Biopolymer-basiert

Meinolf Droege,

Mehrlagenfolien mit natürlichen Beschichtungen

Lebensmittelverpackungen aus Kunststoff werden speziell angepasst, um Produkte vor Umwelteinflüssen wie Licht, Verunreinigungen, Beschädigungen oder Mikroorganismen zu schützen. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt arbeitet das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS mit dem Folienhersteller Polifilm Extrusion an der Entwicklung biopolymerbasierter Folien für Lebensmittelverpackungen. Eingesetzt werden unter anderem auf Chitosanbeschichtungen, um die Lebensmittel gegen mikrobiologische Angriffe zu schützen.

Querschnitt einer Mehrlagenfolie (AFM). © Fraunhofer IMWS

Es gibt einen hohen industriellen Bedarf an technischen Folien und Verpackungsfolien, wie sie beispielsweise zum Schutz für Getränkeflaschen, Möbelfronten, Ladungstransporte und vieles mehr eingesetzt werden. Für Lebensmittelverpackungen werden zumeist flexible, transparente Folienprodukte verwendet, die zahlreichen Anforderungen genügen müssen: Sie benötigen zum Transportschutz hohe mechanische Stabilität und bewahren durch eingebrachte Migrationsbarrieren sowohl Aroma- und Geschmacksstoffe der Produkte als auch die Frische.

Um all diese Ziele zu vereinen, kommen häufig Mehrlagenfolien zum Einsatz, die verschiedene Materialeigenschaften miteinander kombinieren. Die meisten dieser technischen Folien werden heute nach wie vor aus den Kunststoffen Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET) und Polyvinylchlorid (PVC) hergestellt. Die Hersteller werden durch das 2019 in Kraft getretene Verpackungsgesetz dazu angehalten, die Recycling-Quote für Kunststoffverpackungen von derzeit 36 Prozent auf zukünftig 63 Prozent zu verbessern. Damit nimmt die Nachhaltigkeit in der Verpackungsmittelindustrie einen steigenden Stellenwert ein und recycelte beziehungsweise recycelfähige Materialien, biologisch abbaubare und/oder biobasierte Kunststoffe werden künftig an Bedeutung gewinnen.

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Hier gilt es, Materialinnovationen voranzutreiben und Alternativen zu konventionellen Polymersubstraten einschließlich der Barrierematerialien zu identifizieren und darauf basierende Produkte zu entwickeln. Neue Materialien, die im besten Falle biologisch abbaubar, gut recycelbar und/oder aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt sind, können außerdem dazu beitragen, alternative Entsorgungswege zu erschließen und ressourcenschonender zu produzieren.

Nachhaltigkeit und Funktion

Hier möchte das Fraunhofer IMWS mit der Polifilm Extrusion aus Weißandt-Gölzau in Sachsen-Anhalt in einem bis August 2021 laufenden Forschungsvorhaben ansetzen: Gemeinsam wollen die Beteiligten biopolymerbasierte Folien für Lebensmittelverpackungen herstellen, die den komplexen Anforderungen genügen, nachhaltiger hergestellt und besser recycelt werden können. Ziel ist die Entwicklung und Herstellung neuer Mehrlagenfolien auf Biopolymerbasis mit verschiedenen Barriereeigenschaften und funktionalen Folienoberflächen für den Einsatz in Verpackungsmaterialien.

Es soll eine Mehrlagenfolie aus Biopolymeren entwickelt werden, die eine effiziente Barrierewirkung und trotzdem hohe mechanische Stabilität, hinreichende Transparenz und weitere für den späteren Einsatz relevante Eigenschaften aufweist. Die Barriereeigenschaften sollen dabei durch geeignete Biopolymerkombinationen und/oder die Einarbeitung plättchenförmiger Füllstoffe erreicht werden. Die Projektpartner wollen die Folienoberfläche zudem mit antimikrobiellen Eigenschaften ausstatten. Dies soll durch eine Modifizierung mit Chitosan oder Chitosan-Derivaten geschehen die in mehreren Aufarbeitungsschritten aus Chitin hergestellt werden. Chitosan ist laut Institut ein Naturstoff, der aus den Schalen von Krustentieren gewonnen wird. Damit werde für die Modifizierung der Biopolymerfolie ein natürlicher Rohstoff genutzt. Das Chitosan biete neben einer antibakteriellen Wirkung gute Biokompatibilität, es sei bioabbaubar, nicht toxisch und weise eine natürliche Barrierewirkung auf.

Das Chitosan soll in die Außenschicht der Verpackungsfolie eingetragen, als netzartiges Vlies aufkaschiert oder als nasschemische Beschichtung auf die Folie aufgebracht werden. Ein industrielles Verfahren, das die Projektpartner entwickeln möchten, soll die Herstellung der Biopolymer-Verpackungsfolie im industriellen Maßstab ermöglichen. Zudem wird die Entwicklung einer zerstörungsfreien Diagnostikmethode angestrebt, die speziell für Mehrlagenfolien geeignet ist und Erkenntnisse etwa über die Schichtdicken der einzelnen Folienlagen, eventuelle Verbundfehler durch Delamination oder Einschlüsse erlaubt. So könne sichergestellt werden, dass auch die neuen Bio-Folien auf industrieprozessgerechte Weise prüfbar sind und die Qualitätsanforderungen erfüllen.

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