Referentenverzeichnis zu Lebensmittelverpackungen

Beschichtungskonzepte für leicht recycelbare oder kompostierbare Verpackungen Convenience und die ständige Verfügbarkeit von frischen Produkten hat Folgen: Die überbordende Flut an Plastikverpackungen, To go- und Kunststoffprodukten und deren häufige illegale Entsorgung in der Umwelt hat über die letzten Jahrzehnte dazu geführt, dass Plastik in der Umwelt inzwischen ein weltweites Problem geworden ist. Mikroplastik, resultierend aus dem Abrieb der nicht verrottbaren Kunststoffe, ist buchstäblich in „aller Munde“. Neue Verpackungskonzepte sind daher dringend gefordert, auch die EU-Umweltrichtlinie verlangt nach recyclingfähigen und bioabbaubaren Lösungen. Im Vortrag werden innovative Verpackungskonzepte basierend auf kompostierbaren resp. recyclingfähigen Hochleistungsbarrierematerialien vorgestellt und aufgezeigt, wie zukunftsfähige, umweltverträgliche Verpackungen realisierbar sind.

---

Hybride Funktionsschichten für die bioabbaubare Lebensmittelverpackung Frische Lebensmittel genauso wie sogenanntes Convenience Food erreichen die Verbraucher heute zum großen Teil in verpackter Form. Hygiene, lange Haltbarkeit und ständige Verfügbarkeit dieser verpackten Produkte machen einen Teil unserer Lebensqualität aus. Diese Bequemlichkeit jedoch trägt nicht unerheblich zur Verschmutzung unserer Umwelt bei, denn die Konservierung und Verpackung dieser Lebensmittel wird häufig durch Kunststoffverpackungen realisiert.
Besonders sichtbar wird die durch den Verpackungsmüll verursachte Umweltverschmutzung in den Weltmeeren, und selbst im Grundwasser ist sie nachweisbar. Schon jetzt schwimmt in den Ozeanen sechsmal mehr Plastik als Plankton und gefährdet die Tier- und Pflanzenwelt sowie letztlich auch die Gesundheit von Menschen. So stellt sich die drängende Frage: Wie kann in diesem Zusammenhang der jetzige Lebensstil beibehalten oder sogar verbessert und dennoch nachhaltiger gelebt werden?
Ein Weg dahin können biologisch abbaubare Lebensmittelverpackungen leisten. Sie stellen einen wichtigen Aspekt auf dem Weg zu einer nachhaltigeren Gesellschaft dar, und bieten einen Beitrag zur Lösung globaler Umwelt- und Abfallprobleme.
Biodegradierbare Verpackungen beispielsweise aus Celluloseregenaraten sowie Polymilchsäure-und Stärke-Blends gibt es schon lange. Allerdings können diese Materialien die benötigte Mindesthaltbarkeit der Lebensmittel nicht gewährleisten, da sie unzureichende Barriereeigenschaften gegenüber Sauerstoff, Wasserdampf und Aromastoffen bieten.
Unsere Idee war es, mit einer bioabbaubaren Funktionsbeschichtung diese umweltverträglichen
Verpackungsmaterialen in ihren Eigenschaften zu verbessern und damit eine breite Marktdurchdringung komplett bioabbaubarer Verpackungsmaterialien zu erleichtern bzw. überhaupt erst zu ermöglichen.
Das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC entwickelt seit Langem erfolgreich Barriere-Beschichtungen auf Basis von ORMOCER®en (anorganisch-organischen Hybridpolymere). Diese Werkstoffklasse bietet gute Barriereeigenschaften gegenüber Gasen und Dämpfen und empfiehlt sich daher auch für die Beschichtung von biodegradierbaren Verpackungen. Bislang waren unsere Stand-der-Technik-Barrierebeschichtungen jedoch nicht biologisch abbaubar.
Das Ziel unserer Entwicklung war es deshalb, die ORMOCER®e unter Beibehaltung aller günstigen Eigenschaften biodegradierbar zu gestalten.
Die Weiterentwicklung einer Stand-der-Technik Hybridpolymerbeschichtungen zu Systemen mit guter Abbaubarkeit (bioORMOCER®) erfolgte durch den Austausch nicht biologisch abbaubarer
organischer Komponenten (d.h. Komponenten fossilen Ursprungs) mit biologisch degradierbaren Anteilen. Dabei kamen z. B. die biobasierten biologisch abbaubare Naturstoffe Chitosan und Cellulose-Derivate, zum Einsatz.
Es wurden neuartige funktionelle Beschichtungsmaterialien für die Verbesserung der Eigenschaften von biologisch abbaubaren Kunststofffolien für den Bereich der Lebensmittel- Pharma- und Kosmetikverpackung entwickelt. Die biologische Abbaubarkeit ist zeitlich einstellbar und damit anpassbar auf unterschiedliche Lebensmittelverpackungsanforderungen. Die neuen Beschichtungen zeigen sehr gute Barriereeigenschaften gegenüber Sauerstoff und Wasserdampf und können alternativ auch mit weiteren Funktionen ausgerüstet werden (z. B. mit antimikrobielle Eigenschaften). Für die Verarbeitung sind Standardindustrieprozesse einsetzbar.
Die neuen bioabbaubaren Funktionsschichten stehen nun bereit, um bei der zukünftigen Gestaltung und Entwicklung neuer innovativer und umweltfreundlicher Verpackungsmaterialien eingesetzt werden zu können: umweltfreundliche Kunststoffverpackungen in der Zukunft. Dies eröffnet gerade der Verpackungsindustrie neue Möglichkeiten, bioabbaubare Verpackungen auf Papier- und/oder Folienbasis in den Markt zu bringen. Zukünftige Entwicklungen in diesem Bereich werden das Ziel haben, unsere neuen biologisch abbaubaren Beschichtungen auch für weitere Einsatzgebiete maßzuschneidern.

---

Hybride Funktionsschichten für die bioabbaubare Lebensmittelverpackung Um empfindliche Güter, wie Lebensmittel oder Medikamente frischzuhalten, sind Verpackungen nötig, die jedoch viel Verpackungsmüll und im Fall der Kunststoffverpackungen auch Umweltprobleme erzeugen. Daher ist die Entwicklung bio-abbaubarer Verpackungen notwendig, die das Packgut genauso gut schützen wie herkömmliche Kunststoffverpackungen. Eine bioabbaubare Beschichtung auf der Basis von hochwertigen biopolymeren Reststoffen (bioORMOCER®) wurde entwickelt, die eine gute Haftung auf Bio-Plastik aufweist und die Eigenschaften der bioabbaubaren Verpackungen, wie z.B. die Barrierewirkung gegen Wasserdampf und Sauerstoff, erheblich verbessern.

---

Hochbarriere nicht nur für Lebensmittelverpackungen? Durch den Einbau verschiedener organischer Funktionsgruppen werden Beschichtungsmaterialien auf Basis von anorganisch-organischen Hybridpolymeren (ORMOCER®e) für komplexe und sehr spezielle Anforderungen „maßgeschneidert“ und mit Eigenschaften wie Abriebfestigkeit, antimikrobiellen, hydrophoben, oleophoben (Antihaft-) oder hydrophilen bzw. antistatischen Eigenschaften ausgerüstet. Diese Materialien können als Beschichtungswerkstoffe insbesondere für Polymere, z. B. Polyester, Polyimide, Poyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Naturstoffe und für Textilien genutzt werden.
Darüber hinaus haben spezielle Hybridpolymere (ORMOCER®e) mit Barrierewirkungen gegenüber Gasen, und Dämpfen in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit auf sich gezogen: die Gas- und Dampfbarrieren z. B. von Polymerfolien werden wirkungsvoll durch derartige Beschichtungen verbessert. Einsatzgebiete der entwickelten Barrierestrukturen liegen im Bereich der Lebensmittel- Pharma- und Kosmetikverpackungen sowie im technischen Bereich.

---

Von der Lebensmittelverpackung zur Hightech-Anwendung Flexible Barriereverpackungen zeigen im Verpackungsmarkt der letzten Jahre ein gegenüber allen anderen Materialien herausragendes Wachstum. Kenngrößen für den Produktschutz sind in erster Linie die Barriereeigenschaften gegenüber Sauerstoff und Wasserdampf, aber auch gegenüber Aromastoffen. Das Hauptproblem der üblichen Massenkunststoffe sind die deutlich limitierten Barriereeigenschaften. Um den steigenden Anforderungen gerecht zu werden, müssen deshalb Kunststoffmonofolien für viele Anwendungen durch Extrusionsbeschichtung, Kaschierung, Metallisierung und Lackierung weiterveredelt werden.
Durch die Entwicklung von Barrierebeschichtungen auf der Basis anorganisch-organischer Hybridpolymere (ORMOCER®e: Markenzeichen der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., München) konnten transparente Barrierefolien für den Lebensmittelverpackungsbereich sowie Hoch- und Ultrabarrierefolien für technische Anwendungen entwickelt werden.
Folgende Vorteile lassen sich für die Funktionalisierung von Oberflächen mit Hybridpolymeren zusammenfassen:
- einfaches umweltfreundliches Verfahren
- Funktionalisierung durch Applikation sehr dünner Schichten möglich,
- dauerhafte Effekte erzielbar,
- Kombination von unterschiedlichen Eigenschaften durch einen Verfahrensschritt realisierbar.

---