Thermoformprozess zur Herstellung von trennbaren Karton-Kunststoffverbunden - Pack4Sense

FORSCHUNGSPROJEKT

Herausforderung

  • Faltenbildung und damit unebene Siegelränder beim Tiefziehen von Karton und Papier
  • Barriereschäden beim Pressformen und Kompressionsziehen von Verbundstoffen
  • Abkühlungs- und Dehnungsverhalten besonders dünner Folien im Tiefziehprozess
  • Entlüftung beim Thermoformen in luftundurchlässige Behältnisse

Forschungsergebnis

  • Entwicklung eines ergänzenden Verfahrens zu auf Materialkompression beruhenden Papierumformtechniken
  • Überdeckung der Falten am Siegelrand durch die Folie der Barriereschicht
  •  defektlose Umformung dünner Folien in die gewünschte Geometrie

Nutzen

  • Herstellung trennbarer Karton-Kunststoff-Verbunde für materialgerechtes Recycling
  • Reduktion des Kunststoffeinsatzes bei Lebensmittelverpackungen mit hohen Barriereanforderungen
  • sichere, dichte Versiegelung trotz Umformfalten am Siegelrand
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Schutz sensibler Produkte bei minimalem Kunststoffeinsatz und vollständiger Recyclingfähigkeit

 

Um Unternehmen auf dem Weg zur Kreislaufwirtschaft zu unterstützen, widmet sich das Projekt »Pack4Sense« der Entwicklung eines Verpackungskonzepts, welches sowohl eine leichte Trennbarkeit der Verpackungsbestandteile gewährleistet als auch den hohen Barriereanforderungen sensibler Lebensmittel bei minimalem Kunststoffeinsatz gerecht wird.

Faserbasierte Materialien wie Papier und Karton werden immer häufiger als Substitut für Kunststoffe aus fossilen Ressourcen eingesetzt. Sie bieten den Vorteil, dass sie aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden und für ihre Kreislaufführung weltweit Recyclinginfrastrukturen etabliert sind. Da Papier und Karton jedoch nur über unzureichende Barriereeigenschaften z. B. gegenüber Sauerstoff, Wasserdampf, Fett oder anderen Flüssigkeiten verfügen, werden für empfindliche Lebensmittel weiterhin Kunststoffbarrieren verwendet. Herkömmliche Verbindungstechniken (bspw. vollflächiges Kleben mit starken Haftkräften) führen jedoch nicht zu einem händisch trennbaren Verbund. Das ist ein kritischer Aspekt im Hinblick auf Recyclingfähigkeit der Verpackungen. Denn um ein vollständiges Recycling erreichen zu können, müssen die Bestandteile der unterschiedlichen Sortierfraktionen nach dem Gebrauch trennbar sein, ohne die Produktsicherheit und Logistikprozesse zu gefährden.


In Rahmen des Forschungsprojektes wurde ein neues Tiefziehverfahren entwickelt, das ein nachträgliches Einfügen einer wirksamen Barriere in Behälter aus Fasermaterial ermöglicht. Die Folie ist dabei so dünn, dass sie sich passend in die Form fügt, ohne vollflächig mit ihr verbunden zu sein. So lassen sich zum einen Ressourcen für die Barriere sparen und zum anderen sind die Verpackungsbestandteile leicht trennbar.

 

Qualitätsgerechte Barrierelayer und sichere Siegelnähte für faserbasierte Formteile

 

Bei Verpackungsbehältern, die aus einem ebenen Zuschnitt oder aus Packstoffbahnen geformt werden, kommt es am Formteil zu einer charakteristischen Faltenbildung. Diese kann beim Siegeln insbesondere im Bereich des Siegelrands durch ungenügenden Kontakt zu undichten Siegelnähten führen. Beim Einsatz des adaptierten Thermoformverfahrens zur nachträglichen Beschichtung legt sich die Folie eben über die Papierfalten im Siegelrand und ermöglicht so beim Siegeln einen vollständigen Kontakt mit der Deckfolie und damit sichere Siegelnähte.  

Ein weiterer Vorteil der Technologie liegt in der Vermeidung unerwünschter Materialschädigungen aufgrund einer erheblich geringeren Oberflächenbeanspruchung bei der separaten Folienumformung. Bei zuvor beschichteten Fasermaterialien kann der abrasive Kontakt zwischen der Packstoffoberfläche und den Umformwerkzeugen zu signifikanten Schädigungen der Barriereschicht führen und auch hier die Schutzfunktion der Verpackung aushebeln.


Reduktion von Plastikmüll durch ergänzendes Verfahren zum Tiefziehen von Papier und Karton

 

Die Projektergebnisse haben verdeutlicht, dass das Thermoformverfahren eine hervorragende eine Ergänzung zu Verfahren zur dreidimensionalen Papierumformung darstellt. Die geringen Oberflächenbeanspruchungen beim Thermoformen ermöglichen die Umformung dünner Folien in die gewünschte Geometrie ohne Defekte infolge abrasiven Werkzeugkontakts. Durch das nachträgliche Einbringen der Barriere kann das Problem undichter Siegelnähte an den Formfalten gelöst werden.

Durch die Möglichkeit, Papierverpackungen so mit einer sicheren, leicht trennbaren Barriereschicht zu versehen, kann ein weiterer Ansatz zur Vermeidung von Plastikmüll präsentiert werden. Der trennbare Verbund ermöglicht ein sortenreines Recycling der Verpackungskomponenten. Gleichzeitig lässt sich so ein Faseranteil von 80 bis 90 Prozent erreichen und liegt dabei deutlich über dem von derzeit auf dem Markt erhältlichen Faserverpackungen mit ähnlichen Anwendungen.

Haben Sie Fragen oder wünschen Sie weitere Informationen zu unserem Forschungsprojekt?  Wenden Sie sich gerne an uns!

 

Projektlaufzeit 1. Januar 2021 bis 31.Dezember 2021
Kooperatiosnpartner Colruyt Group [Belgien], Strauss Group [Israel]; Syntegon Technology GmbH, University of Reading [UK]
Projektträger
/Zuwendungsgeber:
European Institute for Innovation and Technology EIT Food