen Masse von 250 g/m2 bis 700 g/m2 und in verschiedenen Qualitäten (Caston-, Triplex-, Duplex-Qualitäten) eingesetzt. Je dicker ein Blisterkarton ist, umso länger muss – unter sonst gleichen Bedingungen – die Siegelzeit sein. Wird die Siegelzeit nicht der spezifischen Wärmedurchgangszeit des Kartons angepasst, kann die nötige Erweichungstemperatur des Lackes nicht erreicht und damit keine gute Versiegelung erzielt werden.
Die Feuchte des Blisterkartons und die Umgebungsluft stehen in einem engen Zusammenhang. Ist die Feuchte des Kartons zu hoch bzw. die Umgebungsluft zu trocken (oder auch umgekehrt), kommt es zu einem Feuchteaustausch zwischen Karton und Umgebungsluft. Dies kann zu Krümmungen und Verspannungen im Karton („Tellern“ oder „Schnabeln“ des Formats) führen, die wiederum eine störungsfreie Produktion verhindern. Bei Kartons mit sehr hohem Feuchtegehalt (über ca. 65 % rel. Feuchte) kann es aufgrund der hohen Siegeltemperaturen während des Siegelvorgangs zu einem explosionsartigen Verdampfen des Wassers in der Siegelnaht kommen. Als Folge davon löst sich die Blisterhaube partiell oder großflächig vom Blisterkarton. Unter Umständen ist eine Versiegelung noch möglich, aber es kann sich auch in Folge der hohen Kartonfeuchte störendes Kondenswasser unter der Blisterhaube bilden.

Siegelbacken

Verschmutzungen der Siegelwerkzeuge verhindern ein planparalleles Anpressen zwischen Siegelelektrode und Gegenwerkzeug (Siegelaufnahme). Es kommt zu einem sog. „Verkanten“. Ein gleichmäßiger Anpressdruck ist nicht mehr möglich. Störungen im Produktionsprozess bzw. partiell mangelhafte Siegelnahtfestigkeit sind die Folge.

Qualität und Quantität der Lackschicht

Dem Lohnveredler werden sowohl lösemittelhaltige Lacke als auch Dispersionslacke (wässrige Systeme) als Heißsiegelschicht für Blisterverpackungen angeboten. Während lösemittelhaltige Lacke als problemlos siegelbar gelten, aber aufgrund ihrer Umweltproblematik seltener eingesetzt werden, sind einzelne Dispersionslacksysteme mit schwierig zu siegelnden Folien (Barex, APET, Styrolux) etwas kritisch in ihrem Siegelverhalten zu sehen. Neben der Lackauswahl wird vor allem durch die Lackschichtdicke das Siegelergebnis, das Trocknungsverhalten und die Beständigkeit gegenüber mechanischen und chemischen Beanspruchungen beeinflusst. Werden die vom Lackhersteller empfohlenen Lackauftragsmengen z. B. durch Übertragungsfehler unterschritten, kann die applizierte Lackschichtdicke keine ausreichende Siegelnahtfestigkeit mehr leisten. Partielle, großflächige Störungen in der Siegelnaht sind die Folge (Abb. 3).
Neben mengenmäßigen Übertragungsproblemen spielen auch Benetzungs- bzw. Haftungsschwierigkeiten des Lacks auf dem Karton eine wichtige Rolle. Ist die Oberflächenspannung auf dem bedruckten Karton zu gering (< 35 mN/m), sind Störungen in der Filmbildung beim Lackierprozess möglich. Des Weiteren ist auch die Verarbeitungstemperatur des Blisterlacks für eine störungsfreie Filmbildung des Lacks verantwortlich. Bei Unterschreitung der Mindestfilmbildungstemperatur (in der Regel 5 °C bis 10 °C) sind Benetzungs- bzw. Haftungsschwierigkeiten die Folge.

Blisterfolien und Antiblockadditive

Als Werkstoffe kommen PVC (Polyvinylchlorid), APET (amorphes Polyethylenterephtalat), PETG (glykolhaltiges amorphes Polyethylenterephtalat), Styrolux (Butadien-Styrol/Standardpolystyrol) und Barex (Acrylnitril/Methylacrylate/Butadien) als Blisterfolien zum Einsatz.
Barex-Folien und Styrolux werden in der Praxis aufgrund ihres schwierigen Siegelverhaltens sehr selten verwendet. APET-Folien gelten wegen ihrer Kristallisationsneigung während des Tiefziehvorganges der Blisterhauben in ihrem Siegelverhalten in Verbindung mit einzelnen Dispersionslacken als problematisch.
Werden Blisterhauben gestapelt bzw. entstapelt, müssen diese eine gewisse Gleitfähigkeit aufweisen. Weil bestimmte Kunststoffe ohne Vorbehandlung zum Verblocken neigen, müssen sie mitunter mit Antiblockmitteln ausgerüstet werden. Bei Folien, die auch ohne Antiblockadditiv bereits schwer siegelbar sind, können Antiblockmittel das Siegeln erheblich verschlechtern oder sogar verhindern.

Druckfarben

Druckfarben mit Metalleffekt bereiten bei der Herstellung von Blisterverpackungen besondere gestalterische Möglichkeiten. Gleichzeitig ist die Weiterverarbeitung durch den Siegelprozess bei Metallpigmentfarben mit hohem Metallpigmentanteil als problematisch zu bezeichnen. Durch die Metallpigmente kann es nach dem Siegelvorgang zu einem Kohäsionsbruch in der relativ dünnen Druckfarbenschicht kommen, so dass sich die Blisterhaube mit wenig Kraftaufwand abziehen lässt oder von selbst abfällt.


Mögliche Abhilfen

Anpressdruck, Anpresszeit und Siegeltemperatur

Anpressdruck, Anpresszeit und Siegeltemperatur kompensieren sich in gewissen Grenzen und können bis auf ein verträgliches Maß aufeinander abgestimmt werden. Dabei empfiehlt es sich, zuerst die Siegelzeit bis auf ein verträgliches Maß zu erhöhen und erst dann - wenn noch nötig – die Siegelzeit zu verlängern. Als grobe Richtwerte gelten dabei folgende Maschinenparameter:

Als Basiswert gilt ein Temperaturbereich bei ca. 180 °C mit Extremwerten zwischen 160 °C und 300 °C. Die Siegelzeiten liegen mit einem Basiswert von 2.0 s zwischen 0,6 s und 2,5 s. Bei sehr dicken Kartonsorten können Anpresszeiten bis 10 s notwendig werden. Die Höhe des Anpressdrucks ist abhängig vom Maschinentyp und von der zu siegelnden Fläche. Als Mindestsiegeldruck wird bei optimal abgestimmter Materialkombination Blisterlack/Blisterfolie ein Anpressdruck von 70 N/cm2 als ausreichend erachtet. Bei etwas kritischeren Verarbeitungsmaterialien wird eine Erhöhung des Drucks auf 150 N/cm2 empfohlen.

Feuchtegehalt, Verarbeitungsqualität und Materialeigenschaften des Kartons

Die Feuchtigkeit der Kartons sollte sowohl vor als auch nach dem Druck, der Lackbeschichtung und der nachfolgenden Lagerung im Bereich folgender Richtwerte liegen:
bis 400 g/m2: 45 % rel. Feuchte bis 50 % rel. Feuchte
über 400 g/m2: 50 % rel. Feuchte bis 65 % rel. Feuchte
(nach: „Qualitätsmerkmale für Faltschachtel-Karton“, Herausgegeben vom Verband Faltschachtel-Industrie e.V.).

Als weitere Anforderungen an den Karton gelten folgende Kriterien:
Hohe Spaltfestigkeit der Kartonlagen oder des Kartongefüges. Gute Strichhaftung auf dem Rohkarton und innerhalb des Strichgefüges. Gutes Wegschlagverhalten der Druckfarbe. Gute Lackierfähigkeit der gestrichenen Oberfläche. Gutes Klimaverhalten (Planlage über breitem Klimabereich). Gute Bedruckbarkeit der Rückseite.

Siegelbacken

Der Siegelrand bzw. die Siegelbackenbreite sollte mindestens 5 mm betragen. Je breiter der Siegelrand, desto höher ist im Regelfall die Verbundfestigkeit (Abb. 4). Verschmutzungen auf den Siegelbacken sind mit geeigneten Reinigungsmitteln zu entfernen, um eine exakte Planparallelität zwischen Ober- und Unterwerkzeug zu gewährleisten.

Qualität und Quantität der Lackschicht

Lösungsmittelhaltige Lacke gewährleisten – bei problematischen Blisterfolien (z.B. Barex, APET, Styrolux) – in der Regel die sichere Alternative zu den Dispersionslacken. In letzter Zeit ist jedoch aus gesundheits- bzw. umwelttechnischen Gründen und aufgrund von Qualitätsverbesserungen eine Verlagerung zu den wässrigen Lacksystemen feststellbar. Die erforderlichen Lackauftragsmengen sind den jeweils aktuellen Datenblättern der Lackhersteller zu entnehmen und den Kartonqualitäten und Verwendungszwecken anzupassen. Raue Oberflächen benötigen dabei eine höhere Auftragsmenge als glatte Oberflächen. Die unterschiedliche Saugfähigkeit der verschiedenartigen Bedruckstoffe kann mitunter ebenfalls zu einer zu geringen Lackschichtdicke führen, die durch einen höheren Lackauftrag kompensiert werden muss. Da die übertragene Lackmenge (Nassfilmschichtdicke) entscheidend vom jeweiligen Applikationssystem abhängig ist, erfordern z. B. Lackiervorgänge in Bogenoffsetmaschinen in der Regel einen zweimaligen Durchlauf, um die nötige Lackschichtdicke auftragen zu können. Um die Mindestfilmbildungstemperatur bei Lacken nicht zu unterschreiten, sollte ein Lacksystem vor der Weiterverarbeitung normale Raumtemperatur angenommen haben.

Blisterfolien und Antiblockadditive

Die Siegelfähigkeit von APET-Folien kann durch Verwendung einer Mehrschichtfolie mit einer PETG-Außenschicht verbessert werden.
Wenn, wie bei manchen Blisterpackautomaten möglich, die Formteile nicht gestapelt werden müssen, empfiehlt es sich, zumindest Folien mit schwierigem Siegelverhalten nicht mit Antiblockmitteln auszurüsten.

Druckfarbe

Die Druckfarbenhersteller geben keine konkreten Richtlinien hinsichtlich der Auswahl und der Verarbeitung von Druckfarben im Blisterprozess vor. Bei Metallpigmentfarben kann durch eine Optimierung bzw. Erhöhung der Lackschichtmenge eine Verbesserung im Siegelverhalten erzielt werden.


Beispiele

Mangelhafte Siegelnahtfestigkeit aufgrund eines zu hohen Feuchtegehalts im Karton:

Die zur Untersuchung vorgelegten Blisterverpackungen wiesen partielle Störungen in der Siegelnaht auf. Ein Faserausriss war nur in bestimmten Teilbereichen der Siegelnahtfläche festzustellen. In den übrigen Bereichen platzte die Haube ohne Beschädigung der Siegelnaht ab. Optisch schien der aufgetragene Blisterlack in diesen Bereichen der Siegelnaht wie kalandriert (Abb. 5). Die Untersuchungen zeigten, dass der absolute Feuchtigkeitsgehalt der Kartons zum Zeitpunkt der Fertigung sehr hoch gewesen sein muss. Während der Verblisterung kam es dadurch – infolge der Hitzeeinwirkung – zu einem mengenmäßig verstärkten Transport von Wasser innerhalb des Kartons. Durch die Wasserabgabe gelangten in Teilbereichen der Siegelnaht vermehrt Wasseranteile an die Lackoberfläche, wodurch es zu einem partiellen Abplatzen der Blisterhaube kam. Des weiteren konnte bei den Versuchen nachgewiesen werden, dass bei den Blisterungen mit zu hohen Temperaturen gearbeitet wurde, welche im vorliegenden Fall ein Abplatzen der Folie begünstigten. Eine Reduzierung der Siegeltemperatur von 220 °C auf 180 °C erbrachte eine gute Siegelnahtfestigkeit über die gesamte Siegelnahtfläche.

Mangelhafte Siegelnahtfestigkeit aufgrund zu geringer Lackschichtdicke:

Eine der häufigsten Fehlerursachen bei der Herstellung von Blisterverpackungen ist die Übertragung von zu geringen Lackschichtdicken wie auch im nachfolgend beschriebenen Schadensfall. Eine visuelle Begutachtung der eingesandten Blisterverpackungen zeigte bei allen Mustern willkürliche partielle Störungen in der Siegelnahtfestigkeit. Untersuchungen im Labor zeigten, dass auch durch Optimierung der Verarbeitungsparameter wie Verarbeitungstemperatur, Anpresszeit und Anpressdruck keine einwandfreie Versiegelung möglich wurde. Zur Ermittlung der Lackschichtdicke wurden die Blisterkarten an verschiedenen Stellen im Rasterelektronenmikroskop untersucht. Die dabei gemessene Lackschichtdicke betrug ca. 1 tausendstel Millimeter (Abb. 6) und entspricht damit in etwa einer Auftragemenge von ca. 1 g/m2 bis 1,5 g/m2 (trocken). Als Mindestmenge wurde vom Lackhersteller eine Auftragemenge von 4 g/m2 (trocken) angegeben (Abb. 7). Durch eine im Labor durchgeführte Überlackierung war anschließend eine problemlose Versiegelung der beanstandeten Blisterkarten möglich.

Mangelhafter Verbund zwischen Blisterhaube und Karton aufgrund starker Kartonverspannungen:

Bei einer Fertigung von Blisterverpackungen wurde ein mangelhafter Verbund zwischen Haube und Karton festgestellt. Die Hauben lösten sich teilweise vom Karton, ohne eine ausreichende Versiegelung über die gesamte Siegelnahtfläche zu gewährleisten (Abb. 8). Insgesamt betrachtet wiesen die Verpackungen starke Verspannungen bzw. Krümmungen im Blisterkarton auf. Betrachtete man die Lackfläche an den nichtsiegelnden Stellen, so sah die Lackschicht an diesen Stellen überwiegend „stumpf“ aus. Dieses „stumpfe“ Erscheinungsbild deutet darauf hin, dass sich die Blisterhauben – zeitgleich mit dem Öffnen der Siegelbacken - wieder vom Karton abheben. Der Blisterlack befindet sich zu diesem Zeitpunkt – aufgrund der im Karton befindlichen Wärme – noch im flüssigen bzw. geschmolzen Zustand und kann infolge der hohen Kartonverspannung im Bereich der Siegelnaht nicht genügend schnell abbinden.
Planliegende Blisterkarten bauen während des Siegelvorgangs keine Kartonverspannungen zur Blisterhaube auf und sind daher eine wichtige Voraussetzung für eine störungsfreie Produktion (Abb. 9).


Allgemeine Hinweise

Für den Reklamationsfall

Rel. Feuchte des Auflagenkartons feststellen.

Blisterlack (ca.: 1/2 Liter) zurückstellen.

Einstellungen des Blisterpackautomaten (Anpressdruck, Siegeltemperatur und Anpresszeit) ermitteln.

Tiefgezogene Blisterhauben zurücklegen.

Nicht tiefgezogene Blisterfolie zurücklegen.

Reklamierte Muster sicherstellen.


Ergänzende Literatur

WILKEN, R.:
Der Einfluss des Kartons und seine Oberflächenveredelung auf die Festigkeit daraus hergestellter Blisterverpackungen.
München: PTS, 1990 (Nr.5) - Forschungsbericht

SCHWARZMANN, P.:
Handbuch für den Blisterverpacker.
Heilbronn: Adolf Illig Maschinenbau GmbH, 1990 - Fachinformation

HOMANN, H.J.; Münderlein, W.:
Einfluß der Gestaltung der Siegelbackenoberflächen auf die Festigkeit und Dichtigkeit von Heißsiegelnähten.
In: Verpackungsrundschau (1984), Nr.12, S. 36-45

WIMMER, M.:
Wechselwirkungen und Prozesseinflüsse bei der Herstellung von Blisterverpackungen.
München: Fogra, 1994 (4.049) - Forschungsbericht

GUENSEL, R.:
Blisterlacke – Materialien und Anwendungstechnik.
In: apr (1987), Nr. 44, S. 1320-1322

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