Neue Werkstoffe verbessern Barriereeigenschaften

Laut Verpackungsrichtlinie der Europäischen Union müssen bis Juli 2001 die EU-Mitgliedstaaten 50 Prozent ihrer Verpackungsabfälle verwerten. Etwa die Hälfte davon ist einer stofflichen Verwertung zuzuführen. Die europäischen Hersteller, die sich nicht an die nationalen Bestimmungen zur Umsetzung dieser Richtlinie halten, müssen mit hohen Strafen rechnen. Ausländische Unternehmen, die ihre Produkte nach Europa exportieren wollen, müssen diese strikten Verpackungsrichtlinien ebenfalls einhalten. Andernfalls können ihre Lieferungen zurückgewiesen werden.

Viele Berater und Ingenieure, die im Bereich der Anlagenplanung tätig sind, sprechen häufig von hybriden Prozessen. Es handelt sich hierbei um eine Kombination von verschiedenen kontinuierlichen und diskontinuierlichen Prozessen. Eine lebensmittelverarbeitende Anlage, die mit Waggonladungen Sojabohnen beschickt wird und am Ende Speiseölflaschen und Tofupackungen austrägt, ist ein gutes Beispiel dafür. Hybride Prozesse setzen sich im wachsenden Umfang durch. So integrieren immer mehr Lebensmittelhersteller die nachgelagerten Bereiche. Gemäß den Lieferanforderungen der Kunden stellen sie nicht nur das Produkt, sondern auch die Verpackung her und übernehmen die Etikettierung.

Um die Verpackungskosten und den Abfall zu verringern, stellen viele Produzenten von starren und halbstarren Verpackungen auf flexible Gebinde um, wie die Marktanalysten von Frost & Sullivan (Mountain View, Kalifornien) beobachtet haben. Pappe und recyclingfähige Kunststoffe werden strapazierfähiger, aber gleichzeitig leichter und dünner. Neue Beschichtungsmittel, Additive und Fertigungsverfahren erhöhen die Qualität der Packmittel.

In Europa ist Polyethylenterephthalat (PET) ein sehr beliebter Verpackungswerkstoff. Nach Angaben von Pet Packaging, Resin & Recycling Ltd. (Derby, Großbritannien) steigt die Nachfrage nach diesem Verpackungswerkstoff jährlich um bis zu 15 Pro-zent. Der PET-Absatz dürfte im Jahre 2000 bei 1,6 Millionen Tonnen liegen und bis 2007 auf 2,8 Millionen Tonnen steigen. Getränkeflaschen sind auch weiterhin die hauptsächliche Endanwendung. Voraussichtlich werden im Jahr 2007 etwa 70 Prozent des hergestellten PETs zur Herstellung von Flaschen für kohlensäurehaltige Erfrischungsgetränke und Mineralwasser eingesetzt. Zudem werden sich in Europa PET-Flaschen als Verpackung für Bier durchsetzen.

Eine große Herausforderung für die Hersteller von Getränkeverpackungen war die Umstellung auf Einweg-Kunststoffbehälter für Säfte, kohlensäurehaltige Erfrischungsgetränke und Bier. Einige Experten hatten vo-rausgesagt, dass in diesem Produktsegment PET schon bald Metalle und Glas ersetzen würde. Das ist laut Gordon J. Bockner, Präsident von Business Development Associates, Inc., bisher noch nicht eingetreten. Die Ursache dafür liegt auf der Hand: Damit sauerstoffempfindliche Getränke, die in PET-Flaschen abgefüllt sind, frisch bleiben, ist ein höherer Gasbarriereschutz notwendig. Insbesondere gilt dies, wenn das Verhältnis der Flaschenoberfläche zum Inhalt oder Flüssigkeitsvolumen zunimmt. Gleichwohl weist Bockner auf fünf Veränderungen hin, die in den nächsten drei Jahren zu einer sprunghaft steigenden Verwendung von PET-Einweg-Getränkeverpackungen führen werden:

• durch verschiedene technische und kommerzielle Entwicklungen wächst der Anteil von Single-Serve-Behältern mit verbesserter Barriereleistung,

• verbessertes Know-how bei der Herstellung von kostengünstigen PET-Behältern für heißabfüllbare Getränke,

• alternative Verschlusssysteme steigern die Wettbewerbsfähigkeit von PET-Behältern unter Kostengesichtspunkten,

• fortschreitende Optimierung integrierter Behälterfertigungs- und Abfüllsysteme,

• kontinuierliche Verschiebung der Verpackerperspektive als Reaktion auf die höhere Verfügbarkeit von PET-Verpackungen.

Für das Jahr 2000 erwartet Bockner die Einführung von zwei Verpackungslösungen mit verbesserten Barriereeigenschaften: Das ist zum einen das Exxipak-System von Plastipak. Bei gezielter Verbesserung der Gasbarriereeigenschaften können bei dieser Verpackungslösung bis zu 85 Prozent Recyclingmaterial eingesetzt werden. Diese Entwicklung leistet einen wesentlichen Beitrag zur Kostenreduzierung und zum sinnvollen Recycling von Wertstoffen. Zum anderen haben sowohl Husky als auch Tetra Pak das Injection Over Injection-Konzept wieder eingeführt. Bei diesem Zweischichten-Konzept wird ein Standard-PET-Behälter beschichtet, ohne dass eine separate Beschichtungslinie oder ein separater Prozess notwendig ist.

Innerhalb der vorhandenen Mehrschichtsys-teme führen Weiterentwicklungen bei den Barrierewerkstoffen zu deutlichen Verbesserungen des Preis-Leistungsverhältnisses. Amcor hat vor kurzem einen Mehrschichtbehälter für Anheuser-Busch produziert, der auf einer sauerstoffbindenden Barriereschicht aufbaut. ICI Melinex vermarktet eine Sauerstoffbarrierefolie für Verpackungsanwendungen. Diese umweltfreundliche Folie enthält weder Aluminium, noch Halogene oder Schwermetalle. Die Barrierewirkung kommt folgendermaßen zu Stande: Man beschichtet die Polyesterfolie Melinex mit Plättchen aus natürlichen Mineralstoffen. Für die Haftung sorgt ein spezielles organisches Bindemittel. Die Beschichtung erfolgt mit Hilfe von Tiefdruckmethoden bei atmosphärischem Druck. Die so entstandene transparente Folie hat eine Sauerstoffpermeationsrate von 1 cm3/m2d. Sie ist sechs bis acht Mal so hoch wie die Sauerstoffpermeationsrate von PET-Folien, die mit Polyvinyldichlorid beschichtet sind.

Das Interesse an innovativen Werkstoffentwicklungen erstreckt sich auch auf die Außenbeschichtungen für Standardbehälter. Mit diesem Thema beschäftigen sich beispielsweise die Unternehmen Constar, Amcor und Graham Packaging. Graham Packaging nutzt beispielsweise die Bairocade-Beschichtungen von Pittsburgh Plate Glass – einem amerikanischen Unternehmen – zur Außenbeschichtung von 0,5- und 0,6-Liter-Flaschen für Säfte. Die Baircode-Beschichtungen erhöhen die Haltbarkeit des Produkts um etwa 300 Prozent. Sie eignen sich für Einweg-Behälter mit einem Fassungsvermögen von 0,2 bis 0,6 Liter. Die Beschichtungen werden erst aufgebracht, nachdem die Flaschen geformt sind. Die Aushärtung der Beschichtung, und damit der Aufbau der Gasbarriere, erfolgt in Infrarotöfen. Diese beschichteten Flaschen lassen sich mit konventionellen Anlagen recyclen.

Tru-Taste Gold ist eine Verpackung für Säfte von International Paper. Diese Verpackung auf Papierbasis schützt Geschmacksstoffe und Vitamine zuverlässig. Sie ist aus mehreren Schichten von Schutzmaterialien aufgebaut. International Paper bietet eine ähnliche Verpackungslösung auch für Milchprodukte an.

Nur thermofixierte PET-Verpackungen eignen sich für heißabgefüllte Getränke. Die zwei wichtigsten Kostenkomponenten bei der Fertigung von thermofixierten Behältern sind das zusätzliche Gewicht und die für die Thermofixierung benötigte Zeit. Auch wenn die Herstellungskosten von thermofixierten PET-Flaschen niemals so niedrig sein können wie die von herkömmlichen Verpackungen für kaltabgefüllte Getränke, wird der preisliche Abstand in den kommenden Jahren geringer werden. Man geht davon aus, dass Mitte bzw. Ende diesen Jahres thermofixierte 0,5-Liter-Behälter mit einem Gewicht von 27 bis 28 Gramm zur Verfügung stehen werden, derzeit liegt dieser Wert bei 32 bis 33 Gramm. Mit dieser Entwicklung ist eine signifikante Kostenein-sparung verbunden

Aktive Verpackungen stellen nicht nur eine inerte Barriere zwischen dem Produkt und der äußeren Umgebung her, sondern bieten dem Anwender Zusatzfunktionen, beispielsweise den Entzug von Sauerstoff aus dem Verpackungsinneren. Für leicht verderbliche Waren oder Produkte mit kurzer Haltbarkeit sind diese Verpackungen besonders gut geeignet. Dazu zählen beispielsweise Gemüse, Fleisch- und Molkereiprodukte sowie Erfrischungsgetränke und Bier.

Besonders attraktiv für die Lebensmittelindustrie sind aktive Verpackungen mit sauerstoffabsorbierender Wirkung. Indem man den Sauerstoff aus dem oberen Bereich der Verpackung entfernt, lässt sich die Haltbarkeit von Lebensmitteln und Getränken deutlich verbessern. Zur Bindung des Sauerstoffs sind die Verpackungen mit kleinen Beuteln ausgestattet, die Eisenpulver enthalten. Das Eisenpulver kann aber auch in der Kunststoffverpackung selbst dispergiert sein. Eine Alternative zu diesem Lösungsansatz sind aktivierte Kunststoffe, die mit Hilfe von Übergangsmetallkatalysatoren hergestellt werden. Sie können besonders vorteilhaft für die Verpackung von Frischfleisch mit sehr kurzer Haltbarkeit eingesetzt werden. Vielversprechende Entwicklungsansätze gibt es auch auf dem Gebiet der sterilen Verpackungen. Hier wurden Kunststoffmaterialien entwickelt, die den Verpackungsinhalt vor mikrobieller Kontaminierung schützen.

Während 200-Liter-Fässer die Primärgebinde für Non-Bulk- und Semi-Bulk-Transporte sind, setzen sich im wachsenden Umfang auch die International Bulk Container (IBC) durch. Sie haben ein Fassungsvermögen von bis zu 1000 Litern. Die wesentlichen Vorteile der wiederverwendbaren IBCs sind die im Vergleich zu Fässern deutlich niedrigeren Distributionskosten sowie das problemlose Recycling.

Eine andere interessante Verpackungslösung für Schüttgüter sind Bulk-Bags. Diese flexiblen Gebinde aus Polypropylen haben ein Fassungsvermögen von 230 bis 1800 Kilogramm. Zwischenzeitlich bieten verschiedene Hersteller auch konfektionierte Umschlaganlagen für Bulk-Bags an.

Halle 1.2, Stand A9-B12

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