Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

All-Cellulose Composites für anspruchsvolle Verpackungsaufgaben

Der Bedarf an Verpackungsmaterialien steigt ständig. Der Markt befindet sich im Umbruch, da besonders umweltfreundliche und nachhaltige Lösungen gesucht werden. Verpackungslösungen aus erdölbasierten Kunststoffen geraten zunehmend in Verruf. Im Bereich der Papierindustrie hat dieser Trend schon zu vielen Neuentwicklungen, der Umrüstung von Papiermaschinen und auch zu aktuellen Neuinvestitionen geführt. Gerade für Verpackungen sind neben den mechanischen Eigenschaften auch Barriereeigenschaften wichtig (z. B. gegenüber Wasserdampf, Sauerstoff, volatilen organischen Stoffen, etc.). Hier kommt unbehandeltes Papier an seine Grenzen und entsprechende Funktionalitäten werden heute typischerweise durch Beschichtungen, z. B. mit Dispersionen, Kaschierungen, z. B. mit Kunststofffolien oder durch Laminate mit metallischen Schichten erreicht. Diese Lösungen sind aber bezüglich des Recyclings problematisch und enthalten in der Regel überwiegend nicht nachwachsende Rohstoffe. Hier kann die Verwendung von naturstoffbasiertem plastifiziertem Papier bzw. All Cellulose Composites (ACC’s) ein innovativer Ansatz sein. Dieses Material verfügt über sehr gute mechanische Eigenschaften und ebenfalls sehr gute Barriereeigenschaften. Die Nachhaltigkeit des Materials ist gewährleistet. Die Herstellung 100 % biobasierter Verpackungen mit hoher Funktionalität (Festigkeit und Wärmedämmung) aus Sandwichstrukturen ermöglicht insbesondere kleinen und flexiblen Unternehmen (KMU) aus dem Bereich der Papier- und Verpackungshersteller durch Nutzung und Übertragung der Ergebnisse Marktvorteile zu erzielen und neue Geschäftsfelder zu erschließen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurde gezeigt, dass Papier durch Zugabe eines Lösungsmittelsystem aus 7 % Natronlauge, 12 % Harnstoff und 81 % Wasser zu All-Cellulose Composite (ACC) umgewandelt werden kann. Im Vergleich zu Papier weist ACC signifikant bessere mechanischen Festigkeiten, eine höhere Barrierewirkung sowie eine verbesserte Nassfestigkeit auf. Der Einfluss der verwendeten Ausgangsrohstoffe sowie verschiedener Prozessparameter auf die materialspezifischen Eigenschaften wurde im Labormaßstab untersucht. Hinsichtlich der Festigkeit optimiertes ACC wurde anschließend an einer konventionellen Anlage zu Wellpappe weiterverarbeitet. Es konnte gezeigt werden, dass eine Weiterverarbeitung von ACC zu komplexeren Strukturen möglich ist. Zudem wurde ein Konzept erarbeitet, welches eine kontinuierliche Herstellung von ACC ermöglichen soll. Das Konzept wurde durch Modifikation einer Papiermaschine realisiert und erfolgreich getestet.

Die Ergebnisse des Projektes verdeutlichen, dass eine Herstellung von ACC und Weiterverarbeitung zu Verpackungsanwendungen im industriellen Maßstab möglich ist. Die Eigenschaften von ACC bieten für verschiedene Anwendungenmöglichkeiten Potential. Die verbesserten mechanischen Festigkeiten ermöglichen die Herstellung von stablien Verpackungen bei geringerem Materialeinsatz. Die verbesserten Barriereeigenschaften und die erhöhte Nassfestigkeiten sind beispielsweise für Verpackungsanwendungen mit Lebensmittelkontakt interessant. Im Zuge gesetzlicher Regelungen zur Einschränkung von Einwegartikeln aus Kunststoff ergeben sich zudem Anwendungsmöglichkeiten im Gastronomiebereich, wie beispielsweise Trinkhalme oder Einwegverpackungen für Lebensmittel.