Biologisch abbaubare Barrierebeschichtung für Papierverpackungen entwickelt

Die Reduktion fossiler Rohstoffe stellt auch die Verpackungsindustrie vor neue Herausforderungen. In einem Forschungsprojekt untersuchten Wissenschaftler von INNOVENT e.V. in Jena mit dem Papierhersteller Reflex aus Düren, wie sich Spezialpapier mit einer Wasserdampfbarriere ausstatten lässt, ohne seine bereits sehr gute Sauerstoffbarriere zu beeinträchtigen.

Es gelang im Labor Beschichtungen auf Basis von Biopolymeren und Wachsen zu entwickeln, die im industriellen Flexodruck bislang nicht in ausreichender Schichtdicke aufgetragen werden konnten. Dennoch wurde die Wasserdampfbarriere verbessert und das Papier blieb kompostierbar und recyclingfähig.

Der zunehmende Verzicht auf fossile Rohstoffe erfordert auch in der Verpackungsindustrie neue Materialkonzepte. Insbesondere im Bereich nachhaltiger Papierverpackungen werden Lösungen benötigt, die sowohl funktionale Barriereeigenschaften als auch Recyclingfähigkeit und biologische Abbaubarkeit gewährleisten, zum Beispiel auf Papierbasis. Als Spezialpapierhersteller hat Reflex ein Transparentpapier entwickelt, welches sich durch eine sehr gute Sauerstoffbarriere auszeichnet. Zusammen mit INNOVENT e.V. wurde nun in einem vom Bund geförderten Forschungsprojekt untersucht, ob sich dieses Papier mit einer vollständig kompostierbaren und recyclingfähigen Wasserdampfbarriere ausstatten lässt und sich somit für den Verpackungsmaterialmarkt eignet.

An die Beschichtungen, ….

Dazu erfolgte die Entwicklung verschiedener Beschichtungsformulierungen auf Basis von wässrigen Biopolymerlösungen im Labormaßstab. Diese zeigten nicht die gewünschten Barriereeigenschaften, weshalb hydrophobe Komponenten wie Wachse und anorganische Partikel hinzugefügt wurden. Aufgetragen auf Papierproben wurden die Beschichtungen dann auf ihre Barriereeigenschaften, Recyclingfähigkeit und Kompostierbarkeit untersucht.

…, fertig, …

Es zeigte sich, dass durch die Kombination von Biopolymeren und Wachsen deutliche Verbesserungen der Wasserdampfbarriere möglich sind. Gleichzeitig blieb dabei die sehr gute Sauerstoffbarriere des Ausgangspapiers erhalten. Die beschichteten Papiere erwiesen sich zudem als vollständig biologisch abbaubar und recyclingfähig. Damit konnte grundsätzlich ein nachhaltiges Materialkonzept für funktionale Papierverpackungen demonstriert werden. Eine zentrale Herausforderung zeigte sich jedoch beim Transfer in bestehende industrielle Produktionsprozesse. Mit der entwickelten Beschichtungslösung konnten mittels Flexodruck bisher keine genügend dicken Schichten erreicht werden, sodass die gewünschten Barriereeigenschaften im industriellen Maßstab noch nicht vollständig umgesetzt werden konnten. Möglichkeiten zur Verbesserung der Auftragsmenge werden daher noch weiter untersucht.

…, los!

Die innovative Verpackungslösung würde dabei den Nerv der Zeit treffen: Nachhaltige Verpackungslösungen gewinnen insbesondere im Lebensmittel- und Konsumgüterbereich zunehmend an Bedeutung. Papierbasierte Materialien mit verbesserten Barriereeigenschaften könnten Kunststoffverpackungen in bestimmten Anwendungen ersetzen und so zur reduzierten Verwendung fossiler Rohstoffe und zur Verminderung der Plastikflut beitragen.

Je nach endgültig erreichter Wasserdampfbarriere liegen mögliche Anwendungen beispielsweise in der Verpackung trockener Lebensmittel, von Snacks oder anderen Produkten, bei denen sowohl Sauerstoff- als auch Wasserdampfbarrieren relevant sind. Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse bilden eine Grundlage für zukünftige Entwicklungen hin zu industriell einsetzbaren, biobasierten Verpackungsmaterialien.