Dr. rer. nat. Kay Hettrich
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31.12.2022

Basierend auf gering modifizierten Stärken war es möglich, durch den Einsatz eines weiteren biobasierten Additivs, Beschichtungsformulierungen für Papiere zu entwickeln, die über hervorragende Fettbarriereeigenschaften verfügen. Durch mechanische Prozesse war es möglich Stärkelösungen in hohen Konzentrationsbereichen herzustellen und diese, durch spezielle Additive dahingehend zu optimieren, dass sowohl deren filmbildenden Eigenschaften als auch Barrierewirkung gegenüber Fetten deutlich gesteigert werden können. Es konnte gezeigt werden, dass das entwickelte System eine sehr gute Kompatibilität gegenüber unterschiedlichen Additiven aufweist, wobei die Verarbeitung, die Papierauftragung noch die Barrieieeigenschaften in kleinster Weise negativ beeinflusst werden. Das wiederum zeigt das enorme Potential der Barriereformulierung, die durchaus hinsichtlich weitere, für die Verpackungsindustrie relevanter Eigenschaften, weiterentwickelt und optimiert werden kann. Aufbauend auf diesen Erfahrungen, sind die am Vorhaben beteiligten Industriepartner sehr aufgeschlossen für die weitere Zusammenarbeit. Die im Vorhaben generierten Ergebnisse sollen in einem weiteren Forschungsprojekt verwertet werden. Das übergeordnete Projektziel, die Entwicklung einer selbstheilende Barriereformulierung konnte nur für Anwendungen in Polymerfilmen im Labormaßstab nachgewiesen werden. In Technikumsversuchen mit papierbasierte Verpackungen konnte ein Selbstheilungseffekt für die Anwendung auf Karton nicht nachgewiesen. Keines der nach den vorher festgelegten Heilungskonzepten entwickelte Mikrokapselsysteme brachte in der Papierauftragung den gewünschten Effekt. Dennoch ist das Projekt letztlich als Erfolg zu werten, da viele Erkenntnisse hinsichtlich der Entwicklung einer rein biobasierten Fettbarriere und der Integration von Kapseln in eine solche Schicht gewonnen wurden.

Der Trend im Verpackungssektor zeigt eine deutliche Nachfrage nach nachhaltigen Produkten auf Basis von Papier. Vor allem die zur Herstellung solcher Verpackung eingesetzten Rohstoffe, die hauptsächlich aus natürlichen nachwachsenden Quellen stammen, und die hohen Recyclingquoten tragen dazu bei. Dieser Trend setzt sich auch im Bereich der Lebensmittelindustrie fort. Um insbesondere in diesem Sektor die Anforderungsprofile an Verpackungsmaterialien zu erfüllen, müssen Papiere und Kartons mit Barrierebeschichtungen ausgestattet werden. Neben synthetischen Polymerdispersionen verstärkt sich in den letzten Jahren aufgrund des Nachhaltigkeitstrends das Interesse an Beschichtungen aus nachwachsenden Rohstoffen und Biopolymeren, wie beispielsweise Stärke. Allerdings ist bei der mechanischen Verarbeitung von beschichteten Papieren und Kartons (Rillen, Falten, Knicken) ein weit verbreitetes Problem die Entstehung von Rissen, Brüchen und Fissuren in der Barrierebeschichtung. Dies wirkt sich insbesondere bei Lebensmittelverpackungen negativ auf die Sperreigenschaften aus, da ein unerwünschtes Ein- oder Austreten von Gasen oder Flüssigkeiten auftreten kann. Um Verpackungsgüter effektiv zu schützen, muss die Funktionstüchtigkeit von Barrieren über den gesamten Lebenszyklus des Verpackungsmaterials garantiert werden. Das Forschungsvorhaben zielte auf' die Verbesserung der Barrierefunktion beschichteter Lebensmittelverpackungen durch eine selbstheilende Barriereschicht ab. Dazu sollten im Rahmen des Projektes mikroverkapselte Selbstheilungskomponenten in die Barriereschicht integriert werden. Wird nun während der Verarbeitung (Falzen, Rillen, etc.) die Barriereschicht beschädigt, brechen die Mikrokapseln auf und geben so die Heilungskomponente zum Verschließen der Risse frei. Dadurch sollte die Barrierefunktion auch nach üblichen Verarbeitungsprozessen, insbesondere dem Rillen, aufrechterhalten bleiben.