Ein Plus an Flexibilität mit dem neuen 11-Schicht-Konzept

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1 Von Dr. Holger Niemeier, Vorstand und Technischer Leiter und Dipl.-Ing. (FH) Michael Heinecker, Leiter Forschung und Entwicklung Hosokawa Alpine AG, Film Extrusion Division, Augsburg Hochbarrierefolien mit elf statt mit neun Schichten herstellen? Das bedeutet nicht nur eine Investition in modernes, komplexes Equipment, sondern auch ein Mehr an Flexibilität. Dennoch stellt sich die Frage: Lohnt sich das? Die Antwort lautet: Auf jeden Fall! In weniger als einem Jahr kann sich die Investition in eine 11-Schicht-Blasfolienanlage bei Ausschöpfung aller Möglichkeiten allein durch die gewonnene Flexibilität, die möglichen Rohstoffeinsparungen und Erweiterungen der Produktionskapazitäten amortisieren. Abb. 1 Alpine 11-Schicht Blasfolien Co-Extrusionsanlage im Hosokawa Alpine Testlabor in Augsburg Im Jahr 2014 erreicht der weltweite Verbrauch von Hochbarrierefolien ein Marktvolumen von 1,76 Mio. Tonnen und einen Marktwert von 15,9 Mrd. USD, so meldet es die britische Smithers Pira aus Leatherhead in ihrer Studie The Future of High Barrier Packaging Films to Bis 2019 soll der Bedarf jährlich um weitere 5 Prozent steigen. Als Hochbarrierefolien werden hier solche definiert, die flexibel sind, eine Stärke von unter b.schmid-schwarzer@alpine.hosokawa.com 1 / 5

2 250 µm aufweisen und bei einer Dicke von 25 µm eine Sauerstofftransmissionsrate von unter 5 cm 3 /qm/tag haben. Grund für den steigenden Verbrauch von Hochbarrierefolien sei die verstärkte Nachfrage nach Verpackungsmaterialien mit einem besseren Produktschutz. Dies gelte insbesondere für Lebensmittel und Getränke, aber auch für pharmazeutische Produkte. Spezielle Verpackungslösungen stärker gefragt Hochbarrierefolien bieten einen ausgezeichneten Schutz gegen Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid und sorgen somit nicht nur dafür, dass empfindliche Lebensmittel, wie Frischfleisch überhaupt abgepackt angeboten werden können, sondern erhöhen deutlich deren Haltbarkeit. Gerade in den Industrieländern werden durch sich ändernde Lebensgewohnheiten, immer mehr Single-Haushalte sowie durch eine immer ältere Gesellschaft kleinere Verpackungseinheiten und Case-Ready-Verpackungen für Frischwaren immer wichtiger, die ebenfalls nur mit Hochbarrierefolien zu realisieren sind. Auch Standbodenbeutel aus Hochbarrierefolie, die aufgrund ihrer Retorten- und Mikrowelleneignung für den Verbraucher besondere Vorteile bieten, sind immer verbreiteter und sollen laut Smithers Pira in den nächsten fünf Jahren sogar die größten Zuwachsraten haben. Aber nicht nur die steigende Nachfrage nach zunehmend spezialisierten Verpackungslösungen in den Industrieländern, sondern auch der steigende Einsatz von Verpackungen in den weniger entwickelten Ländern tragen zum Marktwachstum bei. Stand der Technik bei Hochbarriere-Blasfolien ist 9-Schicht Trotzdem handelt es sich bei Hochbarrierefolien im Vergleich zu Commodity- Verpackungen um einen vergleichsweise kleinen Markt. Allerdings bietet dieser Nischenmarkt dem Folienhersteller nicht nur die beschriebene, günstige Zukunfts- und Wachstumsperspektive sondern auch interessante Margen und ist deshalb für Neueinsteiger sehr interessant. Schätzungen zufolge werden derzeit allein 20 Neuanlagen für Barriere-Blasfolien jährlich installiert. Für die Herstellung dieser Art von b.schmid-schwarzer@alpine.hosokawa.com 2 / 5

3 Hochbarrierefolien haben sich 7- und 9-Schicht-Anlagen etabliert, wobei sich in der jüngsten Vergangenheit die 9-Schicht-Produkte als Stand der Technik erweisen. Typischerweise werden für die Herstellung von Hochbarriere-Blasfolien für Lebensmittelanwendungen verschiedenste Polyolefine verwendet, die z.b. mit EVOH-, oder PA-Schichten über Haftvermittler kombiniert werden, um die gewünschten Eigenschaftsprofile zu erreichen. Neben der benötigten, aufwändigen Maschinentechnik stellen insbesondere die Barrierewerkstoffe einen großen Kostenfaktor dar und werden daher in möglichst dünnen, anwendungsoptimierten Schichten verwendet. Produktionssicher lässt sich eine minimal dünne Schicht des am häufigsten eingesetzten Barrierewerkstoffes EVOH von 1 µm realisieren. Zwei weitere Schichten mehr bringen deutlich mehr Flexibilität Nicht nur für etablierte Hersteller von Hochbarrierefolien, sondern gerade auch für Neueinsteiger, die auch für zukünftige Marktveränderungen und -anforderungen bestens gerüstet sein möchten, bietet sich eine Investition in die neue 11-Schicht-Technologie an. Sie bringt nicht nur in Bezug auf die 5 bis 11 Schichten von Barrierefolien, sondern auch hinsichtlich der verwendbaren Rohstoffe ein enormes Maß an Flexibilität. Einen entscheidenden Beitrag zu dieser hohen Flexibilität leistet der neue 11-Schicht-Blaskopf der patentierten X-Baureihe von Hosokawa Alpine. Basierend auf der erfolgreichen X- Serie, hat das zu den Marktführern im Bereich Folienblasanlagen gehörende Unternehmen einen Blaskopf mit nunmehr 11 Wendelverteilern entwickelt. Im Mittelpunkt der Blaskopfauslegung steht die enorme Vielseitigkeit der Extrusionsanlage welche durch 11 gleichwertige Einzelschichten ermöglicht wird. Da das gesamte Spektrum der geeigneten Rohstoffe trotz sehr unterschiedlichen Viskositäten in jedem Extruder ohne Schneckenwechsel und somit in jeder Schicht verarbeitet werden kann, ist eine nie gekannte Vielfalt verschiedener Schichtaufbauten möglich. Symmetrische Folienstrukturen wie z.b. für Kaschierfolien sind genauso möglich, wie asymmetrische. Folienstrukturen für Tiefziehanwendungen. Folienstrukturen, in denen die Schichten gleich dick sind, sind ebenso einfach herzustellen, wie Folienstrukturen mit sehr unterschiedlichen Schichtdicken. Dickere Schichten, beispielsweise aus b.schmid-schwarzer@alpine.hosokawa.com 3 / 5

4 kostengünstigeren Rohstoffen, sind dadurch zu erreichen, dass in zwei Extrudern und damit in zwei Schichten nebeneinander das gleiche Material gefahren wird. Last but not least bietet die erhöhte Schichtanzahl der 11-Schichtanlage die Möglichkeit, ganz neue Materialkombinationen zu realisieren, was auch bedeuten kann, dass die Schichtdicke insgesamt reduziert und damit eine Kostenersparnis erreicht wird, bzw. völlig neue Produkte entstehen, die z.b. spätere Kaschierschritte unnötig machen. Amortisation in weniger als einem Jahr Damit die enorme Flexibilität auch in der Praxis voll ausgenutzt werden kann, wurde bei der Blaskopf-Konzeption auf kurze Materialwechsel- und kurze Spülzeiten geachtet. So ist beispielsweise die Umstellung von einer PE-Folie, die selbstverständlich auch mit einer 11-Schicht-Anlage herstellbar ist, auf eine Hochbarrierefolie in einer Zeit von unter einer Stunde zu verwirklichen. Um dies unter Beweis zu stellen, betreibt die Hosokawa Alpine in ihrem Technikum eine 11-Schicht-Anlage für Kundenversuche. Hier werden zusammen mit dem Kunden neue Folienstrukturen realisiert und mit Rohstoffherstellern neue Rohstoffe und Rohstoffkombinationen entwickelt und im Weiteren auf ihre Verarbeitungseigenschaften hin untersucht. Dass die mit der 11-Schicht-Anlage gewonnene Flexibilität auch bezahlbar ist, beweist die folgende Kostenrechnung. Unter der Annahme des gleichen Personalbedarfs und der gleichen Energiekosten pro verarbeitetem Kilogramm wird die Herstellung einer mm breiten und 40 µm-dicken symmetrischen 9-Schicht-Folie mit einer 11-Schicht-Folie mit gleichen Dimensionen verglichen. Der Folienaufbau sieht jeweils folgendermaßen aus: 5 % mlldpe, 33 % LLDPE, 5 % TIE, 5 % PA, 4 % EVOH, 5 % PA, 5 % TIE, 33 % LLDPE und 5 % mlldpe. Während die 9-Schicht-Folie mit einer maximalen Durchsatzleistung von 420 kg/h gefahren werden kann, liegt diese bei der 11-Schicht- Folie um rund 30 % höher und erreicht 550 kg/h. Diese erhöhte Leistung lässt sich dadurch realisieren, dass die beiden LLDPE-Schichten in der 11-Schicht-Linie auf zwei nebeneinanderliegende Schichten mit jeweils 16,5 % verteilt werden können. Somit sind deutlich höhere Leistungen realisierbar, da die Durchsatzmenge im Schmelzekanal immer b.schmid-schwarzer@alpine.hosokawa.com 4 / 5

5 der limitierende Faktor ist. Durch die höhere Leistung lässt sich bei einer Anlagenverfügbarkeit von 87,5 % ein Return on Investment von unter einem Jahr erreichen. Wollte man eine 9-Schichtanlage mit der gleichen Leistungsfähigkeit auslegen, so wäre dies nur mit großen Einschränkungen bei der Flexibilität der Einzelschichten möglich. Sinnvolle und zukunftsweisende Investition Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die erhöhten Investitionskosten für eine 11-Schicht-Blasfolienanlage, die etwa 10 % bis 15 % über denen einer 9-Schicht-Anlage liegen, auf jeden Fall auszahlen. Der Verarbeiter gewinnt ein Höchstmaß an Flexibilität, kann sich mit neuen Materialkombinationen Wettbewerbsvorteile sichern, von einfachen PE-Folien bis zu 11-Schicht-Hochbarrierefolien unendlich viele verschiedene Produkte auf einer Anlage fahren und erreicht bei bestimmten Produkten sogar deutlich höhere Ausstoßleistungen. Mehrschichtverbunde sind häufig auch dadurch wirtschaftlicher, dass sich bestimmte Funktionsschichten direkt durch Coextrusion auftragen lassen und nachgeschaltete Kaschierschritte entfallen können. Werden besonders hohe Anforderungen an das Endprodukt gestellt, kann gerade die Kombination einer 11- Schicht-Hochbarrierefolie mit beispielsweise einer Metallisierung die Lösung darstellen. Die Möglichkeit, eine Inline-Reckeinheit in die Blasfolienlinie zu integrieren, bietet nochmals eine deutliche Steigerung der Barrierefunktionen und der Foliensteifigkeit. Gleichzeitig werden durch ein sogenanntes MDO (monoaxiales Reckwerk) Folien mit einer ausgezeichneten Planlage und besten Dickentoleranzen erzeugt, was sich positiv auf die Weiterverarbeitungsprozesse wie Bedrucken oder Kaschieren auswirkt. Weitere Informationen: Film Extrusion Division Peter-Dörfler-Str Augsburg Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) plastics@alpine.hosokawa.com b.schmid-schwarzer@alpine.hosokawa.com 5 / 5