Nach aktuellen Prognosen des European Bioplastics e.V. und des nova-Institutes wird die globale Produktionsmenge an Biopolymeren von rund 2,05 Millionen Tonnen im Jahr 2017 auf 2,44 Millionen Tonnen im Jahr 2022 ansteigen. Der Trend zu biobasierten und biologisch abbaubaren Kunststoffen ergibt sich vor allem aus der weltweiten Abfallproblematik und steigenden Umweltauflagen für die Industrie. Auch ein wachsendes Umweltbewusstsein der Kunden kommt den Biokunststoffen zugute. Ausgewählte Biokunststoffe bieten darüber hinaus auch technische Vorteile. Aufgrund seiner einzigartigen Barriere-Eigenschaften gegenüber Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoffdioxid wird beispielsweise Polylactid (PLA) in der Verpackungsindustrie – dem größten Anwendungsgebiet für Biopolymere – bereits erfolgreich angewendet.
An dieser Stelle knüpft das Projekt Bio-Barriere-Folien (BioBaFol) an, das im Rahmen des Förderprogramms Nachwachsende Rohstoffe des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gestartet wurde. Die Projektpartner SKZ, Fraunhofer-Institut für Silicatforschung, Tecnaro, JenCAPS Technology und Südpack Verpackungen entwickeln PLA-basierte Folien mit besonderen Barriere-Eigenschaften für den Lebensmittel-, Pharma- und Kosmetikbereich. Eine anorganisch-bio-organischen Funktionsschicht soll die Barriere-Wirkung dieser Folien im Vergleich zu konventionellen Mehrschichtfolien verbessern. Derartige Hybridpolymere kommen bereits in zahlreichen Anwendungsfeldern zum Einsatz, beispielsweise bei photo- und elektrochromen, kratz- und abriebfesten oder antistatischen Beschichtungen. Die hervorragenden Barriere-Eigenschaften sollen nun für den Einsatz von Lebensmittelverpackungen und die flexible Verkapselung optoelektronischer Anwendungen untersucht werden.
Konventionelle Barrierefolien werden überwiegend durch Kaschierverbunde abgedeckt. Dabei handelt es sich in der Regel um Duplex-Folien, bei denen zwei unterschiedliche Folien durch Coextrusion miteinander verbunden werden. Hinzu kommen anwendungsspezifische Polyolefine als Siegelmedien. Diese Kaschierverbunde lassen sich derzeit nicht in ihre einzelnen Bestandteile zerlegen, so dass sie nicht in einen Recyclingkreislauf zurückgeführt werden können. „Durch die Verwendung einer Hybridpolymerschicht auf einem PLA-Trägermaterial soll der Recyclingprozess begünstigt werden“, erläutert SKZ-Wissenschaftler Alexander Rusam. „Diese Schicht kann bei einer erneuten Folienextrusion in die Polymermatrix eingearbeitet werden und dient auf diese Weise sowohl als Keimbildner bei der Kristallisation als auch als zusätzlicher Barrierefüllstoff. Eine Trennung von Barriereschicht und PLA-Trägermaterial ist daher nicht erforderlich, was künftig einen Stoffkreislauf ermöglichen kann.“
Bis zum Ende der Projektlaufzeit Mitte 2021 wird neben der Machbarkeit ein Scale-up im Technikums-Maßstab angestrebt.
Das SKZ ist Mitglied der Zuse-Gemeinschaft. Diese ist ein Verbund unabhängiger, industrienaher Forschungseinrichtungen, die das Ziel verfolgen, die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der Industrie, insbesondere des Mittelstandes, durch Innovation und Vernetzung zu verbessern.
An dieser Stelle knüpft das Projekt Bio-Barriere-Folien (BioBaFol) an, das im Rahmen des Förderprogramms Nachwachsende Rohstoffe des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gestartet wurde. Die Projektpartner SKZ, Fraunhofer-Institut für Silicatforschung, Tecnaro, JenCAPS Technology und Südpack Verpackungen entwickeln PLA-basierte Folien mit besonderen Barriere-Eigenschaften für den Lebensmittel-, Pharma- und Kosmetikbereich. Eine anorganisch-bio-organischen Funktionsschicht soll die Barriere-Wirkung dieser Folien im Vergleich zu konventionellen Mehrschichtfolien verbessern. Derartige Hybridpolymere kommen bereits in zahlreichen Anwendungsfeldern zum Einsatz, beispielsweise bei photo- und elektrochromen, kratz- und abriebfesten oder antistatischen Beschichtungen. Die hervorragenden Barriere-Eigenschaften sollen nun für den Einsatz von Lebensmittelverpackungen und die flexible Verkapselung optoelektronischer Anwendungen untersucht werden.
Konventionelle Barrierefolien werden überwiegend durch Kaschierverbunde abgedeckt. Dabei handelt es sich in der Regel um Duplex-Folien, bei denen zwei unterschiedliche Folien durch Coextrusion miteinander verbunden werden. Hinzu kommen anwendungsspezifische Polyolefine als Siegelmedien. Diese Kaschierverbunde lassen sich derzeit nicht in ihre einzelnen Bestandteile zerlegen, so dass sie nicht in einen Recyclingkreislauf zurückgeführt werden können. „Durch die Verwendung einer Hybridpolymerschicht auf einem PLA-Trägermaterial soll der Recyclingprozess begünstigt werden“, erläutert SKZ-Wissenschaftler Alexander Rusam. „Diese Schicht kann bei einer erneuten Folienextrusion in die Polymermatrix eingearbeitet werden und dient auf diese Weise sowohl als Keimbildner bei der Kristallisation als auch als zusätzlicher Barrierefüllstoff. Eine Trennung von Barriereschicht und PLA-Trägermaterial ist daher nicht erforderlich, was künftig einen Stoffkreislauf ermöglichen kann.“
Bis zum Ende der Projektlaufzeit Mitte 2021 wird neben der Machbarkeit ein Scale-up im Technikums-Maßstab angestrebt.
Das SKZ ist Mitglied der Zuse-Gemeinschaft. Diese ist ein Verbund unabhängiger, industrienaher Forschungseinrichtungen, die das Ziel verfolgen, die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der Industrie, insbesondere des Mittelstandes, durch Innovation und Vernetzung zu verbessern.
