Multifunktionale biobasierte Wasserdampf-Barrierebeschichtungen für Verpackungen auf Faserbasis

Barriereschichten schützen bei faserbasierten Lebensmittelverpackungen vor Verderb

 Das stetige Wachstum der Weltbevölkerung in Verbindung mit dem kulturellen und industriellen Wandel hin zu Convenience, Massenproduktion und Online-Shopping hat zu einem erheblichen Anstieg des Verbrauchs an Verpackungsmaterial geführt. Die hohe Nachfrage nach faserbasierten Verpackungen ist auf ein gestiegenes Umweltbewusstsein und neue politische Kampagnen sowie Regularien zur Förderung der Nachhaltigkeit und zur Einschränkung der Produktion von Produkten auf fossiler Basis zurückzuführen. Trotz der zahlreichen Vorteile von faserbasierten Substraten, darunter hohe Verfügbarkeit, Nachhaltigkeit und Vielseitigkeit, bieten diese keine nennenswerte Schutzbarriere gegen das Eindringen von Gasen oder Flüssigkeiten. Dies ist vor allem im Bereich der Lebensmittelverpackungen kritisch, da Sauerstoff und Feuchtigkeit zum Verderb der Lebensmittel führen können.

Biobasierte Barrierebeschichtungen sind noch nicht multifunktional

Die derzeit gängige Lösung für dieses Problem besteht darin, faserbasierte Substrate mit Schutzschichten gegen das Eindringen von Gasen und Feuchtigkeit zu beschichten, wobei Polymere auf fossiler Basis wie PE, EVOH usw. verwendet werden. Diese Materialien sind jedoch nicht nur ressourcenbeschränkt und umweltschädlich, sondern behindern auch die Wiederverwertbarkeit des Papiers. Aktuelle Ansätze für biobasierte Lösungen verwenden erneuerbare Polymere wie Polysaccharide, Proteine und Wachse als einzelne Schichten oder eine Kombination davon. Diese bieten entweder eine Barrierefunktion gegenüber Wasserdampf oder Sauerstoff oder eine Siegelbarkeit. Ein Biowerkstoff, der alle notwendigen Eigenschaften für die Herstellung einer Verpackung für empfindliche Lebensmittel in sich vereint, ist derzeit weder auf dem Markt verfügbar, noch gibt es erfolgreiche Forschungsansätze.

Neuartige biobasierte Beschichtung aus Kork

Das "BioBarrier4Fiber" Projekt will dieses Problem lösen, indem es ein neuartiges Beschichtungskonzept für faserbasierte Lebensmittelverpackungen entwickelt, das erstmals eine Wasserdampfbarriere mit hoher Flexibilität, Verarbeitbarkeit und Siegelfähigkeit kombiniert. Dieses multifunktionale Beschichtungssystem soll aus verschiedenen Suberinfettsäuren (SFA) hergestellt werden, die aus dem Kork von Eichen und Buchen in Deutschland und der Türkei gewonnen werden. Die Eignung von Suberinfettsäuren für diesen Zweck lässt sich aus ihrer chemischen Zusammensetzung ableiten, die aus hochfunktionellen, polymerisierbaren aliphatischen Säuren variabler Länge und Struktur besteht, sowie aus ihrer Rolle in der Natur als hydrophober Polyester, der eine Schutzschicht um das Periderm von Pflanzen bildet. Mit "BioBarrier4Fiber" soll diese Funktion nun auch für Verpackungen genutzt werden.

Fraunhofer IVV forscht an der Entwicklung des Beschichtungsmaterials und des Beschichtungsprozesses

Die Auswahl und Vorbehandlung der Buchen- und Eichenrinden sowie die Entwicklung und Optimierung der Extraktionsprozesse und die Entwicklung des Beschichtungsmaterials werden vom Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV und TÜBITAK MRC (Scientific and Technological Research Council of Turkey Marmara Research Center) in enger Zusammenarbeit durchgeführt. Zusätzlich wird sich das Fraunhofer IVV auf die Entwicklung eines geeigneten Beschichtungsprozesses und die Barrierecharakterisierung konzentrieren, während TÜBITAK die Lagerungsstudien sowie die Untersuchungen zur Eignung als Lebensmittelkontaktmaterial durchführen wird. Gleichzeitig werden acht Verbände (darunter der Industrieverband für Lebensmitteltechnologie und Verpackung e.V. (IVLV) und der Verband der Verpackungshersteller in der Türkei (ASD)) und das Industriekomitee gemeinsam mit den Forschungsinstituten die Entwicklung des Projekts vorantreiben und das technisch-wirtschaftliche Potenzial der vorgeschlagenen Lösung abschätzen.