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Vorteile für Umwelt und Wirtschaft
Mit neuer Beschichtung zu nachhaltigeren Lebensmittelverpackungen
Damit Fett, Feuchtigkeit und Gase nicht nach außen oder in das Füllgut dringen, schützen Kunststoffbarrieren papierbasierte Lebensmittelverpackungen. Ihr Nachteil: Sie können nicht in den Papier-Recycling-Kreislauf eingebunden werden. Forschende haben jetzt eine Beschichtung entwickelt, die dies ermöglicht.
Ob bei Trinkbechern, Standbeuteln oder Pizzakartons: Lebensmittelverpackungen gewährleisten Qualität und Schutz der enthaltenen Produkte – zusätzlich werden sie jetzt noch nachhaltiger. Dazu beigetragen haben der mittelständische Prozessanlagen-Hersteller Hebold Systems, der Entwickler und Produzent von Speziallacken, Druckfarben, Klebstoffen und Dichtungsmassen ACTEGA sowie die TU Darmstadt im BMWE-geförderten Vorhaben TPE-Dis. Das Team hat eine neue Beschichtung entwickelt, die gängige, auf Kunststofffolien basierende Barriereschichten ersetzen kann. Dadurch reduziert sich der Arbeitsaufwand für die Hersteller und der Anteil hochwertiger Recyclingfasern in der Kreislaufwirtschaft steigt.
Dr. Rüdiger Wittenberg, Projektleiter von ACTEGA„Die Förderung dieses Projektes war notwendig, da die Entwicklung neuer Rezepturen, die Forschung bezüglich Recyclingfähigkeit sowie der Aufbau der Produktionsanlage mit hohen Kosten und Risiken verbunden ist, die wir in dem Rahmen nicht allein hätten tragen können.“
Zum Start des Projektes hat das Unternehmen ACTEGA bereits eine sogenannte Plattformtechnologie im Angebot (siehe Infobox). Die Forschenden konzentrieren sich darauf, diese bereits marktverfügbare Technologie zu optimieren und Voraussetzungen für deren großtechnische Fertigung zu schaffen. „Die Förderung dieses Projektes war notwendig, da die Entwicklung neuer Rezepturen, die Forschung bezüglich Recyclingfähigkeit sowie der Aufbau der Produktionsanlage mit hohen Kosten und Risiken verbunden ist, die wir in dem Rahmen nicht allein hätten tragen können“, so der Projektleiter Dr. Rüdiger Wittenberg von ACTEGA.
Kaffeebecher und Co. profitieren von optimierter Rezeptur
Dispersionen wie die von ACTEGA kommen beispielsweise zum Einsatz, wenn Kaffeebecher aus Pappe hergestellt werden. Für diesen Anwendungsfall ist sowohl eine Barrierewirkung gegen diverse Stoffe als auch Siegelung sowie Antiblocking bedeutsam. Die Projektpartner haben im Vorhaben TPE-Dis verschiedene Dispersionen entwickelt, die sie unter anderem erfolgreich an Kaffeebechern testen konnten. Auch in anderen Versuchen haben sich die additiv- und lösungsmittelfreien, wasserbasierten Dispersionen etwa bezüglich Stabilität und Barriereeigenschaften bewährt. „Kleinere Probleme wie Schaumbildung während des Beschichtungsprozesses haben wir rezepturseitig geprüft und so weiterentwickelt, dass die Produkte zukünftig problemlos auf kommerziellen Anlagen verarbeitet werden können“, so Wittenberg.
Kontinuierliche Produktionsanlage spart Kosten und Energie
Bislang werden die für die Beschichtung erforderlichen Dispersionen in einem zweistufigen, sogenannten Batch-Verfahren hergestellt. Dieses ist jedoch sehr zeit-, energie- und personalaufwändig. Darüber hinaus benötigt das Zwischenprodukt, ein Granulat aus verschiedenen miteinander kombinierten Polymeren, zusätzliche Lagerfläche. „Der wesentliche Nachteil ist allerdings der hohe Energiebedarf, der für die beiden Aufheiz- und Kühlvorgänge benötigt wird. Sinnvoll ist es, den Prozess so umzustellen, dass es nur noch eine Heiz- und Kühlphase gibt“, so Projektleiter Thorsten Künnmann von Hebold Systems. Diesen Anspruch erfüllt das kontinuierliche Verfahren, das die Projektpartner im Vorhaben TPE-Dis getestet haben.
Fließbildschema von Rohstoff zur Herstellung bis zum Recycling
Herstellungsverfahren des Batch-Prozesses
Herstellungsverfahren des kontinuierlichen Prozesses
Wie beim Batch-Verfahren werden hier die Polymerrohstoffe zunächst aufgeschmolzen. Anschließend gelangt die heiße Polymerschmelze direkt in eine Mischzelle, wo sie – ohne zwischenzeitlich abzukühlen – mit basischem Wasser vermengt und dispergiert wird. Diese Mischung durchläuft anschließend die insgesamt drei Mischzellen. Die erste und zweite Mischzelle sind auf die Herstellungstemperatur der Dispersion temperiert, die dritte Mischzelle dient zum Kühlen und ist dementsprechend deutlich niedriger temperiert. Am Ende kann direkt aus der dritten Mischzelle die Dispersion abgefüllt werden. Diese kontinuierliche Produktionsanlage zur Herstellung der neu entwickelten TPE-Dispersionen haben die Partner im Vorhaben erfolgreich aufgebaut und in Betrieb genommen.
Entsorgung über den gängigen Papierkreislauf auch ökonomisch sinnvoll
Lassen sich die Lebensmittelverpackungen mit den neu entwickelten Dispersionen recyclen? Um dies herauszufinden, führten die Forschenden mit verschiedenen Proben den so genannten CEPI-Recyclability-Test durch. Das entwickelte Material hat diesen erfolgreich bestanden. Damit kann es in einer Standard-Altpapieraufbereitungsanlage ohne Sonderbehandlung verwertet werden.
Diese Eigenschaft hat neben ökologischen auch ökonomische Vorteile, weil keine zusätzlichen Prozessschritte oder Investitionen erforderlich sind: „Da das Material mit Standardanlagen kompatibel ist, sind lediglich minimale Investitionen für die Integration in bestehende Recyclingprozesse notwendig. Darüber hinaus kann die Verpackung durch ihre Rezyklierbarkeit einen höheren Marktwert erzielen. Gleichzeitig sinken die Entsorgungskosten, da das Material problemlos in den bestehenden Stoffkreislauf zurückgeführt werden kann“, so Wittenberg. (bs)
