Leistungserweiterung von flexiblen Kunststoffmaterialen durch innovative Nanotechnologien

FORSCHUNGSPROJEKT »BarriFlex«

Bisher bestehen flexible Kunststofffolien mit einer hohen Barrierewirkung gegenüber Sauerstoff oder Wasserdampf aus mehreren Schichten, die das jeweilige Gas blockieren. Diese Multimaterialfolien kommen vor allem im Bereich der Lebensmittelindustrie und der technischen Anwendungen zum Einsatz. Jedoch können sie im mechanischen Recyclingprozess nicht getrennt werden und sind somit nicht recyclingfähig.  

Recyclingfähige Barriereverpackung aus Nanokomposit

Das Ziel des CORNET-Projekts BarriFlex ist es leistungsstarke, kostengünstige Barrierefolien mit niedrigem Carbon Footprint für flexible Verpackungen und Verkapselungen zu entwickeln, die auf einem Material basieren (Monomaterial-Lösung). Als Monomaterial gilt nach deutschem Verpackungsgesetz ein Material, das einen maximalen Fremdstoffanteil von 5 Gew% aufweist. Um eine Barriere gegenüber den angesprochenen Gasen zu erzielen werden verschiedene Nanopartikel in ausgewählte Lacke und Klebstoffe integriert. Diese Partikel wirken als Hindernis für die Permeation von Molekülen, indem sie deren freies Volumen in der Matrix verringern, ihre Diffusionswege verlängern oder Wasserdampf absorbieren.

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Das Fraunhofer IVV fügt die Nanopartikel und den Lack zusammen. Durch den Mischprozess mit hoher Scherung wird eine homogene und orientierte Dispersion der verschiedenen Nanoplättchen sichergestellt, von kommerziellen Nanoclays bis hin zu umweltgerecht synthetisierten Cellulose-Nanokristallen. Vorläufige Formulierungs-Benchmarks und damit verbundene Barriereleistungen werden mit Hilfe von Berechnungswerkzeugen ermittelt. Die Barriereschicht wird dann auf ein Polymersubstrat aufgetragen und mit einer Siegelfolie für Lebensmittelverpackungsanwendungen laminiert. Durch die Funktionalisierung und somit Fixierung der Nanopartikel in der Matrix wird sichergestellt, dass keine Migrationsprobleme auftreten. Für die Verkapselung von flexiblen Photovoltaik-Modulen dient die Monolayer-Barriere als vorläufige Verkapselungsschicht, um die Anzahl der komplementären Schichten zu begrenzen und die angestrebten Permeationswerte zu erreichen. Für beide Anwendungen muss eine Barriereleistung nach dem Stand der Technik erreicht werden, um den Mehrwert des Konzepts zu demonstrieren.

Logo des BMWi als Hinweis auf die Förderung
AiF Logo
IGF Logo

Projektlaufzeit: 2019 bis 2021
Projektträger
/Zuwendungsgeber:
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (über Industrievereinigung für Lebensmitteltechnologie und Verpackung), Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Cornet-Projekt
Projektpartner: - FILK (Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen e.V.) – Koordinator
- CELABOR (Belgien)
- MateriaNova (Belgien)
- TUM (Technische Universität München)