Laufzeit
31.05.2022 – 30.11.2025
Koordinierende Forschungsstelle
Fraunhofer-Institut für
Verfahrenstechnik und Verpackung
Giggenhauser Straße 35,
85354 Freising, Germany
Projektleiter
Prof. Dr. Horst-Christian Langowski, IVVDr. Cornelia Stramm, IVV
Teilprojektleiter
PD Dr. Albrecht Brandenburg, IPM
Claudia Keibler-Willner, FEP
Dr. Maik Wiemer, ENAS Kerstin Müller, IVV
FAH Beteiligung
Die FAH ist Teil des Projektbeirates
Kurzdarstellung
Weshalb: Damit Kunststoffverpackungen für empfindliche Produkte den Anforderungen bzgl. Gasdichtheit, mechanischer Stabilität und Schadstofffreiheit genügen, werden sie heute aus Mehrschichtsystemen hergestellt. Aufgrund des notwendigen Materialmixes sind sie nicht rezyklierbar und werden verbrannt oder kontaminieren die Umwelt direkt in Form makroskopischer und mikroskopischer Kunststoffabfälle. Um hier einen nachhaltigen Wertstoffkreislauf zu etablieren, müssen also die nicht rezyklierbaren Mehrschichtverbunde durch Monomaterialien ersetzt werden und Kunststoffverpackungen mit hohem Rezyklatanteil etabliert werden. Hierzu sind bisherige Mehrschicht-Kunststoffverpackungen nicht geeignet.
Was: Dieses Problem ließe sich durch die Beschichtung sortenreiner Kunststoffe mitoder ohne Rezyklatanteil mit ultra-dünnen anorganischen Barriereschichten wie Siliziumnitrid, Aluminium-oder Siliziumoxid lösen. Deren Barrierewirkung gegenüber Sauerstoff, Wasserdampf und Aromastoffen liefert eine hohe Funktionalität und die Schichten verhindern gleichzeitig die Kontamination der verpackten Produkte aus Verunreinigungen der Rezyklate im Substrat. Probleme bereitet bei transparenten Schichten allerdings noch deren gleichmäßige Dicke und Stöchiometrie, auch, weil diese Größen aktuell nicht im laufenden Prozess erfasst werden können. Es ist daher bisher nicht möglich, die Schichten qualitätsgesichert so dünn herzustellen, dass die Verpackung zuverlässig ihre Funktion erfüllt und zusätzlich vollständig wiederverwertet werden kann. Wir reden hier über 10 Nanometer, also weniger als 30 Lagen der Verbindungsatome, in der Massenfertigung. Gelingt diese technische Herausforderung, so beträgt die „Verunreinigung“ des Kunststoffes mit der Barriereschicht beim Recycling bis unter 0,02 %. Selbst die hundertfache Wiederverwendung des gleichen Materials führt also nicht zu Problemen!
Hier setzt »RE-USE« an: Mittels eines neuen IR-optischen Verfahrens soll die Verfolgung der Schichteigenschaften im Prozess und dessen Regelung auf gleichmäßige Dicke und Schichtzusammensetzung für 2-dimensionale (Folien) und 3-dimensionale Substrate (Becher, Blister, Trays) ermöglicht werden. So können erstmals reproduzierbar transparente Barriereschichten in Dicken von nur 10 Nanometern hergestellt werden.
Das ist die Voraussetzung für die Entwicklung der leistungsfähigen und gleichzeitig ultradünnen Barriereschicht-Systeme für verschiedene (Massen-)Anwendungen. Ergänzt wird dieser Ansatz durch in die Verpackung integrierte, aber leicht abtrennbare und wiederverwendbare Sensorsysteme für besonders teure Güter, um den einwandfreien Zustand der verpackten Ware abzusichern sowie für Stichproben zur Erleichterung von Lagertests. Dadurch können zukünftig auch „very high cost“-Verpackungen durch die neue, preisgünstige Lösung ersetzt werden.