Verpackungen von Lebensmitteln oder Kosmetika sind oft außen ein Karton und innen ein Plastiksackerl, das den Inhalt etwa luft- und wasserdicht verschließt. Bei Verpackungen aus Kunststoffen stehen einem relativ kurzen Nutzen eine hohe Belastung der Umwelt und aufwendige Entsorgung entgegen, Karton und Papier eignen sich aktuell jedoch nur bedingt zur Verpackung für die vor Luftfeuchtigkeit, Nässe und Sauerstoff oder auch Aromaverlust zu schützenden Inhalte.
Algen statt Metall
Eine Beschichtung mit einem Film oder einer Folie aus biobasierten Polymeren könnte die Funktion ebenso erfüllen und die Umweltverschmutzung reduzieren. Samir Kopacic, Forscher an der TU Graz, entwickelt mit Förderung der Forschungsgesellschaft FFG ein solch umweltfreundliches Beschichtungsverfahren. „Papier und Karton sind porös und faserig. Um die notwendige Undurchlässigkeit zu erreichen, werden sie häufig mit synthetischen, biologisch aber nicht abbaubaren und schwer recycelbaren Polymeren beschichtet, oder mit Metallfolien kaschiert“ so Kopacic.
Der 32-Jährige hat technische Chemie und Verfahrenstechnik studiert und arbeitet am Institut für Biobasierte Produkte und Papiertechnik mit Partnern aus der Papierindustrie und der Vereinigung der Österreichischen Papierindustrie Austropapier an einer Lösung des Problems auf Basis von recyclingfähigen Biopolymeren. Ihr Ausgangsstoff ist nicht Erdöl, sondern erneuerbare Biomasse aus unter anderem dem Wald, aus Algen, Garnelenschalen, Kartoffelstärke oder Polymilchsäure aus Getreide.
Projekt „PapSpray“
„Die Natur bietet zahlreiche wertvolle Substanzen für die Herstellung von Biopolymeren“, betont Kopacic, „allerdings sind konventionelle Beschichtungsverfahren beim Auftragen von biobasierten Barriere-Materialien auf Papier aufgrund ihres komplexen Fließverhaltens bisher nur begrenzt erfolgreich. Die gut etablierten Techniken funktionieren mit den neuen Materialien nicht gut. Wenn man neue Materialien hat, muss man auch die Prozesse neu denken“, zeigt sich der Projektleiter überzeugt.
In dem mit rund 800.000 Euro für die nächsten drei Jahre geförderten Projekt „PapSpray“ verfolgt sein Team aus analytischen Chemikern, Maschinenbauern, Lebensmittelchemikern und Laborpersonal den Ansatz, Papier oder Karton mit Biokunststoffen aus nachwachsenden Rohstoffen zu besprühen.
Von Tröpfchen und Tropfenaufprall
„Wir testen nun die Tauglichkeit von Sprühbeschichtungsverfahren und untersuchen, wie Biopolymere auf Papier aufgesprüht werden müssen, um die gewünschten Barriere-Eigenschaften zu bekommen“, so Kopacic. So sollen in dem im Aufbau befindlichen Spray-Coating-Labor etwa die Tröpfchenbildung, der Tropfenaufprall wie auch die Homogenität des Sprühstrahls und Benetzung der Papieroberfläche mit den Tröpfchen jeweils in Abhängigkeit von den eingesetzten jeweiligen Materialien untersucht werden.
Neben einer umfassenden Analyse der Barriere- und Verarbeitungseigenschaften will Kopacic die so erzeugten Verpackungsmaterialien ebenso hinsichtlich ihrer Rezyklierbarkeit und Kompostierbarkeit bewerten, um sodann die Weiterentwicklung von vollständig kunststofffreien Verpackungsmaterialien rein aus erneuerbaren und natürlichen Rohstoffen zu ermöglichen.