Papierfügen ohne Fremdstoffe – durch laserbasierte Materialmodifikation

100 % Papier – 100 % Recycling

 

Bei der Substitution von kunstoffbasierten Packstoffen durch kreislauffähige, naturfaserbasierte Materialien stellen die abweichenden Verarbeitungs- und Qualitätseigenschaften der alternativen Stoffe eine große Herausforderung dar. So erfordert das Siegeln bzw. Fügen von Papierverpackungen bisher den Zusatz von Fremdstoffen, wie Klebstoffen oder doch wieder Kunststoff, um den hohen Qualitätsanforderungen zu genügen.  Das mindert die Recyclingfähigkeit der Verpackungen bzw. führt zu komplexen, kostenintensiven Recyclingprozessen.

Im Verbundprojekt »Papure« vereinen Forschenden aus vier Fraunhofer-Instituten ihre Forschungsexpertise für die Entwicklung eines komplexen Fügeverfahrens, dass die Herstellung von Papierverpackungen ohne diese stofflichen Verunreinigungen ermöglicht und gleichzeitig die Sicherung der Qualität und Zuverlässigkeit des Prozesses gewährleistet.

Neben der Erhöhung der Nachhaltigkeit wird so auch die Qualität des wiederverwerteten Materials verbessert und es kann mehr Papier im Wertstoffkreislauf erhalten werden.

 

Schmelzfähige Spaltprodukte ersetzen Fremdstoffe

 

Der im Projekt verfolgte neue Ansatz besteht darin, das Papier mit einem CO-Laser zu bestrahlen und auf diese Weise auf der Papieroberfläche wiederaufschmelzbare glykosidische Spaltprodukte zu erzeugen. Diese können dann anstelle der sonst benötigten Fremdstoffe für das Fügen des Papiers mittels industriell etablierter Wärmekontaktverfahren genutzt werden.

 

Anwendungsspezifischer Fügeprozess  

 

Im Rahmen des Forschungsprojektes wird am Fraunhofer IVV ein Fügeprozess entwickelt, der durch die Dosierung der induzierten Wärmemenge sowie des mechanischen Druckes eine optimale Bindung der erzeugten Spaltprodukte und damit qualitätsgerechte Fügestellen ermöglicht.

Die Qualität der Fügestelle wird dabei hauptsächlich durch die Nahtfestigkeit aber auch die Optik der Naht definiert. Die Bewertung der Nahtfestigkeit erfolgt mittels Zugprüfung nach DIN 55529:2005-09. Grundsätzlich wird eine Festigkeit von 8 N/15 mm bzw. 80 % der Festigkeit des Papierwerkstoffes angestrebt. Die erzeugten Siegelnähte dürfen dabei nur einen geringen Konturverzug und keine Verfärbung aufweisen. Diese Kriterien bilden die Basis für die Entwicklung geeigneter Verfahrensverläufe, Werkzeuge und Anforderungsprofile, um das Verfahren in Verpackungsanlagen einsetzen zu können.

 

 

Projektinformationen PAPURE

 

Programm:	Prepare
Projektlaufzeit:	04/2023 bis 03/2026
Förderung:	Fraunhofer-Gesellschaft
Projektpartner:	Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Dresden (zur Projektseite); Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU (zur Projektseite), Chemnitz; Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, Potsdam