Feuchtigkeitsschützende bionische Beschichtung von PPK-Verpackungen - BionicBarrier

Grafische Darstellung des Projekts BionicBarrier mit einem Getränkehalter aus Papier und einer wasserabweisenden Beschichtung aus Weintrester
Grafische Darstellung des Herstellungs- und Recyclingkreislaufes von Verpackungen mit bionischer Barrierebeschichtung

Projektlaufzeit: 1.10.2018 bis 30.9.2019

Projektträger / Zuwendungsgeber:
Forschungszentrum Jülich (FZJ) / Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF

Kondenswasser beeinträchtigt die Funktion von PPK-Verpackungen

Papier, Pappe und Kartonagen (PPK) sind v.a. aufgrund ihres geringen Preises und ihrer guten mechanischen Stabilität wichtige Verpackungsmaterialien. Bei Lebensmitteln werden diese häufig auch innerhalb einer Kühlkette als Versandverpackungen verwendet. Hierbei ergibt sich die Gefahr der Kondenswasserbildung und folglich der Schädigung von Verpackung und Lebensmittel. Die Verpackung kann aufweichen und verliert ihre mechanische Stabilität.

Erdölbasierte Barriereschichten beinträchtigen die Recyclingfähigkeit

Um die Festigkeit des Packstoffes sowie den optimalen Produktschutz zu gewährleisten, werden PPK-Substrate häufig mit erdölbasierten hydrophoben Wassersperrschichten aus Wachsen oder Kunststoffen versehen. Dies hat zur Folge, dass diese beschichteten PPK-Materialien nicht ohne weiteres rezykliert werden können. Im Sinne einer biobasierten Kreislaufwirtschaft sind somit neue Lösungen erforderlich, die die Anforderungen hinsichtlich hoher Wasserbeständigkeit und guter Rezyklierbarkeit erfüllen.

Pflanzliches Cutin als Barriereschicht verbessert den Recyclingprozess

Ziel des Forschungsprojektes BionicBarrier ist die Entwicklung einer wasserabweisenden bionischen Beschichtung auf Basis von pflanzlichem Cutin. Cutin ist ein natürliches Polymer aus veresterten Fettsäuremonomeren. Es schützt Pflanzenteile wie Blätter und Früchte vor dem Austrocknen und bildet eine mechanisch stabile Matrix. Es stellt somit ein biobasiertes und bioabbaubares Barrierematerial gegen Wasser dar. Nach diesem Vorbild soll eine Cutin-basierte Beschichtung entwickelt werden, die die Dimensionsstabilität und Reißfestigkeit von PPK-Verpackungen, die Langlebigkeit des Verbundes, den Produktschutz und Beständigkeit der Druckfarbe gewährleistet. Der Lack soll als wässrige Formulierung auf die Substrate aufgebracht werden und somit gänzlich ohne gesundheitsschädliche Lösemittel auskommen. Darüber hinaus soll er im Recyclingprozess leicht vom PPK-Substrat zu entfernen sein. Der Rohstoff steht nicht in Konkurrenz zum Lebensmittel, da ausschließlich Reststoffe verwendet werden, die bisher keine höherwertige Anwendung finden.

Fraunhofer-Wissenschaftler entwickeln Cutin-basierte Lacke

Die Wissenschaftler am Fraunhofer IVV werden hierbei die enzymatische Extraktion des Cutins aus Weintrester erproben. Hierbei wird versucht, mittels der Prozesssteuerung die chemischen und damit auch physikalischen Eigenschaften des Cutins für den Verpackungszweck zu optimieren. Im Anschluss wird durch Schmelzeemulsion oder eine Lösung-Fällungs-Reaktion eine wasserbasierte Suspension des Cutins entwickelt. Hierbei werden die Wissenschaftler verschiedene Arten von Emulgatoren testen. Der nächste Entwicklungsschritt ist die Einstellung und Messung der optimalen Cutin-Partikelgröße, sodass durch minimalen Emulgatoreinsatz eine maximale Dispersionsstabiltiät erreicht werden kann. Die Dispersion wird dann auf Kartonagen aufgebracht werden, um dort Kennwerte wie den Cobb-Wert sowie mechanisch Stabilitätswerte zu ermitteln. Die Rezyklierbarkeit wird im ersten Schritt im Labormaßstab bewertet. Ziel ist es, die Idee in weiteren Projekten in den Industriemaßstab umzusetzen.